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目 錄
1 介紹……………………………………………………………………………….1
2 材料和方法……………………………………………………………………….2
3 試驗(yàn)結(jié)果和評價……………………………………………………………….4
3.1 開始階段…………………………………………………………………...4
3.2 生活污水的實(shí)驗(yàn) 5
3.3 關(guān)于增加了醋酸的生活污水的實(shí)驗(yàn)………………………………………...6
4 總結(jié)…………………………………………………………………………….8
原文…………………………………………………………………………..10
序批式活性污泥反應(yīng)器中的基質(zhì)的組成
在脫氮過程中的潛在影響
原著：Rüya Tasli*, Derin Orhon and Nazik Artan，環(huán)境工程學(xué)部，伊斯坦布爾技術(shù)性大學(xué)，I.T.U，Insaat Fakültesi，80626 Maslak，伊斯坦布爾，土耳其
摘要
實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明了序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR）對加強(qiáng)含有低濃度/中等濃度的有機(jī)碳的市政污水的生物磷的去除沒有很大的效果，因?yàn)閺奈鬯腥コ獨(dú)鈺r可以優(yōu)先地爭奪可以利用的碳。總COD量不是一個富有意義的反映除N和P時可以利用的基質(zhì)的參數(shù)；容易地可生物降解的COD一部分的COD fractionation和識別為系統(tǒng)性能的準(zhǔn)確的估價是必不可少的。可溶的COD去除的程度在非好氧階段被觀察到比在除N和P的釋放過程中通過化學(xué)計算學(xué)的關(guān)系被計算出的可能的量還高的多，顯示了像有機(jī)碳這一類在厭氧的條件之下被非聚磷菌爭奪儲存是存在的。
關(guān)鍵詞：序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR），有機(jī)碳，磷的去除
1 介紹
眾所周知，加強(qiáng)生物除磷（EBPR）需要一個厭氧/好氧順序。在厭氧的階段中，磷釋放和生物量范圍內(nèi)的有機(jī)基質(zhì)是有關(guān)聯(lián)。在好氧期間里，磷的過量吸收發(fā)生在以儲存有機(jī)物為代價，這些有機(jī)物也作為一個為有聚磷能力的微生物（聚磷菌）生長的碳源。
可以利用的有機(jī)基質(zhì)的性質(zhì)為選擇性地需要短鏈的脂肪酸的存在時有效的去除磷扮演關(guān)鍵的角色?，F(xiàn)在通常都認(rèn)為了厭氧的階段的主要的功能是產(chǎn)生能作為被聚磷菌的所利用的必要的發(fā)酵基質(zhì)。在迄今為止所建議的全部動力學(xué)模型中，醋酸鹽把被稱呼為唯一的外部基質(zhì)，象聚B羥基（PHB）那樣在厭氧的條件期間里被吸收和儲備。怎樣減少由聚B羥基綜合組成的各種生物化學(xué)模型之間不同的產(chǎn)生的動力是一個問題。（Comeau et al., 1986;Wentzel et al., 1986;Mino et al., 1987）。已經(jīng)被觀察到，其他的短鏈脂肪酸也許也為相同的目的在一個限定的范圍里被利用，并且，在這樣的例子，其他的羥基酸合成除聚B羥基之外（Satoh et al.,1992）。
當(dāng)前，序批式活性污泥法（SBR）的技術(shù)是對傳統(tǒng)的活性污泥法有很清楚的促進(jìn)的優(yōu)勢，而且是試驗(yàn)的取舍。基本上，SBR是一個包括一個單一的容器的非常簡單的系統(tǒng)（Orhon和Artan1994）。當(dāng)照每個時段地控制，跟從空間角度控制傳統(tǒng)連續(xù)流動過程的對比，它為觀察和說明在加強(qiáng)生物除磷過程中的厭氧/好氧順序出現(xiàn)的不同關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象供主要的優(yōu)點(diǎn)?？梢岳玫挠袡C(jī)基質(zhì)的數(shù)量和其容易地可生物降解的一小部分可能在對市政污水加強(qiáng)生物除磷的范圍有決定性的影響，并且，這樣的影響在SBR的范圍內(nèi)最能被看見。
另外， 加強(qiáng)生物除磷也許受在處理生活污水的系統(tǒng)中同時脫氮的嚴(yán)厲地影響。厭氧階段的開始由于硝酸鹽的存在對加強(qiáng)生物除磷有害，因?yàn)檠趸獣r為了去除氮?dú)鈱?yōu)先地消費(fèi)有機(jī)的基質(zhì)，并且這將在現(xiàn)實(shí)厭氧的條件之前制作出一個缺氧的階段。在這種情況下，基質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)對于去除氮和加強(qiáng)生物除磷時聚B羥基的儲存二者來說都足夠了。這實(shí)驗(yàn)性的研究的主要的目標(biāo)調(diào)查了不同的基質(zhì)條件和同時發(fā)生的氮排除的對在用波動的有機(jī)的內(nèi)容處理生活污水的SBR系統(tǒng)的加強(qiáng)生物除磷效率的效果。
2 材料和方法
實(shí)驗(yàn)性的工作在計時員控制和實(shí)驗(yàn)室規(guī)模中被展開了，序批式活性污泥反應(yīng)器的總體積被調(diào)節(jié)到8.8l。反應(yīng)器被裝備為機(jī)械混合和空氣擴(kuò)散裝置使順序地產(chǎn)生厭氧/缺氧/和好氧條件。在填充階段廢水的營養(yǎng)附和是安全可靠的，它通過一個可調(diào)整流量的沃森-馬洛型水泵和三個不同的出口控制，每個出口通過一個螺線管控制，每個排出處理過污水。
實(shí)驗(yàn)室SBR單位在4個不同的連續(xù)運(yùn)行中被操作了約200 d。操作被調(diào)到4周期／天（周期時間：t c =6 h）除了在運(yùn)轉(zhuǎn)III周期時間被延續(xù)到8 h（3周期／天）的之外。每個周期都有規(guī)則的連續(xù)地包括了缺氧/厭氧的填充和混合階段的，好氧反應(yīng)階段和沉淀/閑置的階段處理的廢水被排出的。實(shí)驗(yàn)室SBR單元的操作條件和特征在表1中被略述出來了。污泥年齡被控制了，并且混合的揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）的濃度在每個單獨(dú)的流程里保持不變。通過消耗必要數(shù)量的活性污泥
量，在每個相同周期里的好氧階段的最后，每天一次。在開始階段（流程I）和流程II、流程III里，只集中處理生活污水，從伊斯坦布爾的首都及其周圍地區(qū)收集，
表1 SBR單元的運(yùn)行條件和特征
來自Tuzla地區(qū)收集的相對比較強(qiáng)的污水用于流程I，從Atakoy地區(qū)來的污水則用于提供流程II 和流程 III。流程IV用四個不同濃度模式操作，每個都使用從來自Atakoy的生活污水——在用不同的醋酸鹽濃度補(bǔ)充。在每個流程里的SBR系統(tǒng)的性能都不斷地被監(jiān)視，和在穩(wěn)定的狀態(tài)條件下被評估，在所選擇的周期里根據(jù)日常測量的流入的和流出的污水的特性。評價也關(guān)于在所選的周期范圍內(nèi)在不同流程里各個穩(wěn)定狀態(tài)條件下的特點(diǎn)，包括了可溶的COD，磷酸鹽，氨和硝酸鹽濃度的大概情況。全部分析都按照標(biāo)準(zhǔn)的方法被實(shí)行了（1989）。
可熔的一部分COD和其它參數(shù)的被定義了為：能通過 CF/C高級玻璃纖維濾紙約1um的有效的小孔。另外， 相同的濾紙也被用來評定粒子的組成，在懸浮固體（SS）或揮發(fā)性懸浮固體（VSS）的基礎(chǔ)上進(jìn)行估價。相對地，磷酸鹽和總磷被用來測量維生素C和過二硫酸鹽的消化方法。硝酸鹽在一個柱形的鎘里被還原為亞硝酸鹽，用色度的方法被確定。氨以酚方法精確。用滴定方法評估COD。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和評價
3.1 開始階段：
這次研究開始是使用一個以前的SBR系統(tǒng)的流程。在這個時期，反應(yīng)器裝了合成的廢水，基本上用Tryptose Soy Broth準(zhǔn)備好，（TSB）調(diào)整流入的水的COD到275 mg/l和總磷濃度為8.3 mg/l。在穩(wěn)定狀態(tài)，SBR被操作來維持1070 mg/l的MLVSS濃度，在VSS/SS比率為0.76下。完全的P去除是可靠的，是相對于加強(qiáng)生物除磷系統(tǒng)總P/MLVSS比率為8.3 %的的結(jié)果。Po4-P和COD大概在SBR系統(tǒng)的周期性的操作期間里被觀察的數(shù)據(jù)在表1中闡說（Tasli et al., 1997a）。在開始階段的76d里，SBR系統(tǒng)對從在伊斯坦布爾Tuzla地區(qū)的生活污水適應(yīng)了，相對地，高濃度廢水的平均COD、TKN和P的濃度分別為420，72和11 mg·/l。
系統(tǒng)在操作的最初50 d后到達(dá)了穩(wěn)定狀態(tài)：MLVSS濃度從1070 mg/l增加了到2 880 mg/l， 約在2300mg/l左右穩(wěn)定下來；VSS/SS比率降到0.56，是因?yàn)槲鬯懈邼舛鹊臒o活性的懸浮固體濃度的結(jié)果。硝化作用使NO3-N的量到達(dá)17 mg/l，相應(yīng)地TKN濃度的為4 mg/l。有關(guān)加強(qiáng)生物除磷，出水的的Po4-P濃度首先增加到7～8 mg/l，最后在4.2mg/l。在開始階段里的SBR的全部性能概述列于表2，和其他流程相關(guān)的結(jié)果一起被略述。出水的水質(zhì)得到充分地展示出硝化的典型特征，在這里面有部分的P被去除。
表2 SBR的全部性能概述
3.2 生活污水的實(shí)驗(yàn)
在開始后的實(shí)驗(yàn)研究的第一個部分包括了調(diào)查在用較低濃度有機(jī)碳的生活污水使用SBR加強(qiáng)生物除磷的潛在性。系統(tǒng)用來自伊斯坦布爾的Atakoy地區(qū)的COD平均濃度為300～325 mg/l和適度的COD/P比率在33～39的范圍中生活廢水。研究操作的主要目的是為了探測在加強(qiáng)生物除磷同時發(fā)生氮的去除的影響，這在生物處理過程中經(jīng)常被渴望得到的。加之，除非系統(tǒng)是在低的污泥年齡下被操作的，同時發(fā)生的氮的去除幾乎是不能避免的。不像傳統(tǒng)的連續(xù)過程，在真正的厭氧階段的到來之前，SBR系統(tǒng)固有地有一個缺氧階段。在這個階段里，少部分的COD很容易被生物分解，作為利用NO3-N的消耗的代價，減少貯存的PHB和與加強(qiáng)生物除磷有關(guān)聯(lián)的磷放開。因此，在SBR系統(tǒng)中，能在氮的去除同時達(dá)到P的去除，系統(tǒng)主要依靠有機(jī)炭、氮和磷三者間含量的微少平衡關(guān)系，還有類似V0/V F的比率和缺氧/好氧持續(xù)的時間等重要的操作參數(shù)。生活污水的實(shí)驗(yàn)在兩個時期進(jìn)行了。SBR在第一個時期（流程II）進(jìn)行操作，包括4循環(huán)／天（6h一個周期），持續(xù)了28d。每個周期都包括了開始的一個2.小時的缺氧/厭氧的階段，期間生活污水在開始的2小時進(jìn)水，進(jìn)行2.5h的好氧的階段，多于應(yīng)用于開始階段的0.5小時，和最終1小時的沉淀，排水/閑置階段，整個周期保持相對地短，因?yàn)橛休^好的沉淀?xiàng)l件。在這流程中，SBR最初的體積（V0）被降低了到3.3 l ；滿體積（VF）2.0 l維持著，是由于V F/VT的比率為0.37，和VO/VF的比率是1.65的結(jié)果；MLVSS的濃度輕微地被增加了到2 930 mg/l，同時VSS/SS的比率為0.6 l。在這次操作中，污水的平均特性是：NH3-N =25 mg/l ，NOx -N = 2.0 mg/l，和PO4 -P = 5.8 mg/l，正如表2列出所示，顯示出氮和磷去除效率惡化。
SBR系統(tǒng)里限制了N和P的去除效率也許被歸根于在開始的缺氧/厭氧階段容易生物降解COD的利用率較低，還有就是在缺氧/厭氧條件下不充分的反應(yīng)時間。為了測試后者——第二階段的操作（流程III-1）——被調(diào)整到3個循環(huán)／天，這樣就增加了一個更長的缺氧/厭氧的反應(yīng)時間；另外， 好氧階段也設(shè)置為3.5 h。
從而，V F被增加了到2.6l ；V0保持在 3.3l，使得VF/VT = 0.44和V0/VF = 1.27了。MLVSS濃度在VSS/SS = 0.7的條件下被降低了到2 050 mg/1。在20 d的操作期間里，水質(zhì)實(shí)際上跟以前階段的是相同的，通過輕微地降低的TKN值和增加缺氧/厭氧階段，如同表2所示，氮和磷的去除效率只是輕微地改善；基本上，出水的NOX -N從25 mg/l降了至18.5 mg/l，包括適度地減少相應(yīng)的PO4 -P到4.8 mg/l。在接下來的22天中（流程III-2），缺氧/厭氧的階段進(jìn)一步被增加了到4 h，保持3個8 h的循環(huán)，MLVSS濃度也增加到2 840 mg/l，VSS/SS增加到0.76。這些變化僅僅輕微地分別地降低出水的NOx -N 和 PO4 -P的濃度到17mg/l和3.5 mg/l，提供了一個很清晰的跡象表明制約的要素不是缺氧/好氧的反應(yīng)時間，而是容易可生物降解的能同時滿足從水中去除氮和增強(qiáng)EBPR的COD量。
3.3 關(guān)于增加了醋酸的生活污水的實(shí)驗(yàn)
這部分的實(shí)驗(yàn)（流程IV）的設(shè)計是為了調(diào)查可利用地容易生物降解的COD在對N和P去除時的影響，通過在生活污水的實(shí)驗(yàn)中增加不同濃度地醋酸。在全部的流程里，一個6 h的循環(huán)時間被采用了，并且SBR部分的容積象V0 =3.3l，V F =2l和VT =5.3l那樣被維持了，像在流程II中生活污水相應(yīng)地變到VF/VT = 0.37和V0/VF = 1.65 。在實(shí)驗(yàn)的開始2個部分（流程IV-1和流程IV-2），醋酸鹽被追加調(diào)整到50和100mg/lCOD等價物醋酸鹽，各自增加出水的總COD濃度到350 mg/l和490 mg/l。對應(yīng)的COD/P比率適當(dāng)?shù)卣{(diào)到43在第一個部分和65在第二部分。如同表2表示的那樣，渴望得到的加強(qiáng)生物除磷的性能不能安全的得到，平均出水的的Po4-P濃度被測量到為4.6 mg/1和4.0 mg/1。在流程IV-2中，P/VSS值僅僅是3.5 %，這個值在先前的僅僅是生活污水的實(shí)驗(yàn)里被得到。在接下來的部分中（流程IV-3），醋酸鹽更是被加到300mg/l COD的等量，COD對應(yīng)的濃度為530mg/l和COD/P比率為66。如同在表2里被略述的那樣，這部分的實(shí)驗(yàn)是根據(jù)出水的PO4 -P 為0.15 mg/l和NOx -N為12 mg/l而得到的。在最后階段（流程IV-4），生活污水特別的淡，醋酸的濃度降低到150mg/lCOD等量物，其結(jié)果是使總COD量為365mg/l。相同的系統(tǒng)性能在出水中繼續(xù)被保持，NOx -N = 12 mg/l和PO4 -P稍微地增加到1.0mg/l。表2里的結(jié)果表明了在流程3里容易生物降解的COD在醋酸為300mg/l的COD等量物里多于完全去除P和磷所需要的量，在SBR操作中這是一個潛在的優(yōu)勢。在這部分中，SBR被看到能支持MLVSS濃度為2040 mg/l，在P/VSS值為5.3 %的條件下，與加強(qiáng)生物除磷更有兼容性。
從對加強(qiáng)生物除磷過程中去除氮?dú)鈱υ诘谝粋€階段里的加強(qiáng)生物除磷的聚B羥基和磷釋放的影響緊密地跟容易生物降解的基質(zhì)有關(guān)聯(lián)。如果同時發(fā)生的去除，這階段將開始時就支持缺氧的氮層，(NOx -N)在沒有溶解氧的情況下和優(yōu)先地消費(fèi)目前的容易可生物降解的基質(zhì)的情況下扮演電子受體的角色。因此，一個缺氧階段在現(xiàn)實(shí)的厭氧的條件前面被建立，相當(dāng)?shù)販p少加強(qiáng)生物除磷，因?yàn)橄缶跙羥基那樣被儲備的一部分基質(zhì)被減少了，并且一個酸化的反應(yīng)時間和發(fā)酵產(chǎn)品的（醋酸鹽）的時間形成了，縮短了，其結(jié)果，加強(qiáng)生物除磷不能發(fā)生，或者如同在文章中(Satoh et al, 1994，Tasli et al, 1997b)被報告的那樣，它發(fā)生的比率僅僅是很少的。在這次研究中氮的去除在對加強(qiáng)生物除磷的影響中是通過測定調(diào)查而得到的，在不同的條件之下，在選定的完整的周期范圍內(nèi)在SBR操作期間里觀察有關(guān)的參數(shù)濃度的調(diào)查下得到了。第一個周期性的實(shí)驗(yàn)跟流程II相關(guān)聯(lián)的，期間SBR單獨(dú)用生活污水在4個 6h周期，V0/VF比率為1.65。在實(shí)驗(yàn)執(zhí)行的那天，污水的性質(zhì)被測定為COD = 220 mg/l , TKN = 40 mg/l 和總 P = 6 mg/l，廢水有一個低的有機(jī)
圖1
濃度，從而COD/N的比率為5.75。在圖1中被圖解的濃度是一個完整周期。如同用在圖中被表示的那樣，SBR 的性能很少的被表現(xiàn)出來，產(chǎn)生的和流出的NOx -N濃度為22.5 mg/l，PO4 -P的濃度為4.8 mg/l。在好氧階段期間里幾乎沒有發(fā)生磷的吸收，P的濃度從5.5 mg/l降低到4.8 mg/l就是一個證明的跡象。這觀察的合理解釋與在缺氧/好氧階段周期地連續(xù)發(fā)生的氮變換緊密地有關(guān)聯(lián)：好氧階段的污泥泥齡完全能夠足夠地保證完全的硝化反應(yīng)，并且在好氧階段的NH3-N充分地被轉(zhuǎn)換為NOx-N。在連續(xù)的系統(tǒng)中SBR里的V0/VF比率跟總的流通比率在相適用；從而，1.65的a V0 /V F比率將潛在性地在出水的NOX -N濃度在13 mg/l的范圍內(nèi)允許存在，假如在非好氧階段保證反硝化的進(jìn)行。不過為這實(shí)驗(yàn)，這不是情況，非好氧階段充分地保持缺氧，并且，否定NOx -N量在整個過程中持續(xù)著，從22 mg/l僅僅降至12 mg/l。明顯地，COD濃度和其容易生物降解的一部分是不能夠滿足氮作為電子受體的消耗所需，和聚P菌不能和硝化菌爭奪適當(dāng)?shù)目缮锝到獾腃OD。
4 總結(jié)
這次的結(jié)果和評價如下面這樣被概括：
（1）連續(xù)流動和序批式活性污泥反應(yīng)器之間在N和P的去除方面的主要的差異是缺氧階段在現(xiàn)實(shí)中的厭氧階段到來之前固有地存在，致使PHB的貯存和P被釋放。從污水中去除氮?dú)鈨?yōu)先地消耗可利用的有機(jī)炭，這樣就攔阻了生物學(xué)的與加強(qiáng)生物除磷有關(guān)的過程。因此，這實(shí)驗(yàn)性的發(fā)現(xiàn)肯定了這次研究，SBR在低/適中的RBCOD濃度的生活污水中對加強(qiáng)生物除磷時并沒有表現(xiàn)出優(yōu)勢。
（2）如果過程是有效率的話，應(yīng)該與RBCOD在流入的廢水中可利用性直接有關(guān)聯(lián)，總的COD或比率以總的COD為基礎(chǔ)，類似COD/N，COD/P是不能在非好氧階段的范圍內(nèi)反映可以利用的容易生物降解的有機(jī)碳的潛力。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明了390 mg/l的總COD濃度的生活污水不能滿足反硝化時對有機(jī)碳的需求，當(dāng)生活污水和醋酸鹽含有僅僅300 mg/l的COD等量物的混合液時所有的N和P的去除恢復(fù)了。
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