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废水厌氧生物除磷技术的基础研究

李金页  
【摘要】: 我国的水体富营养化问题日益严重,磷元素是导致水体富营养化的主要因素之一,控制磷排放已成为解决水体富营养化问题的重要途径。近十多年来,厌氧生物工艺在有机废水处理上得到广泛应用,其中上流式厌氧污泥床(UpflowAnaerobic Sludge Blanket,简称UASB)已成为厌氧生物工艺的杰出代表而倍受人们青睐。但是,人们对厌氧生物工艺的关注,焦点集中在除碳功能上,对其除磷功能,则迄今未见系统的研究报道。本课题选用UASB反应器作为工作平台,深入系统地探索了厌氧生物工艺的除磷性能,获得了以下结果: 厌氧生物反应器具有良好的除磷效能。在水力停留时间(Hydrulic RetentionTime,简称HRT)为24 h、进水COD和磷酸盐浓度分别为5000~10000 mg/L和5~30 mgP/L的条件下,UASB反应器的容积磷去除率可高达21.4 mgP/L·d,磷酸盐去除率可高达99.0%以上,出水磷浓度低于0.5 mgP/L,达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级排放标准。 厌氧生物反应器的除磷功能主要来自厌氧微生物的同化作用。将废水中的磷酸盐用作营养物质,使之从废水中转移至厌氧微生物体内(磷由水相转移至固相),再通过泥水分离,使之从废水中去除,这是UASB反应器实现除磷功能的重要途径。 厌氧生物反应器的除磷效能受多种因素的制约。进水COD浓度、磷酸盐浓度以及COD/P值皆为UASB反应器除磷效能的显著影响因子。提高进水COD浓度,有利于提高容积磷去除率和磷酸盐去除率。提高进水磷酸盐浓度,有助于提高容积磷去除率,但会降低磷酸盐去除率。提高进水COD/P值,有利于提高磷酸盐去除率,但会限制容积磷去除率。 厌氧生物反应器的除磷效能与除碳效能密切相关。提高反应器的除碳效能有助于提高除磷效能,但除碳效能受除磷效能的影响较小。在进水COD/P值较高的条件下(1000:1),依然能够获得较高的除碳效能(10 gCOD/L·d),碳磷去除比例达1182:1;而在COD/P值较低(1000:2~1000:3)的条件下,碳磷去除比例平均值为655:1,并随容积COD去除率的提高而降低至500:1左右。 厌氧生物反应器的除磷效能与除氮效能联系紧密。在除氮效能较高的运行条件下,除磷效能相应较高,但在除磷效能较低的情况下,除氮效能也受影响。在进水COD/P值较低(1000:2~1000:3)的条件下,氮磷去除比例稳定在8.6左右,基本不受进水N/P值以及容积氮去除率的影响;而在磷酸盐浓度较低的情况下(1000:1),氮磷去除比例增高,最高达18.8。 厌氧生物反应器的除磷效能与生物相组成相关。PCR-DGGE分析以及扫描电镜观察表明,在UASB反应器的运行过程中,颗粒污泥的微生物组成逐步从以甲酸甲烷杆菌(Methanobacterium formicicum)等杆菌和球菌为主,转变为以理事会鬃毛甲烷菌(Methanosaeta concilii)等丝状菌为主。就出水磷浓度而言,以丝状菌为主的UASB反应器优于以球菌和杆菌为主的UASB反应器。 厌氧生物反应器的生物相变化与进水有机负荷及COD/P值密切相关。在污泥负荷(0.36~0.86 gCOD/gVSS·d)较低、进水COD/P值(1000:1~1000:2)较高的条件下,容易引发颗粒污泥丝状菌膨胀,导致污泥流失而使反应器运行失稳,影响除磷效能。 厌氧生物反应器的除磷效能可受硫酸盐的干扰。当进水COD/SO_4~(2-)值从7.0降低至2.3时,UASB反应器中的产甲烷过程受到抑制,容积磷去除率由9.6mgP/L·d降至2.0 mgP/L·d。硫酸盐还原成为主导反应时,UASB反应器的除磷效能降低。在进水COD、SO_4~(2-)和磷酸盐浓度分别为3500 mg/L、1500 mg/L和15~25mgP/L条件下,容积磷去除率为2.0~4.3 mgP/L·d,磷酸盐去除率为12.3%~26.2%。


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