摘要：在序批式反應(yīng)器(SBR)中,研究了廢水中 2 種揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)丙酸/乙酸的濃度比值對(duì)生物除磷(EBPR)的影響.結(jié)果表明,突然增加丙酸/乙酸濃度比值,導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)生物除磷的效果變差;但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的馴化后,除磷效果明顯變好,溶解正磷酸鹽(SOP)的去除效率比改變丙酸/乙酸的濃度比值前提高10%左右.進(jìn)一步研究表明,除磷效率得到顯著提高的原因主要是 SBR2 系統(tǒng)較低的二次磷釋放量。

關(guān)鍵詞：生物除磷；揮發(fā)性有機(jī)酸；廢水；聚羥基烷

厭氧和好氧生物除磷(EBPR)是廢水除磷的一種有效技術(shù).在 EBPR 的厭氧階段,揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)被消耗并以聚羥基烷酸(PHAs)的形式儲(chǔ)存,PHAs 合成所需要的能量及還原物質(zhì)通常由胞內(nèi)聚磷(poly-P)和糖原的降解提供,體系中磷的濃度因此會(huì)上升;好氧階段,聚磷菌依靠氧化胞內(nèi)PHAs 為微生物生長(zhǎng)、 磷吸收和糖原合成提供碳源和能源.由于好氧磷吸收超過(guò)厭氧磷釋放,通過(guò)排泥達(dá)到磷去除.VFAs 作為 PHAs 生物合成的底物,在 EBPR 中起著關(guān)鍵的作用.乙酸和丙酸是生活廢水中最常見(jiàn)的2種VFAs,但多數(shù)關(guān)于 EBPR 的研究都以乙酸或葡萄糖作為 PHAs合成的碳源[1-3],只有少數(shù)的研究探討了丙酸對(duì)EBPR 的影響[4].作者研究了廢水中不同丙酸與乙酸的濃度比值對(duì)溶解的正磷酸鹽(SOP)厭氧釋放、好氧吸收、凈去除率的短期和長(zhǎng)期影響,并探討了其中的可能原因。

1   材料與方法

1.1   試驗(yàn)廢水
    
采自上海某污水處理廠,其典型特性為總COD 400mg/L,總氮38mg/L,總磷 0.25mmol/L,乙酸、丙酸含量分別為 1.40, 0.60mmol/L(在 SBR實(shí)驗(yàn)的進(jìn)水中,另外加入約 0.81mmol/L TP 和2.5mmol C/L VFAs)。1.2   SBR 運(yùn)行與實(shí)驗(yàn) 在 2 個(gè)序批反應(yīng)器(SBR)中進(jìn)行,每個(gè)反應(yīng)器體積3L.接種污水廠活性污泥,每天3個(gè)循環(huán),每循環(huán)包括120min厭氧段和240min好氧段,其余為輔助或閑置時(shí)間.環(huán)境溫度20℃;兩SBR反應(yīng)器加入廢水后再加入 2.5mmolC/L 的乙酸,運(yùn)行 4 個(gè)月后,SBR2 變?yōu)樘砑?.5mmolC/L 的丙酸;平均細(xì)胞停留時(shí)間(MCRT)控制在 9d左右。

1.3   分析方法
   
PHAs 采用氣相色譜法[5];VFAs 采用氣相色譜法[6];糖原采用蒽酮法測(cè)定[7];SOP 采用Vanadate-Molybdate 方法測(cè)定[8]。

2   結(jié)果與討論

2.1   2 個(gè) SBR 中乙酸、丙酸和SOP 的變化
    
圖 1 的橫軸上-1d 表示以 SBR2 中進(jìn)水補(bǔ)加乙酸切換為丙酸的前 1d.由圖 1 可見(jiàn),SBR1 中乙酸、丙酸、SOP 的濃度的平均值分別為 3.95, 0.61mmol C/L 和 0.78mmol P/L,丙酸對(duì)乙酸的濃度比值平均為 0.16。SBR2 中乙酸、丙酸、SOP濃度平均值分別為 1.42, 2.93mmol C/L 和0.80mmol P/L,丙酸/乙酸的濃度比值平均為2.06.從進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù)可以看出,兩個(gè)SBR間丙酸與乙酸的比值明顯不同。

圖1  2個(gè)SBR進(jìn)水中乙酸、丙酸和SOP的變化

實(shí)驗(yàn)表明,第 30d 和 70d 時(shí)兩個(gè) SBR 的 pH值變化情況相似,因此本研究忽略 pH 值對(duì) 2 個(gè)SBR 的影響。

由圖 2 可見(jiàn),在厭氧開(kāi)始時(shí),乙酸和丙酸的消耗非?？?45min 內(nèi)被完全消耗.在這段時(shí)間內(nèi),2個(gè)反應(yīng)器中SOP的釋放也非常快,分別占總釋放量的 90%和 95%.值得注意的是,在 45~120min內(nèi),SBR1 比 SBR2 對(duì) SOP 二次釋放的程度更高,大致等于好氧結(jié)束時(shí)兩反應(yīng)器凈 SOP 去除量之差.這可能是導(dǎo)致 SBR2 比 SBR1 的除磷效率高的主要原因.

從圖2中還可以看出,好氧段SBR1和SBR2中分別有大約 55%和 60%的 SOP 在起初的30min 內(nèi)被快速吸收.這些現(xiàn)象在所有實(shí)驗(yàn)中都是一致的,而且吸收的 SOP 都大大超過(guò)釋放的SOP.此外,SBR1 和 SBR2 中的 SOP 吸收與 SOP釋放的比例分別為1.29和1.36.顯然, SBR2具有更高的 SOP 吸收與釋放的比率。隨著厭氧階段VFAs 消耗、 SOP 釋放及聚羥基丁酸(PHB)、聚羥基戊酸(PHV)的合成,微生物細(xì)胞的多糖被利用,結(jié)果見(jiàn)圖 3.兩反應(yīng)器中的PHB 和 PHV 在厭氧條件的初始 45min 合成,與VFAs 和 SOP 的變化是一致的.SBR1 中合成的PHB 遠(yuǎn)多于 SBR2,但厭氧結(jié)束時(shí) PHV 卻少于SBR2.盡管兩反應(yīng)器中加入相同摩爾碳的 VFAs,但 SBR1 的 PHAs(PHB 與 PBV 之和)卻高于SBR2.在好氧段,SBR1 和 SBR2 中 SOP 吸收與PHAs 降解的比例分別為 0.36,0.59。

2.2   2 個(gè)SBR 中SOP 去除
   
2 個(gè) SBR 進(jìn)水 SOP 稍微有些不同,它們的SOP 去除率結(jié)果見(jiàn)圖 4.在乙酸切換為丙酸的前1d, SBR1和SBR2中SOP的去除率分別為73.2%和 77.3%,SBR2 高于 SBR1 4.1%.然而到補(bǔ)加丙
酸的第 6d,SBR2 的 SOP 去除率卻低于 SBR17.7%.顯然,突然將進(jìn)水中補(bǔ)加的乙酸換為丙酸,將導(dǎo)致系統(tǒng)除磷功能的降低.隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加,從第 13d 以后,SBR2 的 SOP 去除率平均高于SBR1 10%以上.這表明,SBR2系統(tǒng)中的聚磷菌經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的馴化后,其除磷效果得到顯著提高,而且比 SBR1 還高.圖 5 還給出了好氧結(jié)束時(shí)SOP 濃度變化.可見(jiàn),在 SBR2 運(yùn)行穩(wěn)定后(13~ 83d),其SOP 的濃度都低于 SBR1。

3   結(jié)論

3.1   污水在序批式反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中,突然增加廢水中丙酸/乙酸的濃度比值,將立即導(dǎo)致系統(tǒng)除磷效率的明顯下降,出水中磷的含量上升.然而,當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的馴化后,高丙酸/乙酸的濃度比值除磷效果比低的除磷效果要高 10%左右。

3.2  SBR2 比 SBR1 的除磷效率高的原因可能是SBR2 具有較低的二次 P 釋放。
 
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