反硝化聚磷-誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收工藝優(yōu)化及微生物特性研究.pdf

1、長期以來，城鎮(zhèn)生活污水碳源缺乏（即低C/N比），采用傳統(tǒng)的生物脫氮除磷工藝時(shí)存在著碳源不足和泥齡矛盾等主要問題，其出水難以達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，開發(fā)適應(yīng)低C/N比污水高效率低能耗的脫氮除磷技術(shù)對(duì)促進(jìn)城鎮(zhèn)污水處理事業(yè)的發(fā)展、改善水環(huán)境質(zhì)量具有重大意義。此外，磷礦資源屬于稀缺資源之一，隨著世界人口增長和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)擴(kuò)大，使得磷礦資源日漸枯竭;磷的循環(huán)再利用是解決磷礦資源枯竭的重要戰(zhàn)略

2、思路。城鎮(zhèn)生活污水中含有“較豐富”的磷，回收潛力巨大。這就要求人類從新的視角去研發(fā)高效率低能耗的污水處理工藝和磷回收技術(shù)，并將兩者有機(jī)地耦合在一起，以便滿足污水排放標(biāo)準(zhǔn)和污水中磷回收效率最大化。近年來，反硝化同步脫氮除磷和誘導(dǎo)結(jié)晶理論的發(fā)展，為開發(fā)新型脫氮除磷工藝和磷回收技術(shù)提供了新的思路和方向。
　　論文以反硝化同步脫氮除磷理論和誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收技術(shù)為基礎(chǔ)，以提高低C/N比生活污水脫氮除磷效果和磷回收為目標(biāo)，構(gòu)建了一種“反硝化聚磷

3、-誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收新工藝”。該工藝的主要特點(diǎn)是:(1)采用反硝化同步脫氮除磷技術(shù)，反硝化聚磷菌在缺氧條件下以硝酸鹽為電子受體實(shí)現(xiàn)反硝化同步脫氮除磷，緩解了脫氮和除磷碳源不足的矛盾，并實(shí)現(xiàn)“一碳兩用”;(2)采用雙污泥形式，使反硝化聚磷菌和硝化細(xì)菌處于兩個(gè)獨(dú)立的污泥系統(tǒng)，充分地發(fā)揮反硝化脫氮除磷和硝化反應(yīng)的各自特點(diǎn)，解決了泥齡矛盾;(3)將厭氧池內(nèi)富磷上清液通過側(cè)流引入到誘導(dǎo)結(jié)晶柱內(nèi)實(shí)現(xiàn)磷的回收，降低了后續(xù)生物除磷的負(fù)荷，即實(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)結(jié)晶磷回

4、收對(duì)生物除磷的強(qiáng)化作用。
　　反硝化聚磷菌(DPAO)的富集馴化是該工藝穩(wěn)定運(yùn)行的前提，本文采用兩段式（厭氧/好氧+厭氧/缺氧）富集馴化方法完成DPAO富集。富集完成后，單位污泥厭氧釋磷量為8.47mg P/g MLSS、單位污泥缺氧吸磷量為11.13 mg P/g MLSS，缺氧條件下單位吸磷量可脫氮量為1.08 mg N/mgP，表現(xiàn)出明顯的反硝化同步脫氮除磷特征;通過電子顯微鏡掃描(SEM)觀察和熒光原位雜交(FISH)分析

5、，富集完成后，聚磷菌(Accumulibacter)的含量由接種污泥的93％增加至68.9％，且多以桿狀微生物為主;基于PCR-DGGE分析，接種污泥富集前后微生物種群結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的變化，微生物多樣性明顯減少。
　　通過該工藝內(nèi)污泥的衰減特征研究發(fā)現(xiàn):DPAO在饑餓狀態(tài)下可迅速啟動(dòng)緊迫反應(yīng)，分解體內(nèi)貯存的PHB等物質(zhì)來獲取能量維持細(xì)胞活性，在7天衰減過程中，第1天的衰減速率為0.15 d-1，此后6天衰減速率為0.04 d-1

6、～0.05 d-1;而硝化污泥中亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(NOB)呈指數(shù)衰減，氨氧化細(xì)菌(AOB)呈勻速衰減。
　　對(duì)比反硝化聚磷菌(DPAO)和好氧聚磷菌(PAO)發(fā)現(xiàn):DPAO可以在好氧條件下以氧為電子受體進(jìn)行立即吸磷，而PAO在缺氧條件以硝酸鹽為電子受體很難立即吸磷;DPAO的缺氧吸磷能力稍低于好氧吸磷能力，證明了PAO存在兩種類型的學(xué)說:一是僅以氧為電子受體吸磷;另一個(gè)是以氧或硝酸鹽為電子受體吸磷，即反硝化聚磷菌;通過PCR-DG

7、GE分析，Azonexus.spp、Acidovorax.spp、Rhodocyclus.spp和Thiothrix.spp在好氧除磷污泥和反硝化除磷污泥中均出現(xiàn)，即可能屬于DPAO。
　　結(jié)合化學(xué)分析和PCR-DGGE分析研究發(fā)現(xiàn):進(jìn)水中C/N比和C/P比對(duì)工藝脫氮除磷效率和微生物種群結(jié)構(gòu)有著重要的影響;隨著進(jìn)水中C/N比和C/P比增加，氮和磷的去除率提高，微生物多樣性減少，在此過程中DPAO被強(qiáng)化，許多微生物在此過程中被淘汰;

8、通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在本試驗(yàn)設(shè)計(jì)中當(dāng)進(jìn)水中C/N比為6.3，C/P比為23.3時(shí)，TN和P的去除率達(dá)到最大，分別為90.5±4.3％,94.0±2.4％。
　　通過誘導(dǎo)HAP結(jié)晶回收污水中的磷是可行的，其誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)過程呈準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)形式;該反應(yīng)速度快、受溫度影響較小，其反應(yīng)的活化能為5.96KJ/mol，這大大增強(qiáng)了該方法在實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)用性;pH值對(duì)誘導(dǎo)HAP結(jié)晶影響較大，當(dāng)pH超過8.5時(shí)可明顯提高溶液中的磷回收率，且在一個(gè)較寬的p

9、H范圍(8.5～10)內(nèi)可保持較高的磷回收率，這為該方法的實(shí)際應(yīng)用提供了可操作性;通過曝氣可以使誘導(dǎo)結(jié)晶柱內(nèi)溶液pH值達(dá)到這個(gè)范圍。
　　為進(jìn)一步探究最佳的除磷效果和磷回收效率，對(duì)側(cè)流比進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究發(fā)現(xiàn):側(cè)流比對(duì)工藝內(nèi)生物除磷、誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收和微生物種群結(jié)構(gòu)有著一定的影響;誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收對(duì)生物除磷有著明顯的強(qiáng)化作用。在本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)側(cè)流比為35％時(shí)，可獲得較好的磷去除和回收效果;當(dāng)側(cè)流比為0％和15％時(shí)出水中磷濃度不能滿足排

10、放標(biāo)準(zhǔn);但是過高的側(cè)流比（45％和55％）將破壞生物除磷系統(tǒng)的正常代謝機(jī)能，不利于整個(gè)系統(tǒng)的生物除磷，導(dǎo)致出水中磷濃度顯著增加，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰;因此，在實(shí)際運(yùn)行管理中，側(cè)流比的選擇應(yīng)以不破壞微生物生物除磷機(jī)能為前提。此外，隨著側(cè)流比的增加，微生物種群多樣性也增加。
　　在工藝穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，考察工藝對(duì)生活污水的處理效能，并對(duì)誘導(dǎo)結(jié)晶產(chǎn)物進(jìn)行分析。當(dāng)進(jìn)水中COD、TN、NH4+-N和TP的濃度為239.2～259.5 mg/L，

11、39.6～43.8 mg/L，38.2～41.8 mg/L和8.72～11.40 mg/L，屬于低C/N（約5.98）比生活污水，出水中相應(yīng)的濃度分別為15.2～21.6 mg/L，8.5～9.6 mg/L，3.6～4.7 mg/L和0.31～0.49 mg/L，滿足國家《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn);COD主要在厭氧池被去除;NH4+-N主要在好氧硝化池中去除;出水中NO3--N濃度要高于進(jìn)水中

12、NO3--N濃度，分別為4.87 mg/L和0.58 mg/L;在該工藝內(nèi)，污水中磷的去除主要由誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收和生物除磷兩部分組成;在本試驗(yàn)中，該工藝磷去除效率為95.9％，其中誘導(dǎo)結(jié)晶磷去除率占總?cè)コ实?1.5％，反應(yīng)該工藝具有較大的磷回收潛力;通過SEM和EDS分析，在誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)過程中，方解石晶種表面有明顯的變化且主要成分可能為Ca5(OH)(PO4)3，即HAP。此外，后置曝氣池可對(duì)出水中COD、NH4+-N和磷濃度起著把關(guān)