两种运行方式下的间歇曝气生物滤池除磷特性

普http:/www.cqvip.CQmVol. 3 No, 6Jun. 20OS晝庆丸学学报JournaJ of Chongqing University文章编号：1000-582X<200S)06-0683-05两种运行方式下的间歇曝气生物滤池除磷特性郑蒋龙腾锐(1”重庆大学三峡庠区生為环境载育萍重点宾验臺，童庆4OOO3O；2.中国市政工程申南设计研兗院，湖北戏淀430010)摘 要:庶氧间歇曝毛生物膜系统用于生活污水的生物除磷。研究了运行方式对间歇曝气生牺 滤池嵌瞬性能的幣响&结果表职*与序批运冇才式相比,ACF(aerobic continuous f亡eding)运行方式可 说有效提高生物腫险磷承统的净叹墀能力.采用下同于持统反冲洗方窖去除生物膜中當渠的磷*可以 使阿歇曝毛滤曲在长周期条件下保持良好的运行性能，减少滤幽的反冲减频率。ACF方式下.有机牺 与磷酸盐的分布及变化特維表明间歇曝毛池内可能存在着施生物不同种群的空间分市，关键词：间馭曝气；生物腫*生物隐磷.吸嶙过程*污水建理中图分类号：X703. 1文献标志码：ACharacteristics of phosphorus removal in an intermittent aeratedbiofilter under two operating regimesZHENG Bei2, LONG Teng-rui1(Ik Key Laboratory of Three Gorges Reservoir Region Eco-environmentT Ministry of Education>Chongqing University t Chongqing 400030» P, R* China ? 2. Central and Southern China MunicipalEngineering Design & Research Institute, Wuhan 430010 r P. R, China)Abstract; A fixed-film system composed cf an anaerobic biofilter and an irnermittently aerated biofilter (IAISF) was developed for enhanced biological phosphorus removal (EBPR) in the treatment of domestic waste water We investigated the influence of the operating regime on the performance of EBPR in IAB F Compared to the sequencing batch regime net phosphorus-uptake capacity in IABF was improved under the 日亡robic continuous feeding (ACF) regime, An innovative method that c&n be used instead of traditional backwashing w乱苫 applied to IABF for removal of phosphorus from the reactor under the ACF regime, Using this method, a stable performance of EBPR wa& achieved during long-term operationT with A low frequency of backwashing in IABF. Distribution and variation of organic and phosphorus in IABF may imply spatial distribution of microorganisms in the column of the reactor untler the ACF regime.Key words； intermittent h亡ration； bicfilmt Hological phosphorus removaJi phosphorus uptake; wastewater treatment普http:/www.cqvip.CQm普http:/www.cqvip.CQm在厌頸/好氧生物除磷过程中聚磷繭在外碳源 供給富足的尿氧条件下*快速吸收基质并在体内储 存聚径基链烷酸同时分斛聚磷酸盐释放磷酸盐. 在紧接着胳好氧阶段外碳朋已消耗殆尽这时聚辑 菌就利用体内储存的聚羟基链烷酸生长井从环境 中摄取磷酸盐合成新的聚磷酸盘。通过这种生存方普http:/www.cqvip.CQm普http:/www.cqvip.CQm收稿日期：2008-01-12基金项目：国家十五攻关課®a<?004BA604A01)作者简仃；郑蓿(1973 ),女，重庆犬学博士，主要研究方向为疔水飪理理论与技术*龙摊锐(联系人片舅.重庆大学鞍授、博士生导师,(Tel) 023-65126098 it E-mail) langtengruilsina, com.| 维晋资讯 6B4重煤大学学报| 维晋资讯 | 维晋资讯 式，聚磷繭可以依幕外部基屢浓度来平衡自身的生 长陸苴比那些不具备储能箭力的细菌更具有竞争 优势，从而得以在厌审y好氧交替的环境中富集 生长d基于此，生物膜除磷过程的研究报道中所采用 的试验系统分为两类】一类是序批式反应系统妙打 即厌氧'好第过程按时间醮序依次进行匸另一类则采 用多个反应器串联賞连续流系统如门，通过周期性 改变水流方向和曝气方式在各个反应器中实现厌 氧/好戦的交替窮在这种周期性调整过程中，原污水 总是首先进人厌氧反症器好氧反应器总是串联在 厌氧反应器之后炉在这两类系统中厌氧释磷过程 和好氧吸磷过程是在电子供休（基履）和电子受体 （個）在时间上或空间上分离的条件下逬行的.在生物膜反应器中*微生物的附着生拴方式决 定了生物除磷过程中所富樂的磷必须通过反冲洗途 径从系统中移出。反冲洗的频率和程度决定了磷的 去除效果与能耗。富磷生物膜的移除是生物膜除磷 性能的关键性限制因索沁怯“笔者提出了一个由厌宣滤池和间歇摩气生物滤 ffiClABF）组成的生物除礙系统，用于处理生活污 水n 1ABF通过交替不曝汽/曝气操柞.提供适宜舉 磷菌的生氏环境n IABF采用“间歇-连续流相结合、 运用非传统陰磷方法"的组合运行方式，来改善生物 滤池的除磷性能.在该运行方式下，电子供休和电 子受休同时存在于好氧过程.笔者通过与序批式运 行方式对比分析，探讨IABF在不同运行方式下的 生物除磷特性.1 试验系统与方法M 试鉴流程试验流程融图I所示匚试验系统由厌筑生物滤 池和IABF串联组成°原污水经由污水收東系统苗 先进人庆蠹池口原衬水中的大分子有机物以及被滤 层截留下来的頼粒靭中的育机成分在厌戦环境下发 酵酸化+可议提高厌氧池岀水中挥发性脂肪酸的含 量”厌氧池对原污水的预战化处理可以达到枚善氷 质的目的，为恬续流程中聚磷歯的富集生按提供有 利的基质簽件.系统中设有2个并列运行的IABFq每个1AEF 周期性交替不曝气/曝气操作，从而在反应器中提供 厌氧/好氧交替的环境，有利于舉磷菌的富集生长。 IA15F的间耿曝丸循环周期（CD）包括厌氧和好氧 2个阶段.在一个CD历时内,IABF的运行方式如 下在厌耘阶段伊始采用快速进水方式，蛭厌氧池预 酸化处理的污水进入IABF.间歇运行彳在厌氧阶段» 1生膜除确乘统旅程示竄囲结束时聚磷菌释磷作用形战的高浓度含磷液（即厌 氧宙磷液）从反应器中排出，号采用化学方法单独社 理：在紧接着的好氧阶段*肯了获得稳定的出水，在 好氧阶段初始1 h内采用间歇方式运行，即好氧伊 始采用快速进水方式，原污水直接进人IABF,间軾 运行"h后.开始进入好氧连续紙运行阶段，即庆熨 池出水连续进人IABFJABF连续出水.至好氣阶 段结束时丫反应器中的好氧反应啟排出至此， IABF結束了一亍ED历时的运行。2个IABF交替运行*当IABF-I处于好氟连续 流运行期间UABF-T1依次经历厌氧间戦运行和好 氧初间歌运行阶段口当lABb-1好氧阶段运行结束 时JABF-II开始进人好氧连续流运行阶段.每个 IA吕F根据CD历时设置周而超始地运行，整个系统 可决实现连续施b1ABF的这种厌氧末排出富磷滾、好瓠连续进岀 水的运行方式，称为ACF运行方式n IABF的运行 采用自厅设计的继电器控制系统控制.K2试验装单个反应器内径6 09 m,柱髙1 th,鹅卵石垫层 髙6 06叫填料层髙0.5 m有效容积5. 2L. IABF 底部没曝气装置.厌氧阶段设有循环装置'各池填 装填料为酶促生物填料，枚径为mm.L3试骏方法IABF在序批（SB）运行方式下稳定运行3周 后'转人ACF方式运行阶段a IABF运行期阖运打 周期为13-27 d, IABF反冲洗周期抿据反应器水 力损失悄况来确定.ACF各轮次运行条件见表1” 试验比较分析IAEF在2种运行方式下的特性.试 验用水为重庆大学校区学生宿舍生活污水.| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/第6 JW郑稱，等：两种运柠方式.下的闾歆曝毛生物滤池除磷特挫SS5| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/表1 3ABF 2种运持方武下的生物關确性能比较4IAUF的 运行周期内ppH| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/RUN11525.2RUN22915. 9RUN3A312. 5RUN 457IACF运行方式271481121.74,742. 1976r851. 0ACFRLN159358624r5£93a 1482.5S2.5RVN27335724. 33. 320.0884.384, 3运行RUN3873582227r 13. 360.35血490, 4方式RUN4101246930.0s I:I.S70. 257B. e7Bt 6MM i巫运押COD进水"CCD出水跻TP进水九 TPili水即总有机负荷耽 总磷懷盐负荷和T-»* <- * - pjdL ITT T1! | J IF*'#/(mg * L ! )/(mg * L"1)/(mg * L_l ) /(mg - L"1 >kg * m * d_l >/(kg * m ! - d! 1/d270 ± 116 砰土旳 4.17 ± 1. 67 0+36 ± 0.171. 7 ± 0. 39 0.029 0 ± 0,00!1 7。指导ACF方式F系统的HRT】劝均为ACF运行期间的平均價d标准偏菱.| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/L4分析方法化学需氧尅(COD).溶解性化学盂氧註 (SCOb)采用HACH比色法测定"磷酸盐釆用流 动注射分析法测崖.2试验结果与讨论试验期间由于乖节的影响，原污氷浓度总休呈下 降超弊*试验后期进水COD灌度低于200ACF运行期间，根据水质变化情况阶段性调整流摄来 控制系统的有机负荷"根据统计结杲f见HtACF 运行期间单台1ABF 位体积填料每口实际的有机物 与磷酸盐总贸荷比校總定，波动幅度小于进水浓度" 2.12种运行方式下的生物除磷特征敞度曲线如图2所示，在厌氧阶段，2种运行方式下的释 磷曲线变化基本趋势相同在最初的1 h内販相磅 酸盐浓度的怏速上升伴随着有机物浓度的快速下 降；之后磷般盐浓度上升速度明显减缓.有机物浓度 则变化不大。在ACF方式下，厌氧末要排岀富磷 液，页此厌氣过程与好氧过程楚2个不连续的过程。 2种运行方式的最显著区别就在于好氧阶段初始磷 駿盐浓度和有机物浓度7在ACF方式的好氧初始 阶段，水质策件JRIfeT原污水水质而与麻氣未的反 应谨浓度无关，相对干SB血言是处干秋磷源富碳源 的环境。如图2所示*磷酸盐和有机物侬度在好氧 初始1 h内迅速下降.在接下来的连续出水阶段， IABF岀朮浓度保持在稳定的低浓度水平上。从运 行效果上看亡种运行方式的显著黑别就是ACF的 好氧出水诳度明显比SR的低.图2 2种运行方式下间歇曝气齬环周期内侬度特征曲线2,2磷的去除2.2. 1 好氧磷酸盐负荷与好氢吸隣速率IABF不間的运行方式决运了系统在好氧附段 将处于不同的负荷条件.分别X4 ACF方式各轮腹， 以及SB方式稳定运行期间的生物除磷持性做分析. 如图3所示，ACF方式下的吸磷速率随进水中磷酸 盐负荷的增氏而增大，即IAI3F单位休积填料每日 实际接纳的磷酸盐的最与相应的磷酸盐摄人也咸正 比关系"由于启CF方式的好氣磷酸盐负荷受逬水浓度及水力负荷的昭响显著，所以试验结果表明，生 物膜系统在邃运行方式下具有良好的吸磷能力.能 够很好地适应环境条件的变化。SB方式下好氧初 始磷酸盐负荷大部分来自于厌覘释磷过程所以吸 磷速率跟厌轼释磷过程关联紧密.0.025O ACFX SB ACFy=0.MB 6s -0.001 5RJ=098B 80.020 ”0.0150.0100.0050,0000.000.010.020.03好鬣議扭负樹（k評严护）图3奸确廉盐肉荷与吨确速军的关慕2.2.2奸氣吸磷与民氧释礁由于季节的影响.RUN4期间原齐水COD浓度 下降至曲0 mg/L以下，厌氧池出水中易降解有机 质的诙度明显下降.这种悄况下可以观察到释磷速 率相对偏低（如图4所示人总体上.AEF方式下单 位休枳填料每口实际的厌氧释磷速率与好氧吸磷速 率呈线性正相关.在SH方式下由于连续运行未进 行反冲洗，反应器中磷的积累及生物址逐渐增加'释 磷速率与好氧吸磷速率随之增大且相互关系符合 AEF的线性关系。这说明tIABF的运行方式并不 影响厌氧釋磷过程与好氧吸磷过程之间的关联关 系.只不过在ACF方式下，水力负荷的调整使得生 物膜表现出能在更大范围内适应环境条件动态变化 的能力口4吸磷世皐与棘碑連率的芙系2.2.3 净唳磷效能笔者采用好氧吸磷效率来表示单位体积填料的 吸磷速率与好氧阶段单位体积填料所接纳的磷酸盐 负荷之比卡用序吸磷效率表示单位体积填料的净吸 磷速率与单位捧积填料所接纳的进水磷战盐负荷之 比。SB方式下，好氧初始污染物负荷来源于厌氧阶 段;好氧吸磷效率并不反映有效的磷酸盐去除效率。 就审吸髀效率而言.SB方式低于ACF方式（见 表IX采用周期性排出厌轼富磷液的方式从系统 中转移出生物膜中富集的磷，是ACF运行方式控制 生物膜中磷含僮的主要措施和手段。如表1所示* ACF方式下，连续运行22击出水正磷黴盐浓度为 0.348 mg/L；而SB方式下，连续运行】4d未进行反 冲洗，出水正磷战盐浓度高达2. 19 mg/l.o显然，抵 时间连续运行使SB系统中磷不断积累从而导致系 统吸偷能力下降，限制了生物除磷过程的有效性. 而ACF方式因为生物膜中富集的磷的移除不依赖 于反冲洗操作，所诰怏运行周期条件下仍能保持良 好的运行效果.可见，ACF运行方式不仅可以有效 地控制主物膜中磷的积累提鬲生物膜的磷酸盐储 存容塑和吸磷能力，而吐减少了反冲洗频率。在ACF方式下对主物膜系统的磷平衡和水址 平衡分析表明，在系统HR 丁为12廿h及CDS h条 件下，进人系统的磷有47.5%进人厌氧富磷液的化 学处理环节。2.3好氣有机伍荷的影响在污水处理过程的动态环境中聚無菌的储能 机制便苴具备适应环境的变化能力因而具有强的 生存竞争优勢这被视为是生物除磷系统中臺磷菌 富集生存的关琏因素現在IABF中.连续进水 便得好氧阶段处于较高碳源浓度的环境*然而好顿 吸磷速率并投有因此而降低*对】ABF填充柱内各取样点的哝度分析显示.沿 水流方向柱内存在有机物和磷战盐的浓度分布如 图5所示在ACF运行第29 H （|）tIABF人口处 SCOD適量与第15日（D相羞不大但磷醸盐通量有 明显增悅.柱内有机物通区的削减主要住柱高0 0. 06 m区域削减速率随通呈的增加而增加，浓度樺 度随之增大.这样在后续柱内空IWCO. 06-0. 56 m） 始終堆持着稳宦的低有机质的环境条件。磷酸盐的 削减则是在柱高0. 06-0, 56 m的区域内完成的.随 着磷战盐通量的增氏£.260.56 m柱高区域的削减 速率迅速增悅.増幅超过6 060. 26 m柱高区域”岀 水液度得到有效控制.根据试验结果可以推断，在 1AHF柱内沿水流方向可能存庄着微生物种群的空间 分布，即普通异养繭富集在IABF进口区域® 0.06 m柱高区域好嶽降解进水中的有机物，从而有 效地削弱了好氧有机员荷对填充柱0. 06-0. 56 m区 域内富築主长的聚麟菌的冲击*普通异养菌和聚瞬 菌在IABF中的这种空间分布特性是采用ACF运行 方式的生物除磷过程的一个重要特点。| 维普资讯 h ttp:/郑 幕+等：两种运行方式下的间歌曝气生物懑池僚磷特性687| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/7/电曾：«轴魏«填料柱祐FmSCOD ISCODU2 OaO,a樊料曲血圈5 好狙有扒负荷与範購过程的关慕3结论1)厌氧预酸化-间歇曝气滤池生物除璘系统可 以有效去除生活污水中的磷醸盐。试验期间.进水 COD.TP平均浓度分别为270. 4. 17 mg/L,出水 COD,TP乎均浓度分别为69,0.36 mg/LB刃在ACF运行方式下*周期性推出厌氧富磷反 应液是SBF移除生物膜中富集的磷的主要途径与 措施"试验表明，与SB方式相比，ACF方武可以有 效提高生物脱除磷系统的挣吸磷能力；生物膜系统 可以在长运行周期条件下课持良好的运行性能.从 而大大减少滤池的反冲洗操作频率.降低运行成本, 同时提高污水的处理能力.3) IABF生物膜具有良好的适应负荷变化的能 力亠1ABF的运行方式不影响好氧吸磷过程与厌氧 释琲过程闾的关联关系。4) 在ACF方式根据好氧连续流阶段IABF 填充柱内有机物与磷酸盐的分布及变化特征.可以 推断IABF 内沿水就方向存在着微生物不同种群 的空间分布。強毒文献：1 MINO T+ VAN LOOSDRECHT M C M, HR1JNEN J J.Microbiology and biochemistry of the enhanced biological phosphate removal pmcessJ Wster 1998+ 32C11) r 3193-3207,2 GARZON-ZUNIGA M A, GONZALEZ MARTINEZ £ Biological phosphorus And nitrogen removal in a biofilm setitiKing batch reactor J Water Sci Techno, 1996, 34 (1-2) t 293-301.3 MUNOZ-COLUNGA A* GONZALEZ-MARTINEZ S” Effects of population display emenK on biohflical phosphorus removal in a biofilmWater SciTechnoL 坤騎.34303-313,r 4 MORGENROTH £ W1LDERER P Ah Modtlmg of enhanced biological phosphorus removal in a sequencing batch biofilm rcacterJ , Water Sci Technol,37(4-5) t 563587.5 falkentoft C+ TIARREMOES P. 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