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本论文研究了不同条件下产生的剩余污泥发酵液作为短期和长期运行的生物除磷脱氮系统碳源的脱氮除磷效果,并对长期驯化条件下脱氮和除磷效果都较好的剩余污泥.碳水化合物联合发酵产生的发酵液作碳源的除磷脱氮系统进行了深入的研究。
不同发酵液(剩余污泥.碳水化合物联合发酵、剩余污泥在碱性条件下发酵、表面活性剂促进污泥发酵)作为短期运行的多级(厌氧/好氧/缺氧/好氧/缺氧/好氧/缺氧)脱氮除磷系统的微生物碳源时,三个批式反应器总氮(TN)的去除率分别为38.7%、53.9%及74.2%,好氧段的硝化产物主要为硝态氮而非亚硝态氮,并未发生显著的短程反硝化现象。以碱性发酵液为碳源的系统厌氧释磷量及好氧吸磷量均最小,分别为3.12和3.59mmol—P,对应最高的溶解性磷酸盐(SOP)去除率(86.0%)。以剩余污泥.碳水化合物联合发酵产生的发酵液作碳源的系统厌氧释磷量及好氧吸磷量也较小,分别为3.38和3.76mmol—P,对应的SOP去除率达到63.6%。以表面活性剂促进污泥发酵产生的发酵液作碳源的系统厌氧释磷量及好氧吸磷量均较高,分别为5.12和5.00mmol—P,导致其并无除磷功能。
通过对剩余污泥不同条件下产生的发酵液与纯乙酸作碳源的长期运行的多级(厌氧/好氧/缺氧/好氧/缺氧/好氧/缺氧)脱氮除磷系统进行比较发现,TN去除率分别为85.1%、82.0%、83.4%和74.8%;SOP去除率分别为95.5%、94.1%、95.0%和90.4%。在长期驯化条件下,三种以发酵液为碳源的脱氮除磷系统发生了不同程度的短程反硝化脱氮(分别为57%、60%和61%);而以纯乙酸为碳源时,好氧阶段以硝酸盐为主要硝化产物,硝酸盐的累积量为10.31mgNOx—N/gVSS。与纯乙酸作碳源的脱氮除磷系统相比,三种以发酵液为碳源的脱氮除磷系统在主要的吸磷段(第一个好氧段),分解1mmol—C的聚羟基烷酸(PHA)所合成的糖原为0.84、0.78和0.99 mmol—C,均低于乙酸碳源的1.26mmol—C,吸磷为12.33、15.59和17.32 mg,均高于乙酸碳源的11.70 mg。可见,以发酵液为碳源的三个反应器糖原的代谢量减少,聚磷菌胞内合成的可为好氧SOP吸收提供能量的PHA比例增大,导致用于SOP吸收的PHA利用率提高,从而引起系统SOP去除率的提高。
通过比较不同发酵液作为长期运行的生物除磷脱氮系统的碳源发现,以剩余污泥—碳水化合物联合发酵产酸作碳源的多级脱氮除磷系统具有较高的脱氮和除磷能力。在此生物脱氮除磷工艺中,乙酸与丙酸的降解过程符合一级动力学,丙酸降解速率大于乙酸降解速率,降解速率常数分别为0.1518min—1和0.0834min—1。序批式反应器(SBR)内的吸磷过程也符合一级动力学,吸磷速率常数为0.0313min—1。SBR内磷的去除集中在前两个好氧阶段,TN的去除主要集中在前两个缺氧阶段。合成、分解的PHA中PHV占75%左右,从而推测PHV对吸磷和反硝化作用脱氮起到重要作用。