同好氧生物法相比,厌氧生物处理产生的污泥量少「厌氧生物处理」

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本研究应用的 A2/O-BCO 组合工艺， 充分利用 了原水中的碳源，且占地面积小，运行费用低，管理方便，尤其适用于分散、处理量小、日变化系数 较大的农村生活污水处理，是农村生活污水实现生物脱氮除磷的理想选择[11-13]，在污水处理领域有重 要意义。但是，该系统的碳、氮、磷的物料平衡情 况尚不明确， 进行物料衡算有助于更好地理解和分 析系统有机物、氮和磷的分布及变化情况[15]，本文 在 Barker 等[16]对活性污泥系统进行的碳、氮物料平 衡的研究基础上，首次建立了 A2/O-BCO 组合工艺 的碳、氮、磷的物料衡算公式， 并且以不同硝化液 回流比稳态运行条件下的试验数据为基础，分析了 A2/O-BCO 组合工艺碳、氮和磷的物料平衡情况， 以期为评价试验数据的可靠性以及数学模型的建 立提供理论依据和指导。

1 材料与方法

1.1 试验装置

A2/O-BCO 工艺系统流程。A2/O反应池内为活性污泥法，厌氧段完成有机物的吸附转化同 时释磷，缺氧段以BCO反应池回流过来的硝化液为电子受体进行反硝化除磷反应，好氧段进一步吸磷并吹脱氮气；BCO 反应池内为生物膜法，主要完 成氨氮的氧化。主体反应器材质均为有机玻璃，其 中 A2/O 反应池有效容积为 40 L，厌氧区、缺氧区 和好氧区容积比为1∶3∶1，BCO 反应池有效容积 为 24 L，均分为 3 格室（分别记为 N1 段、 N2 段和 N3 段），每个格室均填充聚丙烯材质环形悬浮填 料，填充率为 45%，填料尺寸为 D25 mm×10 mm，中心有网格结构，密度为0.96 g/cm3，孔隙率为95%， 有效比表面积为 500 m2/m3。

1.2 试验水质

采用北京工业大学教工住宅区化粪池生活污 水为试验水源，属于典型的低 C/N 实际生活污水， 水质特点具体如下：COD质量浓度为 97.62 ～ 318.20 mg/L；总氮（total nitrogen ，TN）以氨氮为 主，质量浓度为 53.21～74.64 mg/L；总磷（total phosphorus ，TP）质量浓度为 3.74～7.38 mg/L ，NO3--N 质量浓度为 0～0.54 mg/L；NO2--N 质量浓度为 0～0.23 mg/L。

1.3 试验运行条件

试验连续运行 5 个月，考察了硝化液回流比对A2/O-BCO 系统同步脱氮除磷效果的影响。A2/O进水流量为5L/h ，A2/O反应池内水力停留时间 （hydraulic retention time ，HRT）为8 h，污泥龄sludge retention time ，SRT）控制在 12 d，污泥回 流比为 100%，待系统性能稳定后，依次将硝化液 回流比分别控制在 100% 、200% 、300%和 400%进 行试验比较， 分别记为 Run1、Run2、Run3 和 Run4，基本每个工况都运行1个月左右，污泥浓度（mixed liquor suspended solids ，MLSS）维持在 3 500 mg/L 左右，好氧段溶解氧（dissolve oxygen ，DO）控制在 1.0～2.0 mg/L；BCO 的 HRT 为 1.9 h ，DO 均控 制在 3.0～4.5mg/L。

1.4 分析方法

每天用 50 mL 取样器从 A2/O-BCO 工艺系统每 格室中采集 50 mL 水样，水样采用 0.45 μm 中速滤 纸过滤， MLSS、挥发性污泥浓度（mixed liquor volatile suspended solids ，MLVSS）、COD 等指标采用标准方法测定[17] ，PO43--P ，NH4 -N ，NO2--N， NO3--N 由 Lachat Quikchem8500 型流动注射仪 （lachat instrument，milwaukee，wiscosin）测定；采用WTW ，Multi 340i pH/DO 仪测定 pH 值和 DO。

分子荧光原位杂交（ fluorescence in situ hybridization ，FISH）技术，固定、杂交的操作步 ] 。采用的寡核苷酸探针为 EUB mix（Eub338，碱基序列为 GCTGCCTCCCGTAGGAGT； Eub338Ⅱ，碱基序列为 GCAGCCACCCGTAGGTGT；碱基序列为GCTGCCACCCGTAGGTGT）、 Amx368 （碱基序列为CCTTTCGGGCATTGCGAA）。通过OLYMPUSBX-61 荧光显微镜和 Image-pro plus 6.0 软件对污泥种群进行拍摄和定量分析。

2 A2/O-BCO 反应池中各污染物物料衡算理论分析

2.1 碳平衡计算分析方法

一般用COD间接表示活性污泥系统中的碳指标，因此以整个系统为研究对象计算碳的物料平衡，可以用系统中 COD 的质量变化情况描述，具体流程 。根据进入系统的 COD 总量（Minf .COD，mg/d） 等于系统出水（Meff. COD，mg/d）、系统 A2/O 中厌氧 段利用（MANA.COD，mg/d）、缺氧好氧 段利用 （M(AN1-S）.COD，mg/d）、BCO 段利用（M(S-eff) .COD，mg/d）式中： Qin为进水流量， L/d ，QR 为回流污泥流量， L/d，Qr 为回流硝化液流量， L/d，QW 为剩余污泥排 放量， L/d ，Qeff 为出水流量， L/d ，Cin.COD 为进水 COD 浓度， mg/L ，CANA.COD 为厌氧段 COD 浓度， mg/L，CS.COD 为中间沉淀池 COD 浓度，mg/L，Ceff.COD为出水 COD 浓度， mg/L，XW 为剩余活性污泥浓度， mg/L，f 为挥发性活性污泥浓度与剩余活性污泥浓 度的比值， fCV 为活性污泥中有机物 COD 的化学计量系数，以每mg挥发性活性污泥浓度中含有 1.48 mg COD 计[20]。

3 A2/O-BCO 工艺各污染物物料情况

3.1 A2/O-BCO 工艺运行性能

系统连续稳定运行5个月的进出水水质。 A2/O-BCO 工艺的脱氮除磷效果随着硝化液回流比 的增加呈现增加趋势，但当增加到400%时，TN却出现了降低趋势。在本试验运行条件下， 当硝化液 回流比为 400%时，一方面回流污泥中携带的硝酸 盐破坏了 A2/O 中的厌氧环境， 严重影响 ANA 段的 释磷情况和系统碳源的利用情况， 继而影响缺氧段 反硝化除磷反应；另一方面回流过来的大量硝酸盐，使得缺氧条件下硝酸盐负荷过高，并携带了大量溶解氧，导致缺氧段有效反应时间严重缩短，A2/O 出水中硝态氮开始积累，导致TN去除效果变差。当运行条件为 Run3 时，系统平均出水TN和TP浓度分别为 14.96 和 0.49 mg/L，达国家城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准。选用系统 Run1～Run4 这5个月稳定运行数据作为下文物料 衡算的依据。

3.2 COD 的去除特性和物料平衡

进入系统的 COD 主要在A2/O 反应器中厌氧段被聚磷菌利用来合成体内贮能物质， 用于后续缺氧 段的反硝化除磷反应，后续 COD 降幅较小，此时 COD 主要用于维持好氧异养菌的新陈代谢，COD 在 BCO 中也得到部分去除，可能原因是其中 除了自养型的硝化菌之外，还存在好氧异养菌；另 外一部分通过出水流出系统， 还有一部分通过剩余污泥排出系统。根据公式计算 4 个运行条件下 COD 的物料平衡。可见4个运行条件下，COD 平衡百分比均在 95.0%以上，系统在A2/O反应器中厌氧段用于释磷而被利用的COD值占总去除量的百分比分别为 78.5% 、71.8%、57.9%和 71.1%。Run 3下的 57.9%是由于 当时正值夏季，进水COD值较低，出水COD值均小于50.0 mg/L。

3.3 磷的去除特性和物料平衡

进入系统的 P 通过厌氧段释磷、缺氧段反硝化吸磷和好氧吸磷，一部分通过出水流出系统，一部分通过剩余污泥排出系统。本工艺有很好的P去除效果， 缺氧段反硝化吸磷和好氧吸磷占磷总去除量的百分比，在 Run1 时，反硝化除磷反应受到 电子受体的限制，主要发生好氧吸磷反应，随着硝化液回流比增大， 在电子受体充足的情况下，缺氧段反硝化除磷反应越彻底。根据公式计算4个运行条件下P的物料平衡。可以看出4个运行条件下通过排放剩余污泥去除的P分别占总量的 78.0% 、88.4% 、84.3%和 85.4% 。P 的平衡百分比均在 90.0%以上，可能是由于污泥磷含量选取经验值 3%而造成的磷平衡有部分余差存在。

3.4 氮的去除特性和物料平衡

根据公式计算输入系统氮的质量，4个运行条件下差别不大，分别是(7 911.6±600.0) 、(7 716.0±546.0)、(7 347.6±444.0)和(7 555.2±535.2) mg/d。根据公式计算输出系统氮的质量，流出系统的氮的含量分布情况见表 4，各个途径所占百分比。

从表 4 和图 5 中可以看出，从 Run1～Run4，随出水流走的氮的质量呈现先减少后增加的趋势，通过反硝化去除的氮却呈现先增加后减少的趋势，在 Run3 时随出水流走的氮达到最少，通过反硝化 去除的氮达到最大值；而通过剩余污泥排出的氮和 在 BCO 损失的氮的质量相差不大。分析原因，硝化液回流比的增大， 为反硝化除磷反应提供了充足 的电子受体，使得反硝化除磷反应能够进行的更加 充分，但当增加到 Run4时，硝酸盐负荷过高，导致反硝化去除的氮减少，随出水流走的氮增加。