顧 倩 呂錫武 史 靜 李 潔

(1東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院,南京 210096)(2無錫太湖水環(huán)境工程研究中心,無錫 214000)

生物除磷是相對經(jīng)濟、效果較好的除磷技術(shù)[1],但是原水中碳源不足是生物除磷的主要障礙之一,同時生物方法是通過排出的富磷剩余污泥來除磷,不僅造成二次污染,也是對磷資源的浪費．近年來,將化學(xué)與生物方法相結(jié)合的除磷工藝已成為研究熱點[2-5],利用化學(xué)除磷不僅減輕了除磷脫氮過程中由于碳源短缺而造成的生物除磷負擔(dān),又能達到回收磷的作用,實現(xiàn)資源化利用[6-7]．

本文將雙污泥反硝化除磷工藝與誘導(dǎo)結(jié)晶工藝相結(jié)合．在雙污泥工藝中,反硝化聚磷菌利用硝態(tài)氮作為最終電子受體進行反硝化聚磷,為了使硝化菌和聚磷菌有良好的生長環(huán)境，將其在2個獨立的反應(yīng)器中培養(yǎng)[8]．羥基磷酸鈣誘導(dǎo)結(jié)晶技術(shù)是基于誘導(dǎo)成核的原理,將投加礦物粒子作為晶種，加快晶體成核速度,促進羥基磷酸鈣在晶種表面結(jié)晶,得到純度高且易于分離的結(jié)晶產(chǎn)物,直接用于工業(yè)生產(chǎn)[9-10].將2種工藝有機結(jié)合可取得提高除磷脫氮效率和有效回收磷資源的雙重效益.

本文利用SBR雙污泥-誘導(dǎo)結(jié)晶工藝,重點研究加藥量對誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收量的影響、誘導(dǎo)結(jié)晶回收量對雙污泥生物除磷系統(tǒng)的強化作用及其影響程度．

1 試驗材料與方法

1.1 工藝流程

SBR雙污泥-誘導(dǎo)結(jié)晶工藝(A2N-IC SBR)的流程見圖1．本研究中雙污泥工藝由厭氧/缺氧間歇反應(yīng)器(anaerobic/anoxic SBR,A2SBR)與硝化間歇反應(yīng)器(nitrification SBR,N SBR)構(gòu)成,在A2SBR中設(shè)置后置曝氣裝置,2個SBR生物反應(yīng)器由有機玻璃制成,有效容積均為10 L,容積交換比為65%，即2個SBR互相交換的水占反應(yīng)器有效容積的體積分?jǐn)?shù)為65%.在A2SBR中設(shè)有攪拌器和曝氣頭,在N SBR中設(shè)有曝氣頭.誘導(dǎo)結(jié)晶間歇式反應(yīng)器(induced crystallization SBR,IC SBR)由有機玻璃制成,有效容積為1.3L,設(shè)有均勻布氣裝置和連續(xù)加藥裝置．

圖1 SBR誘導(dǎo)結(jié)晶-雙污泥除磷脫氮工藝流程圖

1.2 接種污泥和試驗用水

雙污泥SBR系統(tǒng)的活性污泥取自500L/d的連續(xù)流雙污泥-誘導(dǎo)結(jié)晶除磷脫氮中試裝置,雙污泥分別表現(xiàn)出良好的反硝化聚磷和硝化功能．進水采用人工配水,投加乙酸鈉、脲素、磷酸二氫鉀和碳酸氫銨等,碳磷質(zhì)量比控制在30左右,進水中COD,TP,NH3-N和TN質(zhì)量濃度分別為250,8,45和50mg/L．誘導(dǎo)結(jié)晶單元選擇經(jīng)過預(yù)處理后的100～150目的方解石作為晶種[11],投加量為40g,將氯化鈣作為沉淀劑,考慮到自來水中含有Ca2+,Mg2+等離子,所以沉淀劑采用超純水配置,進藥量和進水量體積比為1∶10．

1.3 水質(zhì)指標(biāo)與分析方法

水質(zhì)指標(biāo)按照國家環(huán)保總局頒布的標(biāo)準(zhǔn)分析方法測定,監(jiān)測指標(biāo)和檢測方法見表1．

表1 監(jiān)測指標(biāo)與檢測方法

1.4 試驗方法和檢測方法

1.4.1 進藥量對磷回收量的影響

1.4.2 結(jié)晶磷回收量對反硝化除磷的強化作用

通過改變加藥量來提高結(jié)晶磷回收量,從厭氧釋磷量、聚磷量與釋磷量之比和反硝化聚磷等方面考察提高結(jié)晶磷回收量對雙污泥生物系統(tǒng)的強化作用．

表2 A2N-IC SBR試驗條件

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 加藥量對磷回收量的影響

由于采用加藥量與進水量的體積比為1∶10,即出水體積與進水體積不同,所以推導(dǎo)結(jié)晶柱內(nèi)回收率公式為

(1)

整理得

(2)

式中,R為磷結(jié)晶率;Cin,Cout為進水和出水的磷濃度;Vin為進水體積．

圖2 不同對磷結(jié)晶回收率的影響

2.2 結(jié)晶回收磷對雙污泥反硝化除磷的強化作用

根據(jù)工藝流程可知,提高結(jié)晶磷回收率會降低反硝化聚磷段進水磷負荷,聚磷反應(yīng)能否正常進行又會影響到下一周期的厭氧釋磷反應(yīng),故需要考察提高結(jié)晶磷回收率對厭氧釋磷的影響．由試驗結(jié)果可知,30個周期平均釋磷量分別為13.32,13.89,12.98,13.24mg/L,可見厭氧釋磷量并沒有隨著結(jié)晶磷回收率的大幅提高而有明顯變化,說明提高磷的結(jié)晶量并不會對厭氧釋磷效果有較大的影響.這是由于生物反應(yīng)器內(nèi)MLSS變化不大,聚磷菌的數(shù)量變化很小,且進水碳磷比較穩(wěn)定,因此厭氧釋磷量也變化不大．

生物聚磷量和釋磷量之比的計算式為

(3)

式中,θ為聚磷量與釋磷量之比;N為聚磷量;M為釋磷量;QT,QAn,QA,QIC分別為進水磷含量、厭氧釋磷量、反硝化聚磷量和結(jié)晶磷回收量．

在本試驗中,釋磷量與結(jié)晶磷回收率關(guān)系不大,而隨著結(jié)晶回收率的提高,聚磷量與釋磷量之比從1.51降至1.24,比值越接近1表明生物除磷作用越小[17],這是由于厭氧釋磷后環(huán)境中的一部分磷通過化學(xué)方法得以去除,減輕了反硝化聚磷的負擔(dān),從而在進水碳磷比較低的水平下保證了出水水質(zhì).另一方面通過誘導(dǎo)結(jié)晶工藝得到了磷結(jié)晶產(chǎn)物,宏觀上強化了整套工藝的除磷效能．圖3為4種加藥量下結(jié)晶磷回收量對聚磷量與釋磷量之比的影響.

圖3 結(jié)晶磷回收量對聚磷量與釋磷量之比的影響

圖4(b)比較了4種工況下,在反應(yīng)時間段0～15,15～30,30～60,60～90min中缺氧段的比聚磷速率隨時間的變化,利用下式計算比聚磷速率:

(4)

式中,ν為比聚磷速率;Δρ為比濃度差;Δτ為反應(yīng)時間．

在反應(yīng)時間0～15min時間段內(nèi),結(jié)晶回收量越多比聚磷速率越低.分析認(rèn)為,缺氧段進水磷濃度越高,則磷在外界與微生物體內(nèi)的濃度梯度越大,越有利于微生物進行反硝化聚磷反應(yīng)．在反應(yīng)時間15～30min時間段內(nèi),4種反應(yīng)速率接近,但鈣磷摩爾比為3∶1的反應(yīng)速率高于其他工況,這是由于硝氮的濃度較高,加快了反硝化比聚磷速率．反應(yīng)前期比聚磷速率明顯高于反應(yīng)后期,反硝化聚磷反應(yīng)主要在反應(yīng)前30min完成,反應(yīng)至30min之后,比聚磷速率均趨于0,反硝化聚磷反應(yīng)基本停止．

圖4 提高結(jié)晶磷回收量對反硝化聚磷的影響

3 結(jié)論

3) 在反硝化聚磷反應(yīng)前期,磷結(jié)晶回收量越大,反硝化比聚磷速率越小,隨著環(huán)境中磷濃度的降低,比聚磷速率減小,30min后4種工況下聚磷反應(yīng)均趨于停止．因此,在保證缺氧段適當(dāng)反應(yīng)時間的前提下,誘導(dǎo)結(jié)晶回收磷并不會對雙污泥反硝化除磷產(chǎn)生負面影響．

這與近年來社會風(fēng)氣浮躁有關(guān)，學(xué)生學(xué)習(xí)英語的動機過于功利，在學(xué)習(xí)方面考慮是否有用，是否有利于就業(yè)等。受現(xiàn)代通信設(shè)備的影響，看手機多過看書。主要表現(xiàn)在論文選題重復(fù)，參考文獻陳舊，論文寫作缺乏思考，沒有新意。

)

[1] 楊焱明,劉樹元,鄭顯鵬,等.污水除磷技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 濟南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2008,22(2):166-170.

Yang Yanming,Liu Shuyuan,Zheng Xianpeng,et al. Present situation and prospects of technology of phosphorus removal from wastewater[J].JournalofJinanUniversity:ScienceandTechnology,2008,22(2):166-170.(in Chinese)

[3] 杜曉麗,徐祖信,陳文兵,等.化學(xué)強化SBR工藝生物脫氮除磷試驗研究[J].四川環(huán)境,2007,26(4):10-14.

Du Xiaoli,Xu Zuxin,Chen Wenbing,et al.Study on biological removal of nitrogen and phosphorous in SBR with chemical adding[J].SichuanEnvironment,2007,26(4):10-14.(in Chinese)

[4] 侯紅娟,王洪洋,周琪.低碳、高氮磷城市污水的化學(xué)輔助除磷研究[J].中國給水排水,2007,23(11):24-27.

Hou Hongjuan,Wang Hongyang,Zhou Qi. Study on supplemental chemical phosphorus removal from municipal wastewater with low carbon and high nitrogen and phosphorus[J].ChinaWater&Wastewater,2007,23(11): 24-27.(in Chinese)

[5] 郭杰,曾光明,張盼月,等.結(jié)晶法磷回收工藝在廢水處理中的應(yīng)用[J].水處理技術(shù),2006,32(10):l-4.

Guo Jie,Zeng Guangming,Zhang Panyue,et al. Application of crystallization technology for phosphorus recovery in wastewater treatment[J].TechnologyofWaterTreatment,2006,32(10): l-4.(in Chinese)

[6] Jeanmaire N,Evans T. Technical-economic feasibility of P-recovery from municipal wastewaters [J].EnvironmentTechnology,2001,22(11):1355-1361.

[7] Gaterell M R,Gay R,Wilson R,et al.An economic and environmental evaluation of the opportunities for substituting phosphorus recovered from wastewater treatment works in existing UK fertilizer markets [J].EnvironmentTechnology,2000,21(9):1067-1084.

[8] 趙丹,任南琪,陳堅,等.生物除磷技術(shù)新工藝及其微生物學(xué)原理[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2004,36(11):1460-1462.

Zhao Dan,Ren Nanqi,Chen Jian,et al.Research progress and microbiology principle an biological N and P removal[J].JournalofHarbinInstituteofTechnology,2004,36(11): 1460-1462. (in Chinese)

[9] Balmer P.Phosphorus recovery: an overview of potentials and possibilities[J].WaterScienceandTechnology,2004,49(10): 185-190.

[10] 汪慧貞,王紹貴.以磷酸鈣鹽形式從污水廠回收磷研究[J]. 中國給水排水,2006,22(9):93-96.

Wang Huizhen,Wang Shaogui. Study on phosphorus recovery by calcium phosphate precipitation from wastewater treatment plant[J].ChinaWater&Wastewater,2006,22(9): 93-96. (in Chinese)

[11] Song Y H,Weilder P G,Berg U,et a1.Seed selections for crystallization of calcium phosphate for phospho rous recovery[J].JournalofEnvironmentalSciences,2007,19(5):591-595.

[12] 國家環(huán)境保護總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].4版.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2006.

[13] 徐微,呂錫武.誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收技術(shù)處理低濃度含磷廢水研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2011,34(12):119-123.

Xu Wei,Lü Xiwu. Inducing crystallization phosphorus recovery technology used in treatment of wastewater with low phosphorus concentration[J].EnvironmentalScience&Technology,2011,34(12):119-123. (in Chinese)

[14] Momberg G A,Oellermann R A.The removal of phosphate by hydroxyapatite and struvite crystallization in South Africa[J].WaterScienceTechnology,1992,26(516):987-996.

[15] 李佳鳳.誘導(dǎo)結(jié)晶法回收城鎮(zhèn)污水中磷的研究[D].南京:東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院,2010.

[16] 王亞宜,彭永臻,殷芳芳,等.雙污泥SBR工藝反硝化除磷脫氮特性及影響因素[J].環(huán)境科學(xué),2008,29(6):1526-1532.

Wang Yayi,Peng Yongzhen,Yin Fangfang,et al. Characteristics and affecting factors of denitrifying phosphorus removal in two-sludge sequencing batch reactor[J].EnvironmentalScience,2008,29(6):1526-1532. (in Chinese)

[17] 史靜,呂錫武.厭氧釋磷量和溫度對反硝化聚磷的影響[J]. 化工學(xué)報,2010,61(1): 166-171.

Shi Jing,Lü Xiwu. Influence of phosphorus release amount and temperature on denitrifying phosphorus removal in a two-sludge system[J].CIESCJournal,2010,61(1): 166-171. (in Chinese)

[18] Hu J Y,Ong S L,Ng W J,et a1. A new method for characterizing denitrifying phosphorus removal bacteria by using three different type of electron acceptors[J].WaterResearch,2003,37(14): 463-471.