1、仲恺农业技术学院毕 业 论 文论文题目 短程反硝化除磷菌筛选与富集及其影响因素的研究姓 名 院（系） 资源环境与工程系专业班级 学 号 指导教师 职 称 论文答辩日期 年 月 日仲恺农业技术学院教务处制摘要：采用动态 SBR 反应器，在厌、缺氧交替环境对以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷菌（Denitrifying Phosphorus removing Bacteria，简称DPB）筛选和富集，分析了亚硝酸盐浓度及其投加方式对反硝化聚磷过程的影响。结果表明，该种反硝化聚磷菌存在于传统污水处理工艺的活性污泥中。经过 3 个阶段的筛选和富集，在稳定运行的反硝化除磷体系具备良好的同步反硝化除磷性能。
2、体系的出水浓度稳定在 1mg/L 左右，除磷、脱氮的效率分别在 90、96以上；在缺氧的环境中，控制氮与磷的浓度比例为 2：1、采用流加的方式向体系中投加亚硝酸盐，反硝化除磷的效果最佳。关键词SBR 反硝化除磷 反硝化除磷菌（DPB） 亚硝酸盐1.前言 废水中的磷和氮可以通过强化生物除磷体系去除，良好的经济和环境效益使其具有广泛的应用前景。强化生物除磷体系在缺氧条件下，利用反硝化聚磷菌（即 DPB）的生理代谢，实现同时反硝化脱氮与生物除磷的目的。国内关于利用强化生物除磷脱氮的研究多集中于实验室基础理论研究，其反硝化除磷一般控制在利用硝酸盐为电子受体的水平 1，2 。国外，南非开普顿大学 3、荷
3、兰代尔夫工业大学和日本东京大学 4-10的研究人员也展开了反硝化除磷领域的研究。Meinhold 11和 Lee12等人研究了亚硝酸盐对反硝化除磷过程中的影。Hu J Y 等人 13比较了以氧气、硝酸盐氮气和亚硝酸盐氮为电子受体的反硝化除磷效果，提出以利用亚硝酸盐为电子受体完成反硝化除磷过程，在解决反硝化过程和除磷过程对污水中 COD 争夺问题同时，实现了短程反硝化除磷目的。这样既节省炭源，又降低耗氧量和剩余污泥量 。本研究试验用泥是取自某实际污水处理厂生物反应池厌氧段中段的污泥。采用 SBR 反应器和静态厌/好氧装置、静态厌/缺氧装置，以亚硝酸盐为电子受体进行反硝化除磷磷试验。详细研究了反硝
4、化聚磷菌的筛选与富集方法，同时研究亚硝酸盐浓度、投加方式对反硝化除磷过程的影响。本实验的研究结果更贴近实际的污水处理生产。 1、 实验材料与方法1.1 实验设备与试验用水1.1.1 SBR 动态反应器实验采用 SBR 动态反应器（不曝，气装置内设机械搅拌使活性污泥混合均匀） ，高 45厘米，直径 33 厘米。有效容积 35L(见图 1)。1.1.2 吸放磷装置（1） 静态厌/好氧装置(见图 2)（2） 静态厌/缺氧装置(见图 3)实验采用人工合成模拟废水（表 1）表 1 实验模拟废水成分Table 1 waste water composition used during the experi
5、mental period模拟废水成分 微量元素组成基质种类 浓度（mg/L） 组成 浓度（g/L）COD(NaAc) 150250 FeCl3 1.5N(NH4Cl) 14 CuSO4 0.03P(K2HPO4) 812 KI 0.18MgSO4 45 MnCl2 0.12 KCl 18 ZnSO4 0.12碱度（CaCO 3） 60 CoCl3 0.15微量元素 0.9mL EDTA 10为了把水中过多的溶解氧排除从而得到更佳的厌（缺）氧效果，试验用水均采用煮沸的自来水，废水中 COD 和磷的浓度通过不同的乙酸钠和磷酸氢二钾的投加量来控制。缺氧段根据需要投加不同浓度的亚硝酸盐作为反硝化反应
6、的电子受体。其他实验设备见表 2表 2 设备详细资料表Table2 Detail Information About the Equipment设 备Equipments型 号Model number厂 家Factory电热鼓风干燥箱型 CS101-1E 中外合资重庆四达实验仪器有限公司上皿电子天平 FA1004 上海天平仪器厂Air Compressor PUMA微孔滤膜 孔径：0.45m 浙江省海宁市盐宫钱江医疗器材厂循环水式真空泵 SHZ-D（） 巩义市英峪予华仪器厂离子分析仪 PXST-216 型 上海精密科学仪器有限公司磁力搅拌器 JB-1A 上海精密科学仪器有限公司铂电极 213
7、型 上海精密科学仪器有限公司硝酸根选择电极手提式氧化还原测定仪 TS-2 上泰仪器（昆山）有限公司参比电极 213 型 上海精密科学仪器有限公司紫外可见分光光度计 752C 型 上海第三分析仪器厂冰箱 BCD-215HC 华凌表 3 试剂详细资料表Table.3 Detail Information About the Agents试 剂Agents级 别Grade厂 家Company氯化钠 分析纯 汕头市光华化学厂抗坏血酸 分析纯 广东光华化学厂有限公司四水合钼酸铵 分析纯 汕头市光华化学厂酒石酸锑钾 分析纯 汕头市光华化学厂浓硫酸 分析纯 广州市东江化工厂磷酸二氢钾 分析纯 汕头市化学试剂
8、厂磷酸二氢钠 分析纯 汕头市化学试剂厂硝酸钾 分析纯 广州化学试剂厂氯化钾 化学纯 广东台山化工厂1.2 实验方法和步骤实验用活性污泥取自某污水处理厂生物反应池厌氧段中段的污泥（MLSS 为3500mg/L，SV 为 25.6） 。实验分为 3 个阶段对可以利用亚硝酸盐的反硝化聚磷菌在室温（2526 。 C）进行选择和富集。第一阶段以，厌氧/好氧方式启动运行（污泥浓度为35004000 mg/L，泥龄控制在 8 天左右，好氧 ORP 控制在 80-100mV，厌氧 ORP 控制在-150 -220mV） ，每天运行 4 周期，每个周期 6 小时（包括厌氧 3 小时、好氧 2 小时、其它约 1
9、小时） ，共运行 20 周期。目的是使系统中的活性污泥中在此条件下具有高效的好氧除磷效果污泥。第二阶段采用厌氧/缺氧方式运行，每天运行 3 周期，每个周期 8小时（包括厌氧 3 小时、缺氧 4 小时、洗泥及其它约 1 小时，缺氧 ORP 控制在-100-150mV，厌氧 ORP 控制在 -150-220mV） ） ，共运行 103 周期。该阶段的目的是对反硝化聚磷菌进行选择和富集。进入缺氧阶段时系统内氮源磷源的投加量按 N:P=2:11 投加。第二阶段污泥浓度为 35004000 mg/L，污泥龄控制在 16 天左右。第三阶段采用厌氧/缺氧/沉淀运行方式，污泥浓度为 35004000 mg/L
10、 泥龄控制在 16 天左右，每天运行3 周期，每个周期 8 小时（包括厌氧 3 小时、缺氧 4.5 小时、其它约 0.5 小时） ，共运行20 周期。该阶段的目的是，在第二阶段反硝化聚磷菌已经富集到一定量的基础上，检验体系稳定性，同时考察体系的反硝化除磷的性能。1.3 实验分析方法PO43-P 采用钼锑抗分光光度法;NO2N 采用 N-(1-萘基)乙二胺光度法；MLSS 采用滤纸重量法；COD 采用快速测定法ORP 采用 TS-2 手提式氧化还原电位仪2、结果与讨论2.1 第一阶段聚磷菌的活化以及磷酸盐去除率的变化由图 4 可知，经过四天的反应，体系在厌氧/好氧交替方式下运行，厌氧 3 小时后
11、，体系中磷的浓度上升到 29.01 mg/L，吐磷速率为 2.19 mg/（h*MLSS） 。厌氧反应过程中体系在氧化还原电位为-180 mV 左右运行。好氧条件下，聚磷菌有良好的好氧吸磷性能，经过 2 小时的好氧反应，磷浓度下降到 2.47 mg/L，去除率为91.47，好氧吸磷速率为 2.53 mg/（h*MLSS） 。系统中的活性污泥中在此条件下具有高效的好氧除磷效果污泥。 图 4 (1)第 一 阶 段 磷 酸 盐 去 除 率 变 化 过 程50607080901001 2 3 4时 间 （ d）磷酸盐去除率（）磷 酸 盐 去 除 率图 4(2) 厌 氧 /好 氧 运 行 中 磷 酸 盐
12、 变 化 过 程0.005.0010.0015.0020.0025.0030.000 1 3 3.5 4 5时 间 （ hr）磷酸盐浓度（mg/L）磷 酸 盐 浓 度2.2 以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷菌的筛选与富集2.21 第二阶段反硝化聚磷菌的筛选与富集经过第一阶段的厌氧/好氧培养后，体系具有良好的好氧吸磷的性能。进入第二阶段，对能够利用亚硝酸盐的反硝化聚磷菌进行筛选与富集，这是整个实验的关键。图 5 第 二 阶 段 磷 酸 盐 去 除 率 的 变 化 过 程0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00100.001 3 8 10
13、12 14 16 18 20 22 24 28 30 32 34时 间 （ d）磷酸盐去除率（%）磷 酸 盐 的 去 除 率由图 5 可知，在第二阶段，PO 43P 的去除效果不断提高，当体系运行到第 34 天，磷的去除率达 78.37，出水 PO43P 的浓度低至 3.2mg/L，运行效果良好。这证明体系中的反硝化聚磷菌能够利用对微生物有毒害作用的亚硝酸盐作为电子受体，实现同步的反硝化聚磷。特别指出的是第 10、12、22 天，出现除磷效果不升反降的情况，这是由于虽然在厌氧结束后经过排水沉淀，但缺氧段开始时，体系中仍然残留一定量的COD，浓度均在 50mg/L 以上，这部分 COD 与亚硝酸
14、盐同时存在，反硝化菌优先利用残余的 COD 进行反硝化反应，影响除磷效果，这一现象与李志勇发表的情况相符 2 。在第 16、17、18、32 天，除磷率的提升速度有所放缓，数据显示该些天缺氧段开始时COD 的浓度分别为 20.6、23.8、25.1、25.2mg/L，这部分 COD 同样会与亚硝酸盐竞争电子供体，对反硝化聚磷带来不利影响。其他运行的时间里，缺氧段的 COD 浓度均在 10 mg/L 左右，除磷率表现出较快的提高速度。如图 6 所示，当第二阶段结束，体系已经有良好的同步反硝化除磷的性能。具体表现为，缺氧段开始，以 15mg/L 的浓度向体系中投加亚硝酸盐，10 分钟后，氮和磷的浓
15、度分别下降到 6.27mg/L 和 12.42mg/L，反硝化和除磷的速率分别是 2.26、0.25 mg/（h*MLSS） ，体系的反硝化除磷的效率较高。经过 4 小时充分的缺氧吸磷，体系中磷的浓度下降到 3.24 mg/L，缺氧吸磷速率为 1.12 mg/（h*MLSS） ，除磷率和脱氮率分别达到 78.37和 93.91。由图 7 可知，经过 3 小时的厌氧反应，体系的氧化还原电位达到-217mV，体系保持良好的厌氧运行状态。在投加硝酸盐后，由于电子受体存在，ORP 有所升高，缺氧段氧化还原电位稳定在-150 mV 左右，表明体系在缺氧环境运行。综上所述，缺氧条件下一定浓度的 COD 对
16、反硝化除磷过程有不利的影响。经过第二阶段的筛选与富集，反硝化除磷体系在厌氧/缺氧条件下已经具有较好的反硝化除磷效果。反硝化及除磷效果分别有 78.37和 93.91图 6 反 硝 化 聚 磷 过 程 亚 硝 酸 盐 与 磷 酸 盐 浓 度 变 化024681012140 1 3 3.5 3.58 4 5 7.5时 间 （ hr）磷酸盐浓度（mg/L）05101520253035亚硝酸盐浓度（mg/L）磷 酸 盐 浓 度 亚 硝 酸 盐 浓 度图 7 反 硝 化 聚 磷 过 程 磷 酸 盐 浓 度 与 ORP的 变 化-220-200-180-160-140-120-1000 1 3 3.5 3
17、.58 4 5 7.5时 间 （ hr）ORP(mV)0246810121416磷酸盐（mg/L）ORP 磷 酸 盐2.22 第三阶段反硝化聚磷菌的筛选与富集由图 8 可知，经过 3 小时的厌氧，体系中磷的浓度为 15.44mg/L，吐磷速率为1.47 mgP/（h*MLSS） ，COD 全部消耗完。厌氧结束后加入亚硝酸盐，使缺氧段开始使亚硝态氮的浓度为 30 mg/L。同步的反硝化聚磷在体系中发生，经 4.5 小时的缺氧反应，NO 2-N 和 PO43P 的浓度分别下降到 1.03mg/L 和 1.16mg/L，反硝化和除磷的速率分别是 2.76、1.36 mgP/（h*MLSS） ，体系的反硝化除磷的效率较高。NO 2-N和 PO43P 去除率分别 96.55和 92.44。又如图 9 所示，在第三阶段的筛选富集过程中，PO 43P 的去除率不断升高，从第三阶段初始的 43.71上升到该阶段结束的 92.44。出水浓度在 1mg/L 左右。体系具有良好的反硝化除磷性能。值得注意的是，该阶段初始 PO43P 的去除率只有 43.71，较第二阶段结束的78.27低，其原因是，第三阶段初期，反硝化除磷菌处于一个对残余 COD 的适应
