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1、第三届全国博士生学术会议暨环境科学与工程新理论、新技术学术研讨会连续流双污泥诱导结晶工艺脱氮除磷试验研究史静，吕锡武 *1（东南大学能源与环境学院，南京 210096）摘要：针对传统污水处理脱氮除磷工艺碳源不足、聚磷菌与硝化菌泥龄矛盾、磷资源无法有效回收利用等问题，开发出“双污泥诱导结晶”新型工艺，对其连续流脱氮除磷和去除有机物的性能进行了考察。结果表明：当进水 COD 为 152237mgL -1，TP 为 3.927.68mgL -1，TN 为 31.350.5mgL -1，C/N 比约为 3.915.21 时， COD、TN 和 TP 平均去除效率分别为 93.2%、71.2% 和 95
2、.7%。厌氧段COD 去除量约占系统 COD 去除总量的 85.9%。结晶在除磷过程中起着重要作用，在侧流比为 33.3%的情况下，结晶除磷量平均约占总除磷量的 81.5%。TN 的去除主要由缺氧池承担，厌氧池、硝化池、缺氧池、后置曝气池 TN 去除量约占系统 TN 去除总量的 31.7%、11.4%、54.9% 和 2.0%。后置曝气池对超越污泥中 COD 和氨氮的去除有重要作用。关键词：反硝化除磷；双污泥；结晶；脱氮除磷Nitrogen and Phosphorus Removal in a Continuous-Flow Two-Sludge and Induced Crystalliz
3、ation ProcessShi Jing , LU Xi-wu(School of Energy & Environment, Southeast University, Nanjing 210096, China)Abstract: To solve the problems of traditional nitrogen and phosphorus removal processes, like lack of carbon source, SRT contradictions and low efficiency of phosphorus reuse and recovery, a
4、 two-sludge and induced crystallization process was invented. Based on a lab-scale experiment, the characteristics of phosphorus, nitrogen and organic matter removal in the process were studied. The results indicated that under the condition of influence COD, TN, TP and C/N were 152237mgL -1, 3.927.
5、68mgL -1, 31.350.5mgL -1 and 3.915.21, the average removal efficiencies of COD, TN, TP were 93.2%, 71.2% and 95.7% respectively. The removed COD amount in the anaerobic reactor was about 85.9% of the total removed COD amount. The induced crystallization reactor played a key role in phosphorus remova
6、l. About 81.5% of the total removed phosphorus was taken up by crystallization. The proportion of the TN removal amount for the anaerobic reactor, aerobic reactor, anoxic reactor and post-aeration reactor were 31.7%, 11.4%, 54.9% and 2.0% respectively, and the anoxic reactor took the most. The post-
7、aeration reactor undertook the important task of COD and ammonia nitrogen removal from the bypass sludge.Keywords: denitrifying phosphorus removal; two-sludge; crystallization; nitrogen and phosphorus removal双污泥诱导结晶工艺是将双污泥反硝化聚磷和诱导结晶有机结合起来的新型脱氮除（回收）磷工艺 1，其主要思路为利用生物方法在厌氧区产生富磷上清液，部分富磷上清液进行化学结晶磷回收。两种工艺互
8、为补充，从而达到提高脱氮除磷效率、有效回收磷资源和降低处理能耗的目的，具有环境和经济的双重效益。其主要特点为：（1）碳源在厌氧段以聚-羟基丁酸酯（Poly-Hydroxybutyrate，PHB ）的形式封闭在反硝化聚磷菌（Denitrifying Phosphorus Removing Bacteria，DPB）胞内，由于反硝化聚磷污泥超越了好氧硝化段，其胞内储存的 PHB 几乎全部被用于缺氧反硝化吸磷，减少了碳源消耗，实现了“一碳双用” 2-4；同时由于脱氮不需要大量使用外碳源，碳源可以最大程度的用于厌氧释磷，从而提高厌氧上清液的含磷量，利于化学结晶磷回收，这是此工艺优于传统脱氮除磷工艺（
9、如 A2/O 工艺）与化学结晶工艺结合的主要方面；（2）氧气主要用于硝化作用，氧利用效率得到提高；（3）双污泥系统满足了硝化菌和反硝化聚磷菌各自所需的环境，解决了传统脱氮除磷系统污泥龄矛盾的问题 5-6；（4）通过结晶法回收的磷结晶产物含水率低，较易与水分离，具有一定的经济价值 7；（5）在进水 N/P 变化较大时，可在保证生物系统正常运行的条件下调节侧流比，由此调节结晶除磷以及反硝化除磷的在系统中脱氮除磷比例，维持和加强系统脱氮除磷效果。收稿日期：2009- 07 - 28 ；修订日期： 2009- 09 -03基金项目：江苏省科技厅太湖水专项（BS2007114）；江苏省科技支撑计划（BS
10、2008667）；教育部科学研究重大项目（308010）。作者简介：史静（1984），女，博士研究生，主要研究方向为生活污水除磷脱氮技术和装备。E-mail：shijing_通讯联系人：E-mail：第三届全国博士生学术会议暨环境科学与工程新理论、新技术学术研讨会本试验对双污泥诱导结晶工艺连续流运行效果进行考察，为这一新型的污水除磷脱氮技术的研发和应用提供实验依据和技术参数。1 试验材料与方法1.1 工艺流程与实验装置双污泥-诱导结晶工艺流程如图 1 所示。装置均采用 PVC 材料制作，厌氧池、缺氧池、好氧池和快速曝气池的有效容积分别为 75L、75L、120L 和 36L，诱导结晶反应器的有
11、效容积为 1.8L，三个沉淀池的有效容积均为 72L。试验进水量为 15Lh-1。图 1 双污泥-诱导结晶工艺流程图Fig.1 Schematic diagram of the two-sludge and induced crystallization system1.2 污水水质和运行参数双污泥系统中，反硝化聚磷接种污泥取自南京某污水处理厂污泥浓缩池，该厂采用的是UNITANK 工艺。污泥经过约 3 个月的驯化后表现出良好的反硝化聚磷性能。系统连续运行期间，污水采用人工配水，投加乙酸钠、葡萄糖、尿素、磷酸二氢钾和氯化铵等，进水水质如表 1 所示。厌氧池、缺氧池、后置快速曝气池的 MLSS
12、约为 2.5g/L 左右，超越污泥量和污泥回流量均为进水流量的 35%，进入结晶反应器的厌氧上清液量占厌氧出水流量的( 侧流比) 33.3%。结晶反应器中，以粒径为 0.15mm 的方解石作为晶种，投加一定浓度的无水氯化钙溶液， Ca2+/PO43-为 1.5：13：1。表 1 试验进水水质Tab.1 Characteristics of influent wastewater水质指标 COD/mgL-1 NH4+-N/mgL-1 TN/mgL-1 TP/mgL-1最小/最大值 152/237 23.4/49.8 31.3/50.5 3.92/7.68平均值 198 40.8 42.9 5.8
13、61.3 水质指标与分析方法对进水、厌氧池、硝化池、缺氧池、出水中的 COD、NH 4+-N、TN、NO 3-N、TP 进行检测，对于结晶反应器，主要进行磷的回收，因此仅检测 TP。检测方法如下。COD：重铬酸钾法；氨氮：纳氏试剂分光光度法；TN ：碱性过硫酸钾氧化紫外分光光度法；NO 3-N：紫外分光光度法； TP：过硫酸钾氧化分光光度法； MLSS：滤纸称重法。2 结果与讨论2.1 对 COD 去除效果图 2 为双污泥-诱导结晶系统对 COD 的去除效果。图 3 为 COD 浓度在各反应器内变化。从图 2可知，进水 COD 在 152237mgL -1 时，出水 COD 为 8.617 m
14、gL-1，去除率保持在 90%以上，平均为 93.2%。进水、厌氧池、好氧池、缺氧池和出水的 COD 平均浓度分别为第三届全国博士生学术会议暨环境科学与工程新理论、新技术学术研讨会197.8、39.3、9.3、30.2、13.2 mgL-1。厌氧池对 COD 去除贡献最大，表观去除量为 158.5 mgL-1，占其总去除量（184.6mgL -1）的 85.9%。0501001502002505 10 15 20 25 30 35t/dCOD浓度/mgL-10102030405060708090100COD去除率/%进 水厌 氧 池硝 化 池缺 氧 池出 水去 除 率图 2 系统对 COD 的
15、去除效果Fig.2 Variation of COD concentrations in two-sludge and induced crystallization system050100150200250进 水 厌 氧 池 硝 化 池 缺 氧 池 出 水COD浓度/mgL-1图 3 COD 浓度在各反应器内的变化Fig.3 Variation of COD concentrations in each reactor厌氧池中 COD 的去除主要途径分析如下：（1）DPB 消耗有机物，主要为挥发性有机酸（Volatile Fatty Acid ,VFA）用于合成 PHB 贮存在细胞内，同时
16、进行磷的释放；（2）反硝化菌利用碳源对回流污泥和进水中的硝氮进行反硝化作用，但是本试验中进水、出水以及厌氧池中 NO3-N 的浓度均较低，可推断 COD 通过此途径去除较少；（3）合成少量微生物；（4）部分 COD 随超越污泥流进入缺氧池，主要包括厌氧池出水中的 COD 以及污泥吸附的 COD，但并不是真正被去除，只是将其转移到了缺氧池内，这是缺氧池 COD 高于硝化池 COD 的主要原因。如果假定缺氧池 COD 升高归因于上述第（4）点，将各反应池看成完全混合型反应器，对缺氧池中的 COD 进行物料衡算得到下式：；()(1)aerobicanerobicadanoxicCQRCRQC式中，C aerobic 为硝化池出水 COD 浓度，mgL -1；C anaerobic 为厌氧池出水 COD 浓度，mgL -1；C anoxic为缺氧池出水 COD 浓度，mgL -1；C ad 为超越污
