摘要：試驗結果表明，軟性載體淹沒序批式生物膜法是行之有效的除磷工藝。在載體裝填密度為30％，水力停留時間為9h（其中厭氧3h、好氧6h）、進水COD負荷為0.27～1.32 kgCOD/（m3·d）時，磷的去除率達90％以上。試驗中，還就影響除磷的因素作了系統(tǒng)的分析。
關鍵詞：序批式 生物膜 生物除磷
Study on the Characteristics of Phosphorus Removal in Sequencing Batch Reactor of Submerged Biofilm Process
Abstract：The study result showed that the sequencing batch reactor of submerged biofilm process with fibrous carriers is effective in phosphorus removal.When the carrierpacking percentage is 30%，hydraulic retention time （HRT） is 9 h （including 3 h for anaerobic zone and 6 h for aerobic zone），and influent loading rate is 0.27～1.32 kgCOD/（m3·d），over 90% of phosphorus removal is achieved.In the test，a systematic analysis was also made for the factors affecting phosphorusremoval.
Keywords：sequencing batch reactor；biofilm process；biological phosphorus removal
1 淹沒式生物膜法除磷工藝選擇
1.1 淹沒式生物膜法除磷的條件
在厭氧條件下，若廢水中沒有DO或氧化態(tài)氮，一般無聚磷能力的好氧菌及脫氮菌，不能產(chǎn)生ATP（三磷酸腺苷），所以這類微生物不能攝取細胞外的有機物，即不能進行主動運輸。但是，另一類叫做除磷菌的細菌卻能分解細胞內(nèi)的聚磷酸鹽同時產(chǎn)生ATP，并利用ATP將廢水中的脂肪酸等有機物攝入細胞，以PHB（聚—β—羥基丁酸）及糖原等有機顆粒的形式儲存于細胞內(nèi)；同時將聚磷酸鹽分解所產(chǎn)生的磷酸鹽排出胞外，這時細胞內(nèi)還會誘導產(chǎn)生相當量的聚磷酸鹽激酶。一旦進入好氧環(huán)境，除磷菌又可利用PHB氧化分解所釋放的能量來攝取廢水中的磷，并把所攝取的磷合成聚磷酸鹽而儲存于細胞內(nèi)。微生物在增殖過程中，在好氧環(huán)境下所攝取的磷比在厭氧環(huán)境下所釋放的磷多，廢水的生物除磷正是利用了微生物的這一過程，并作為剩余污泥排走[1].
由生物除磷機理可見，若想采用淹沒式生物膜法除磷，必須解決四方面的問題：①必須滿足除磷菌習性，使生物膜交替處于厭氧、好氧的狀態(tài)，并逐步使除磷菌成為優(yōu)勢菌屬，實現(xiàn)其增殖；②供給必要的有機碳源（由廢水提供）；③最后的磷排出必須是以脫落污泥的形式，這就要求除磷菌為優(yōu)勢菌屬的生物膜生長要快，且應在好氧狀態(tài)下能脫落，即需有足夠的曝氣強度和選擇合適的生物膜載體；④污泥沉淀后應及時排出系統(tǒng)。
1.2 淹沒式生物膜法除磷工藝選擇
細菌細胞內(nèi)含磷約2%（以質(zhì)量計），所以傳統(tǒng)的生物膜法最多只能去除污水中約20%的磷。對一般生物膜法來說，無論是A/O（厭氧/好氧）工藝還是A2/O（厭氧/缺氧/好氧）工藝，由于是在空間上造成A或O的狀態(tài)，微生物只能持續(xù)地處于A或O的單一狀態(tài)，而不能處于A/O交替的狀態(tài)，因此，不具備生物除磷的條件，也就達不到生物除磷的目的[2].而序批式生物處理工藝集曝氣、沉淀于一池，運轉按進水、反應、沉淀、排水等幾個階段進行，污水間歇而有序地進入反應池和排出反應池。由于序批式工藝的特殊性，設計合理，可使生物膜在時間上交替處于A/O狀態(tài)，從而有望實現(xiàn)生物除磷的目的，同時，混合液也可在時間上交替處于A/O狀態(tài)，從而有望實現(xiàn)生物脫氮。
2 試驗方法
2.1試驗裝置
試驗裝置如圖1所示。
試驗用反應器是有機玻璃制成，內(nèi)徑為15cm，反應器內(nèi)有效容積為18L，其中沉淀池容積為2L.其試驗進水的TP平均為10.0mg/L，COD為370.0mg/L，溫度為25℃，好氧狀態(tài)的DO平均為5.5mg/L.
裝填密度是指生物膜與載體所占容積與整個反應器容積之比。在分別做了裝填密度：37.5%、實用裝填密度：30%以及較低裝填密度：22.5%的對比試驗后，確定較適宜的裝填密度為30%.此時，反應器中的纖維載體的比表面積為2.66m2/L.
生物膜培養(yǎng)采用A/O交替運行方式歷時3個月，菌種取自一般活性污泥工藝。在之后的工藝參數(shù)和影響因素的試驗中，取運行條件改變后2周的水樣進行測定。
2.2 原水和主要分析方法
原水用自來水加蛋白胨配制，同時還投加少量氯化銨、硫酸鎂、磷酸二氫鉀、氯化鈣、氯化鈉等，配制后水質(zhì)如表1所示。
表1 原水水質(zhì)表 水質(zhì)指標COD（mg/L）TN（mg/L）NH+4-N（mg/L）NO-3-N（mg/L）NO-2-N（mg/L）測定值250～40030～6010～200.20.1水質(zhì)指標TP（mg/L）SP（mg/L）pH堿度（mg/L）BOD5（mg/L）測定值8～107～97.3380～440180～300 注：COD為重鉻酸鉀法；TN為過硫酸鉀—紫外分光光度法；NH+4-N為納氏試劑光度法；NO-3-N、NO-2-N為離子色譜法；TP為過硫酸鉀氯化亞錫還原光度法。
關鍵詞：序批式 生物膜 生物除磷
Study on the Characteristics of Phosphorus Removal in Sequencing Batch Reactor of Submerged Biofilm Process
Abstract：The study result showed that the sequencing batch reactor of submerged biofilm process with fibrous carriers is effective in phosphorus removal.When the carrierpacking percentage is 30%，hydraulic retention time （HRT） is 9 h （including 3 h for anaerobic zone and 6 h for aerobic zone），and influent loading rate is 0.27～1.32 kgCOD/（m3·d），over 90% of phosphorus removal is achieved.In the test，a systematic analysis was also made for the factors affecting phosphorusremoval.
Keywords：sequencing batch reactor；biofilm process；biological phosphorus removal
1 淹沒式生物膜法除磷工藝選擇
1.1 淹沒式生物膜法除磷的條件
在厭氧條件下，若廢水中沒有DO或氧化態(tài)氮，一般無聚磷能力的好氧菌及脫氮菌，不能產(chǎn)生ATP（三磷酸腺苷），所以這類微生物不能攝取細胞外的有機物，即不能進行主動運輸。但是，另一類叫做除磷菌的細菌卻能分解細胞內(nèi)的聚磷酸鹽同時產(chǎn)生ATP，并利用ATP將廢水中的脂肪酸等有機物攝入細胞，以PHB（聚—β—羥基丁酸）及糖原等有機顆粒的形式儲存于細胞內(nèi)；同時將聚磷酸鹽分解所產(chǎn)生的磷酸鹽排出胞外，這時細胞內(nèi)還會誘導產(chǎn)生相當量的聚磷酸鹽激酶。一旦進入好氧環(huán)境，除磷菌又可利用PHB氧化分解所釋放的能量來攝取廢水中的磷，并把所攝取的磷合成聚磷酸鹽而儲存于細胞內(nèi)。微生物在增殖過程中，在好氧環(huán)境下所攝取的磷比在厭氧環(huán)境下所釋放的磷多，廢水的生物除磷正是利用了微生物的這一過程，并作為剩余污泥排走[1].
由生物除磷機理可見，若想采用淹沒式生物膜法除磷，必須解決四方面的問題：①必須滿足除磷菌習性，使生物膜交替處于厭氧、好氧的狀態(tài)，并逐步使除磷菌成為優(yōu)勢菌屬，實現(xiàn)其增殖；②供給必要的有機碳源（由廢水提供）；③最后的磷排出必須是以脫落污泥的形式，這就要求除磷菌為優(yōu)勢菌屬的生物膜生長要快，且應在好氧狀態(tài)下能脫落，即需有足夠的曝氣強度和選擇合適的生物膜載體；④污泥沉淀后應及時排出系統(tǒng)。
1.2 淹沒式生物膜法除磷工藝選擇
細菌細胞內(nèi)含磷約2%（以質(zhì)量計），所以傳統(tǒng)的生物膜法最多只能去除污水中約20%的磷。對一般生物膜法來說，無論是A/O（厭氧/好氧）工藝還是A2/O（厭氧/缺氧/好氧）工藝，由于是在空間上造成A或O的狀態(tài)，微生物只能持續(xù)地處于A或O的單一狀態(tài)，而不能處于A/O交替的狀態(tài)，因此，不具備生物除磷的條件，也就達不到生物除磷的目的[2].而序批式生物處理工藝集曝氣、沉淀于一池，運轉按進水、反應、沉淀、排水等幾個階段進行，污水間歇而有序地進入反應池和排出反應池。由于序批式工藝的特殊性，設計合理，可使生物膜在時間上交替處于A/O狀態(tài)，從而有望實現(xiàn)生物除磷的目的，同時，混合液也可在時間上交替處于A/O狀態(tài)，從而有望實現(xiàn)生物脫氮。
2 試驗方法
2.1試驗裝置
試驗裝置如圖1所示。
試驗用反應器是有機玻璃制成，內(nèi)徑為15cm，反應器內(nèi)有效容積為18L，其中沉淀池容積為2L.其試驗進水的TP平均為10.0mg/L，COD為370.0mg/L，溫度為25℃，好氧狀態(tài)的DO平均為5.5mg/L.
裝填密度是指生物膜與載體所占容積與整個反應器容積之比。在分別做了裝填密度：37.5%、實用裝填密度：30%以及較低裝填密度：22.5%的對比試驗后，確定較適宜的裝填密度為30%.此時，反應器中的纖維載體的比表面積為2.66m2/L.
生物膜培養(yǎng)采用A/O交替運行方式歷時3個月，菌種取自一般活性污泥工藝。在之后的工藝參數(shù)和影響因素的試驗中，取運行條件改變后2周的水樣進行測定。
2.2 原水和主要分析方法
原水用自來水加蛋白胨配制，同時還投加少量氯化銨、硫酸鎂、磷酸二氫鉀、氯化鈣、氯化鈉等，配制后水質(zhì)如表1所示。
表1 原水水質(zhì)表 水質(zhì)指標COD（mg/L）TN（mg/L）NH+4-N（mg/L）NO-3-N（mg/L）NO-2-N（mg/L）測定值250～40030～6010～200.20.1水質(zhì)指標TP（mg/L）SP（mg/L）pH堿度（mg/L）BOD5（mg/L）測定值8～107～97.3380～440180～300 注：COD為重鉻酸鉀法；TN為過硫酸鉀—紫外分光光度法；NH+4-N為納氏試劑光度法；NO-3-N、NO-2-N為離子色譜法；TP為過硫酸鉀氯化亞錫還原光度法。