徐竹兵，周亞旭，王淑瑩，唐曉雪，楊雄，彭永臻

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除有機(jī)物除磷系統(tǒng)中好氧反應(yīng)時(shí)間參數(shù)優(yōu)化

徐竹兵1，周亞旭2，王淑瑩1，唐曉雪1，楊雄1，彭永臻1

(1. 北京工業(yè)大學(xué) 北京市水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京市污水脫氮除磷處理與過程控制工程技術(shù)研究中心, 北京，100124；2. 西安市污水處理有限公司, 陜西 西安，710024)

在序批式反應(yīng)器中考察不同好氧反應(yīng)時(shí)間(AHR)條件下兩段式厭氧氨氧化工藝中除有機(jī)物除磷系統(tǒng)活性污泥吸附有機(jī)物和磷的能力，以及相應(yīng)條件下系統(tǒng)的穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明：當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間為40~60 min時(shí)，系統(tǒng)對(duì)污水中有機(jī)物及磷的去除能力較強(qiáng)，污泥沉降性能良好，但胞內(nèi)貯存物聚-β-羥基烷酸(PHA)與污泥碳含量隨好氧反應(yīng)時(shí)間的遞增而縮短；當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí)，系統(tǒng)對(duì)污水中有機(jī)物及磷去除效果較差，且系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重的污泥黏性膨脹，不適合長(zhǎng)期運(yùn)行。綜合考慮除有機(jī)物除磷系統(tǒng)在不同好氧反應(yīng)時(shí)間下對(duì)有機(jī)物與磷的吸附效果、資源與能源回收的潛力及系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性，推薦AHR=40 min為“兩段式厭氧氨氧化工藝”中除有機(jī)物除磷系統(tǒng)的最優(yōu)好氧反應(yīng)時(shí)間控制參數(shù)。

好氧反應(yīng)時(shí)間；吸附；有機(jī)物；磷；城市污水

厭氧氨氧化工藝作為一種新型的生物脫氮工藝，近年來得到了污水處理界的廣泛關(guān)注[1?3]。與傳統(tǒng)的“硝化?反硝化”生物脫氮途徑相比，厭氧氨氧化菌可利用二氧化碳作為碳源、亞硝酸鹽作為電子受體，直接將氨氮還原為氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)氮的去除，不僅節(jié)省了近60%的曝氣能耗，而且不再需要有機(jī)碳源進(jìn)行反硝化脫氮[4?5]，因此，厭氧氨氧化工藝的提出為污水處理廠回收利用有機(jī)碳源提供了契機(jī)。由于厭氧氨氧化工藝無法實(shí)現(xiàn)同步除磷，而污水處理廠要達(dá)標(biāo)排放，必須對(duì)污水中的磷加以去除，因此，亦可考慮以資源回用的方式回收污水中的磷源。此前的研究提出了“兩段式厭氧氨氧化處理城市低碳氮比污水”的理念[6]，其中“碳磷吸附系統(tǒng)”(第一段)的原理即利用活性污泥在厭氧條件下快速釋磷并吸附污水中的有機(jī)物，然后在短時(shí)好氧的條件下快速過量攝取磷，以達(dá)到同步去除污水中有機(jī)物和磷的目的。后期通過對(duì)除有機(jī)物除磷系統(tǒng)的剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷[4, 7]以及對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行投加化學(xué)試劑沉淀的方法[8?9]即能實(shí)現(xiàn)有機(jī)物和磷的回收。研究證明在傳統(tǒng)的活性污泥法工藝中，進(jìn)入系統(tǒng)的有機(jī)物在短時(shí)厭氧條件下即能被活性污泥大量吸附或貯存[10?11]；而被吸附和貯存的有機(jī)物在隨后的好氧條件下會(huì)逐步被微生物降解利用，用于合成細(xì)胞物質(zhì)、貯存為胞內(nèi)聚合物及轉(zhuǎn)化成胞外聚合物(EPS)[10]。因此，要達(dá)到高的碳回收率，需要盡量縮短好氧反應(yīng)時(shí)間(AHR)，使得被微生物消耗的有機(jī)物少，污泥的碳含量高；而要實(shí)現(xiàn)磷的去除和回收，則需要盡量長(zhǎng)的好氧反應(yīng)時(shí)間讓活性污泥過量攝取磷。這兩者對(duì)于好氧反應(yīng)時(shí)間的需求產(chǎn)生了矛盾。此外，由于活性污泥中絕大多數(shù)菌是好氧菌，好氧反應(yīng)時(shí)間必然會(huì)影響到活性污泥的性能，如沉降性能、表面特性等，從而影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定長(zhǎng)期運(yùn)行。盡管“兩段式”理念的提出能實(shí)現(xiàn)能源和資源的回收利用，但是對(duì)于除有機(jī)物除磷系統(tǒng)如何穩(wěn)定運(yùn)行及如何保障高效回收有機(jī)物和磷的問題，之前未進(jìn)行針對(duì)性研究?；谝陨显?，本文作者通過同時(shí)考察除有機(jī)物除磷系統(tǒng)在不同好氧反應(yīng)時(shí)間條件下的有機(jī)物和磷去除效果、污泥沉降性能、微生物貯存能力及污泥絮體表面特性，對(duì)除有機(jī)物除磷系統(tǒng)的好氧反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化。該研究不僅能為“兩段式厭氧氨氧化工藝”的穩(wěn)定運(yùn)行及高效回收有機(jī)物能源、磷資源提供理論依據(jù)，也能為該工藝被應(yīng)用于工程實(shí)際中的參數(shù)選擇問題提供 指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置及運(yùn)行方式

本試驗(yàn)在一個(gè)序批式反應(yīng)器(SBR)中進(jìn)行，SBR反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，總有效容積為8 L，如圖1所示。沿反應(yīng)器壁垂直方向上設(shè)有一排取樣口，用以取樣和排水；SBR底部設(shè)有排泥管，用于排放剩余污泥；以黏砂塊作為微孔曝氣器，采用鼓風(fēng)曝氣，以轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)曝氣量；用加熱棒控制反應(yīng)器內(nèi)溫度，用溫度傳感器在線監(jiān)測(cè)反應(yīng)器內(nèi)水溫的變化；采用WTW Multi 340i型便攜式多功能pH/DO測(cè)定儀在線測(cè)定反應(yīng)過程中的pH和溶解氧(DO)變化情況。

圖1 試驗(yàn)裝置圖

試驗(yàn)過程中控制溫度恒定為(25±1) ℃，污泥齡為2 d，曝氣量200 L/h，SBR反應(yīng)器每周期進(jìn)水4 L，排水4 L，每周期時(shí)間長(zhǎng)為75~90 min，包括進(jìn)水10 min、厭氧攪拌10 min、好氧反應(yīng)、沉淀30 min、排水10 min。好氧反應(yīng)時(shí)間分別為30 min(0~28 d)、25 min(29~59 d)、20 min(60~100 d)和15 min(101~139 d)，每階段待污泥性質(zhì)和出水水質(zhì)穩(wěn)定后調(diào)整好氧反應(yīng)時(shí)間依次進(jìn)行下一階段試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)水質(zhì)及接種污泥

試驗(yàn)采用實(shí)際生活污水，每天從某學(xué)校生活小區(qū)化糞池抽取生活污水到貯水箱，進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。試驗(yàn)接種污泥取自高碑店污水廠A2/O二沉池污泥，經(jīng)過長(zhǎng)期馴化，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)物去除和硝化過程的分離，在有機(jī)物的吸附階段并不發(fā)生硝化作用[12]。

表1 生活污水水質(zhì)(質(zhì)量濃度)

Table 1 Characteristics of domestic wastewater mg/L

CODNH4+-NNO2?-NNO3?-NP 230~30045~900~0.30~0.45.0~7.0

1.3 分析項(xiàng)目及方法

NH4+-N，NO2?-N，NO3?-N和PO43?-P采用LACHAT?8500型流動(dòng)注射儀測(cè)定；COD采用5B?3(A)型COD快速測(cè)定儀測(cè)定； pH，DO濃度與溫度采用德國(guó)WTW-Multi340i儀器在線測(cè)定；TC采用 Elementar總有機(jī)碳分析儀(Vario TOC)；MLSS采用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)試。聚-β-羥基烷酸(PHA)采用氣象色譜測(cè) 定[13]，胞外聚合物(EPS)及其組分采用鈉型陽離子樹脂提取[14]，其組分：蛋白采用folin-酚法測(cè)定，多糖采用蒽酮法測(cè)定[15]。所有水樣經(jīng)過0.45 μm濾紙過濾后測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同好氧反應(yīng)時(shí)間下活性污泥對(duì)污水中有機(jī)物和磷的去除效果

活性污泥對(duì)污水中有機(jī)物的去除分為吸附和降解2個(gè)階段，吸附階段活性污泥可迅速將水體中溶解性與非溶解性的有機(jī)物進(jìn)行吸附，當(dāng)外界有機(jī)底物濃度開始受限時(shí)，即進(jìn)入降解階段，此階段主要表現(xiàn)為微生物對(duì)所吸附的有機(jī)物進(jìn)行氧化分解并合成新的細(xì)胞物質(zhì)[11, 16]。合理地控制好氧反應(yīng)時(shí)間就可以使有機(jī)物的去除停留在吸附階段，減少微生物對(duì)有機(jī)物的降解消耗。圖2(a)所示為有機(jī)物質(zhì)量濃度的變化曲線。從圖2(a)可以看出：進(jìn)水COD質(zhì)量濃度在230~270 mg/L之間，當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間分別為60，50，40和30 min時(shí)，穩(wěn)定后系統(tǒng)出水COD質(zhì)量濃度分別為(89±3)，(96±4)，(101±3)和(120±2) mg/L，對(duì)應(yīng)COD去除率分別為66%，64%，62%和53%。當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間從60 min縮短至40 min時(shí)，出水COD質(zhì)量濃度僅提高了10%，COD去除率僅降低了4%。而當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間從40 min縮短至30 min后，出水COD質(zhì)量濃度提高了20%，對(duì)應(yīng)COD去除率降低了近10%。因此可以認(rèn)為，當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間為40~60 min時(shí)，活性污泥對(duì)污水中有機(jī)物的去除能力不存在顯著差異，而當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間降低到30 min時(shí)，活性污泥對(duì)污水中有機(jī)物的去除能力會(huì)明顯下降。

(a) 有機(jī)物質(zhì)量濃度變化曲線；(b) 磷的質(zhì)量濃度變化曲線

1—進(jìn)水COD；2—出水COD；3—COD去除率；4—進(jìn)水P；5—出水P；6—P去除率

圖2 不同好氧反應(yīng)時(shí)間下活性污泥對(duì)污水中有機(jī)物與磷的去除情況

Fig. 2 Removal performance of organic matter and phosphate for different aerobic hydraulic retention time

生活污水中的磷以溶解性的正磷酸鹽為主，溶解性的磷主要通過聚磷菌的吸磷作用去除，不溶性的磷通過活性污泥的絮凝和網(wǎng)捕作用去除[17]。厭氧階段聚磷菌通過分解釋放體內(nèi)的聚合態(tài)磷產(chǎn)生能量，將污水中的有機(jī)物合成胞內(nèi)聚合物PHA貯存于細(xì)胞內(nèi)部；在隨后的好氧過程中，聚磷菌則分解利用胞內(nèi)貯存的PHA并超量吸收污水中的磷酸鹽，以聚合磷的形式貯存于細(xì)胞內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)出水中磷的去除，如圖2(b)所示。好氧反應(yīng)時(shí)間對(duì)磷的去除效果有著顯著的影響，在好氧反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)活性污泥能夠充分去除污水中的磷，而在好氧反應(yīng)時(shí)間較短時(shí)活性污泥對(duì)污水中磷的去除效果較差。當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間為50 min和60 min時(shí)活性污泥對(duì)污水中磷的去除效果較好，出水磷質(zhì)量濃度分別為(0.28±0.1) mg/L和(0.39±0.1) mg/L，平均磷96%和94%；好氧反應(yīng)時(shí)間為40 min時(shí)，出水磷質(zhì)量濃度增長(zhǎng)至(0.58±0.2) mg/L，平均磷去除率為90%，出水磷濃度基本達(dá)到污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)；而當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間降至30 min時(shí)，出水磷質(zhì)量濃度已升高至(1.6±0.4) mg/L，僅有70%的進(jìn)水磷得到去除。可見：好氧反應(yīng)時(shí)間在40~60 min時(shí)，活性污泥對(duì)污水中磷的去除效果較為理想。

2.2 不同好氧反應(yīng)時(shí)間下典型周期內(nèi)物質(zhì)變化情況

不同好氧反應(yīng)時(shí)間下典型周期內(nèi)COD、氨氮及無機(jī)磷變化如圖3所示。從圖3可以看出：進(jìn)水中的COD基本都是在厭氧條件下得到吸附去除，而在后續(xù)的好氧階段去除量較少。當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間分別為40，50和60 min時(shí)，在進(jìn)水和厭氧攪拌過程中COD吸附量均占總COD去除量的88%以上(圖3(a)~(c))；但是在好氧反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí)，進(jìn)水和厭氧攪拌過程中的COD吸附比例有所降低，只有75%(圖3(d))。這表明當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間為40~60 min時(shí)活性污泥對(duì)有機(jī)物吸附效果差異不大，而好氧反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí)活性污泥對(duì)有機(jī)物吸附效果明顯降低。究其原因，可能是由于好氧時(shí)間過短，污泥活性不高造成的，活性污泥中絕大部分的細(xì)菌都是好氧菌，需要在有氧的條件下維持生長(zhǎng)和活性，當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間降低至30 min時(shí)，活性污泥微生物的活性受到了一定程度的抑制，從而使得活性污泥對(duì)有機(jī)物吸附量降低。此外，好氧反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí)，其污泥沉降性能差也是導(dǎo)致有機(jī)物吸附效果不佳的一個(gè)原因。污泥沉降性能惡化以后，部分微生物隨出水流失，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)總的生物量較好氧反應(yīng)時(shí)間為40，50，60 min條件下的總生物量低，從而致使好氧反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí)活性污泥對(duì)有機(jī)物的吸附效果惡化。

好氧反應(yīng)時(shí)間/min：(a) 60；(b) 50；(c) 40；(d) 30

1—COD; 2—NH4+-N; 3—P

圖3 不同好氧反應(yīng)時(shí)間下典型周期內(nèi)COD，P和NH4+-N質(zhì)量濃度變化曲線

Fig. 3 Variation concentrations of COD, P and NH4+-N in typical cycle for different aerobic hydraulic retention time

典型周期內(nèi)系統(tǒng)中磷的變化情況有明顯差異，從圖3可以看出：好氧反應(yīng)時(shí)間為30，40，50和60 min時(shí)，其最大釋磷量均能達(dá)到20 mg/L以上，但是系統(tǒng)好氧吸磷過程存在較大差異。當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間為60，50，40和30 min時(shí)，系統(tǒng)好氧吸磷速率(以PO43?-P計(jì))分別達(dá)到13，12，11和8 mg/(L·h)?？梢姡汉醚醴磻?yīng)時(shí)間在40~60 min時(shí)，好氧吸磷速率較快，聚磷菌在好氧曝氣20 min內(nèi)能夠充分吸磷，出水磷質(zhì)量濃度在0.6 mg/L以下，活性污泥對(duì)磷的吸收效果良好。而當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間縮短至30 min后系統(tǒng)好氧吸磷速率下降了30%，導(dǎo)致聚細(xì)菌不能充分利用胞內(nèi)貯存物吸收水中的磷，出水磷質(zhì)量濃度增大，達(dá)到1.3 mg/L，出水磷質(zhì)量濃度不能達(dá)到城市污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

由于系統(tǒng)內(nèi)接種種泥經(jīng)過培養(yǎng)馴化已淘洗出大部分的硝化細(xì)菌，因此反應(yīng)過程中無明顯的硝化作用發(fā)生，曝氣過程中并未產(chǎn)生大量的NO2?-N和NO3?-N積累(反應(yīng)過程中NO2?-N和NO3?-N質(zhì)量濃度均在0.5 mg/L以下)。系統(tǒng)中NH4+-N質(zhì)量濃度的降低主要是由于異養(yǎng)菌的同化作用導(dǎo)致。當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間分別為60，50，40和30 min時(shí)，NH4+-N質(zhì)量濃度降低量分別為5.1，5.0，4.5和4.0 mg/L，隨著好氧反應(yīng)時(shí)間的縮短，微生物增殖降解利用的NH4+-N量也逐漸減少。由此也進(jìn)一步驗(yàn)證，污泥的活性也是隨著好氧反應(yīng)時(shí)間的縮短而降低的。從4個(gè)典型周期的數(shù)據(jù)可以得知：活性污泥吸附水中的有機(jī)物與磷后，原水中的NH4+-N得到了保留，實(shí)現(xiàn)了污水中有機(jī)物、磷與氮源的分離，這正是該除有機(jī)物除磷系統(tǒng)需要達(dá)到的。去除了大部分有機(jī)物和絕大部分磷的污水進(jìn)入“兩段式厭氧氨氧化工藝”的硝化與厭氧氨氧化單元(第二段)中繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，這為硝化與厭氧氨氧化單元提供穩(wěn)定的進(jìn)水，并且有利于增加硝化菌的富集程度，提高系統(tǒng)的硝化效果。

2.3 好氧反應(yīng)時(shí)間對(duì)系統(tǒng)污泥沉降性能的影響

好氧反應(yīng)時(shí)間對(duì)污泥沉降性能有著顯著的影響，好氧反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)污泥沉降性能良好，好氧反應(yīng)時(shí)間較短時(shí)污泥易發(fā)生膨脹，不同好氧反應(yīng)時(shí)間下污泥的沉降性能變化如圖4(a)所示。當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間為40，50和60 min時(shí)，污泥體積指數(shù)(SVI)維持在50 mL/g左右，污泥沉降性能良好，系統(tǒng)污泥濃度(MLSS)穩(wěn)定在2 200~2 500 mg/L。而當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間降至30 min時(shí)，SVI在20 d內(nèi)即上漲至400 mL/g以上，系統(tǒng)發(fā)生了嚴(yán)重的污泥膨脹，出水懸浮物質(zhì)增多，MLSS迅速降低到了1 300 mg/L以下。鏡檢表明此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)并不存在大量的絲狀菌，但是絮體周圍存在大量的結(jié)合水，因此系統(tǒng)內(nèi)所發(fā)生的膨脹為污泥黏性膨脹。污泥黏性膨脹主要是由于絮體污泥分泌的胞外聚合物過多，束縛了過多的結(jié)合水所致的[18]。從圖4(b)可見：隨著好氧反應(yīng)時(shí)間的縮短，污泥所分泌的EPS量逐漸增多，當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間縮短至30 min時(shí)，其EPS分泌量(以VSS計(jì))達(dá)到了28.4 mg/g，是好氧反應(yīng)時(shí)間為60 min時(shí)的3.5倍。此外，EPS組分的變化也是導(dǎo)致污泥沉降性能發(fā)生改變的主要原因。Sponza[19]指出EPS組分中的蛋白質(zhì)含量對(duì)污泥沉降性能有決定性作用，蛋白質(zhì)含量越低，則污泥沉降性能越差。從圖4(b)可以看出：隨著好氧反應(yīng)時(shí)間從60 min縮短至30 min，其EPS中蛋白質(zhì)組分比例也由76%降低到了35%，因此，當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間縮短至30 min時(shí)，污泥沉降呈現(xiàn)出了嚴(yán)重惡化的現(xiàn)象。

(a) SVI；(b) EPS

圖4 不同好氧反應(yīng)時(shí)間下系統(tǒng)MLSS，SVI和EPS的質(zhì)量濃度變化

Fig. 4 Variation of mass concentration of MLSS, SVI and EPS for different aerobic hydraulic retention time in system

微生物所吸附的有機(jī)物不僅用于生長(zhǎng)增殖及胞內(nèi)貯存，多余的部分則轉(zhuǎn)化成了細(xì)胞外物質(zhì)依附在細(xì)胞表面成為EPS[19]。好氧反應(yīng)時(shí)間的縮短之所以會(huì)導(dǎo)致污泥活性污泥EPS分泌量的增加尤其是EPS中多糖組分的增加，主要是由于有機(jī)負(fù)荷的過高造成的。好氧反應(yīng)時(shí)間從60 min縮短至30 min時(shí)，每千克MLSS的污泥有機(jī)負(fù)荷(以COD計(jì))從開始的0.6 kg/d提高到1.7 kg/d。由于好氧反應(yīng)時(shí)間較短時(shí)曝氣時(shí)間不足，導(dǎo)致微生物利用有機(jī)物的時(shí)間較短，過高的有機(jī)物供給導(dǎo)致微生物將吸收的有機(jī)物大量轉(zhuǎn)化為多糖物質(zhì)積聚在細(xì)胞表面，最終導(dǎo)致了污泥黏性膨脹的發(fā)生。顯然，當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間為30min時(shí)，污泥沉降性能的惡化使得泥水分離困難，不利于富碳污泥回收產(chǎn)能和回收磷資源。

2.4 不同好氧反應(yīng)時(shí)間下污泥中PHA和污泥碳含量的比較

合理控制好氧反應(yīng)時(shí)間能夠盡可能的保留活性污泥吸附的有機(jī)物，減少對(duì)有機(jī)物的降解，本文通過檢測(cè)污泥內(nèi)貯存物PHA和污泥碳含量(有機(jī)碳與總碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比)能夠表征活性污泥對(duì)有機(jī)物吸附效果，進(jìn)而對(duì)好氧反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化選擇。不同好氧反應(yīng)時(shí)間下活性污泥內(nèi)貯存物PHA含量差異明顯，PHA含量隨好氧反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)而逐步降低。如圖5所示，好氧反應(yīng)時(shí)間分別為60，50，40和30 min時(shí)，典型周期好氧曝氣結(jié)束后貯存在活性污泥內(nèi)PHA質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以COD計(jì))分別為(71.5±1.9)，(80.2±1.2)，(90.3±1.5)和(95.5±1.3) mg/g。由于活性污泥通過消耗PHA吸收水中的磷，好氧反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)使貯存在細(xì)胞內(nèi)的PHA物質(zhì)過量消耗用于吸附磷，不利于有機(jī)物的回收；在好氧反應(yīng)時(shí)間較短時(shí)微生物利用部分PHA吸收磷，細(xì)胞內(nèi)PHA含量高，其被微生物消耗的有機(jī)物也就少，有利于有機(jī)碳源的回收。好氧反應(yīng)時(shí)間為50 min和60 min時(shí)微生物利用PHA充分吸收磷，雖然系統(tǒng)的出水磷質(zhì)量濃度很低(分別為0.1 mg/L和0.2 mg/L)，但PHA質(zhì)量分?jǐn)?shù)較好氧反應(yīng)時(shí)間為40 min時(shí)降低了10%~20%；而當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間降至30 min時(shí)，雖然污泥中PHA貯存量較好氧反應(yīng)時(shí)間為40，50和60 min時(shí)的高，但是系統(tǒng)發(fā)生了污泥膨脹，不能穩(wěn)定回收污水中有機(jī)物與磷，且除有機(jī)物除磷系統(tǒng)有污泥流失的現(xiàn)象，系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行。此外，經(jīng)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，不同好氧反應(yīng)時(shí)間下的污泥碳含量與PHA含量呈現(xiàn)出基本相同的變化趨勢(shì)。當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間為40，50和60 min時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定階段污泥碳含量分別為，40.8%±1.1%和34.5%±1.0%，好氧反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，污泥碳含量越少；但是當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間降低至30 min時(shí)，其碳含量為47.2%，較好氧反應(yīng)時(shí)間為40 min時(shí)又有所降低，分析可能與活性污泥對(duì)有機(jī)物的吸附效果不佳有關(guān)。

圖5 不同好氧反應(yīng)時(shí)間下系統(tǒng)污泥PHA和碳含量變化

綜上所述，好氧反應(yīng)時(shí)間為40 min時(shí)，系統(tǒng)對(duì)污水中的有機(jī)物及磷去除率均較高，且污泥中PHA和污泥碳含量均較高，有利于后續(xù)厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷進(jìn)行有機(jī)碳源的回收；此外，該好氧反應(yīng)時(shí)間條件下，污泥沉降性能較好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。因此，推薦AHR=40 min為“兩段式厭氧氨氧化工藝”中除有機(jī)物除磷系統(tǒng)的最佳好氧反應(yīng)時(shí)間。

3 結(jié)論

1) 當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間為40~60 min時(shí)，系統(tǒng)對(duì)污水中的有機(jī)物和磷的去除能力及活性污泥對(duì)有機(jī)物和磷的吸附效果不存在顯著差異；而當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間縮短到30 min時(shí)，系統(tǒng)對(duì)污水中的有機(jī)物和磷的去除能力及活性污泥對(duì)有機(jī)物和磷的吸附效果明顯降低。

2) 好氧反應(yīng)時(shí)間對(duì)污泥沉降性能有顯著的影響，當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間為40~60 min時(shí)，活性污泥體積指數(shù)能夠維持在50 mL/g的水平；而當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間降至30 min后，污泥體積指數(shù)在20 d內(nèi)上漲至400 mL/g以上，活性污泥胞外聚合物中多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以VSS計(jì))由3 mg/g增長(zhǎng)至17.52 mg/g，除有機(jī)物除磷系統(tǒng)發(fā)生了嚴(yán)重的污泥黏性膨脹。

3) 當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間大于40 min時(shí)，好氧反應(yīng)時(shí)間越短，污泥中PHA及碳含量越高，有機(jī)物的回收潛能也越大；當(dāng)好氧反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí)，由于污泥活性受到限制，活性污泥碳含量低于好氧反應(yīng)時(shí)間為40 min的污泥碳含量。

4) 綜合考慮除有機(jī)物除磷系統(tǒng)在不同好氧反應(yīng)時(shí)間下的有機(jī)物和磷吸附效果、污泥資源和能源回收的潛力及系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性，推薦AHR=40 min為“兩段式厭氧氨氧化工藝”中除有機(jī)物除磷系統(tǒng)的最優(yōu)好氧反應(yīng)時(shí)間參數(shù)。

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強(qiáng)大的高技能人才隊(duì)伍是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的夯實(shí)基礎(chǔ)。但是，我國(guó)現(xiàn)有的1.12億技能勞動(dòng)者，在從業(yè)人員總數(shù)的占比不足13%；高技能人才僅2863萬，其中5%是技師、高級(jí)技師。去除現(xiàn)有的440萬高技能人才缺口，與2009年我國(guó)高技能人才需求相比，到2015年或2020年預(yù)計(jì)增加540萬或990萬。數(shù)據(jù)顯示人才技能結(jié)構(gòu)比例不合理，高級(jí)技能人才處于嚴(yán)重短缺的狀態(tài)，很難適應(yīng)各個(gè)省市地區(qū)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)程中對(duì)技能人才的不斷需要。

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Optimization parameter of aerobic hydraulic retention time in organic matter and phosphate removal system

XU Zhubing1, ZHOU Yaxu2, WANG Shuying1, TANG Xiaoxue1, YANG Xiong1, PENG Yongzhen1

(1. Engineering Research Center of Beijing, Key Laboratory of Beijing for Water Quality Science and Water Environment Recovery Engineering, Beijing University of Technology, Beijing100124, China;2. Xi’an Wastewater Treatment Company, Xi’an 710024, China)

The adsorption performance of organic matter and phosphate and the stability of the organic matter and phosphate removal system were investigated under different aerobic hydraulic retention time (AHR) using a sequence batch reactor (SBR). The results show that the system has strong adsorption performance of organic matter and phosphate and the activated sludge exhibit good settle-ability when the aerobic hydraulic retention time is 40?60 min while the poly-hydroxyalkanoate (PHA) and carbon content in sludge increase with the reduction of aerobic hydraulic retention time. However, the adsorption properties significantlyand serious non-filamentous sludge bulking occur when the aerobic hydraulic retention time of 30 min is employed. Consequently, the aerobic hydraulic retention time of 30 min is not suitable for long-term operation. In consideration of the adsorption property, the potential of resource recovery and the stability of the system, the aerobic hydraulic retention time of 40 min is recommended to be the optimal aerobic hydraulic retention time for the long-term operation of the organic matter and phosphate adsorption system.

aerobic hydraulic retention time; adsorption; organic matter; phosphate; domestic wastewater

X703.1

A

1672?7207(2015)01?0372?07

2014?02?27；

2014?04?12

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51178007)；北京市教委科技創(chuàng)新平臺(tái)項(xiàng)目(2014年)；北京工業(yè)大學(xué)研究生科技基金資助項(xiàng)目(ykj-2012-8308) (Project(51178007) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2014) supported by Science and Technology Innovation Platform of Beijing Education Board; Project(ykj-2012-8308) supported by Science and Technology Fund for Beijing University of Technology Graduate)

王淑瑩，教授，博士生導(dǎo)師，從事污水深度脫氮處理理論及應(yīng)用；E-mail: wsy@bjut.edu.cn

10.11817/j.issn.1672?7207.2015.01.050

(編輯 楊幼平)