好氧顆粒污泥處理制糖工業廢水厭氧出水的除磷特性研究
摘要：制糖工業廢水經厭氧生物處理后,COD大幅下降,但是出水中N、P含量仍然較高,嚴重破壞水體生態平衡。利用好氧顆粒污泥對制糖工業廢水的厭氧出水進行脫氮除磷處理,討論了其除磷過程。經復合底物(乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽)培養的好氧顆粒污泥直徑1.7mm,SVI為38.43mL·g-1,TP去除率達90.9%,出水磷含量僅為1.3mg·L-1,單位COD釋磷率為0.571,厭氧條件下磷的釋放速率達到5.73mg·(g·h)-1,好氧顆粒污泥表現出較好的沉淀性能和較高的除磷活性。由于底物中丙酸鹽、丁酸鹽含量增加,使得聚磷菌在反硝化過程中NO3--N的利用率增加,即消耗單位質量的NO3--N可以吸收更多的磷。好氧顆粒污泥及其胞外聚合物中P元素的含量與其中Mg、Ca、Fe元素的含量表現出很高的相關性,胞外聚合物對P的吸附使得體系除磷能力進一步增強。通過對污泥反硝化除磷的研究發現,反硝化聚磷菌占總聚磷菌的61.9%,其吸磷量與消耗硝酸鹽的比值[m(P)/m(NO3--N)]為1.14。
關鍵詞：好氧顆粒污泥，胞外聚合物，除磷特性，反硝化聚磷菌，制糖工業廢水
制糖工業廢水具有COD濃度，高氮磷的特點，其以糖蜜為主要成分，易于被微生物降解。目前，大多數制糖廠采取厭氧發酵法對制糖工業廢水進行處理，并且已經形成工業化應用。文獻{1，2}已經成功利用制糖工業廢水進行氫氣的生產，并取得了極好的效果，其單位COD產氫量達到0.30mmol·g-1。近年來，隨著高效產酸發酵菌群，高效產氫菌種的開發和應用，實現了COD降解同時伴隨著大量氫氣和甲烷的產生，有效地實現了廢水資源化。然而，經過厭氧生物處理的制糖工業廢水，其出水中磷含量較高，排入水體后會引起富營養化，因此對厭氧生物處理后的制糖工業廢水進行脫氮除磷十分必要。
好氧顆粒污泥是一種特殊的生物膜結構，因其具有良好的沉降性能，低成本，較高的生物量和處理效能而極具發展潛質。目前該技術已被廣泛應用在生活污水，有毒有害廢水，含重金屬廢水等多領域的處理中。DeKreuk等利用好氧顆粒污泥對城市生活污水進行處理，獲得了較高的氮磷同步去除效果，而且已經在中試試驗中取得成功。好氧顆粒污泥的培養是制約其發展的關鍵，其對底物的要求較高，目前培養好氧顆粒污泥的底物以二碳、六碳化合物為主，以乙酸鈉作為底物培養好氧顆粒污泥的較為常見，也有學者以葡萄糖、苯酚為底物培養出好氧顆粒污泥，采用其它底物培養好氧顆粒污泥時，一方面污泥形成顆粒較為困難，另一方面污泥形成顆粒后也較容易解體。制糖工業廢水的厭氧出水以乙酸、丙酸、丁酸為主，而在實際培養好氧顆粒污泥的過程中卻很少以乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽為復合底物培養好氧顆粒污泥。
在本研究中，以乙酸鈉、丙酸鈉、丁酸鈉為復合底物培養好氧顆粒污泥，考察了好氧顆粒污泥的性能及其除磷效果，并與以單一乙酸鈉作為底物培養的好氧顆粒污泥的除磷效果進行比較。另外，也探討了反硝化聚磷菌和EPS參與的制糖工業廢水厭氧出水的除磷過程和效能。
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