近年來，由于生活污水和工業(yè)廢水中氮磷的排放，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象依然呈現(xiàn)出不斷加劇的趨勢，因而如何控制水中氮磷的含量仍然是當(dāng)前水環(huán)境研究的重點(diǎn). 現(xiàn)行的污水處理廠大都采用傳統(tǒng)的生物脫氮除磷處理工藝，基本原理都是厭氧-好氧-缺氧工藝，或者其改進(jìn)后的工藝，如UCT、 MUCT、 VIP及JHB工藝等

碳源充足的條件下，這些工藝都可以達(dá)到很好的脫氮除磷效果. 然而我國大多數(shù)地區(qū)城市污水中碳源比較缺乏[2, 3, 4, 5]，尤其是氨氮含量比較高[6]時(shí)，這一現(xiàn)象更為明顯. 因而污水廠需要另外添加碳源來實(shí)現(xiàn)氮磷的更好去除，如甲醇、 乙酸鈉等[7, 8]，但這進(jìn)一步提高了污水廠的運(yùn)行費(fèi)用. zui近有研究者提出把剩余污泥厭氧發(fā)酵液作為外加碳源用于補(bǔ)充污水中碳源的不足[9, 10, 11, 12, 13, 14].

雖然污泥厭氧發(fā)酵液可以改善污水中碳源情況，但是目前只限于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究階段，大規(guī)模應(yīng)用仍然存在很大難度，同時(shí)污泥中可能含有的有毒有害物質(zhì)會破壞污水處理的微生物系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用之前應(yīng)慎重考慮. 因而如何通過工藝改進(jìn)提高碳源的有效利用率，從而實(shí)現(xiàn)氮磷的去除仍然是處理低濃度碳源廢水的重中之重.

　　Kuba等[15]在1996年提出的雙污泥脫氮除磷系統(tǒng)，近年來有不少學(xué)者進(jìn)行了研究[2, 3, 16, 17, 18]. 和傳統(tǒng)的好氧脫氮除磷系統(tǒng)相比，該工藝可以節(jié)約50%的COD，并且氧氣的消耗和污泥的產(chǎn)量也有一定程度的減少; 但是該工藝存在一定的缺陷，即出水中會殘留部分氨氮而無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn).

因此，本研究在雙污泥系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改良該工藝，使反應(yīng)器中殘留的氨氮發(fā)生硝化反應(yīng)，并且生成的硝酸鹽或者亞硝酸鹽可進(jìn)一步作為電子受體進(jìn)行反硝化除磷，從而提高系統(tǒng)的脫氮除磷效率. 通過與傳統(tǒng)的多級厭氧-好氧-缺氧系統(tǒng)(多級SBR)進(jìn)行對比，探究改良后的工藝對氮磷去除效率，zui大程度地提高碳源的利用效率，以期為低碳源廢水的處理提供一定的理論依據(jù).

　　1 材料與方法

　　1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及運(yùn)行方法

　　整個(gè)實(shí)驗(yàn)分為實(shí)驗(yàn)組和對照組，具體的工藝運(yùn)行流程見圖 1. 實(shí)驗(yàn)組由主流SBR和側(cè)流SBR兩個(gè)反應(yīng)器組成，對照組由單個(gè)反應(yīng)器組成，圖 1中的多個(gè)反應(yīng)器只是一個(gè)反應(yīng)器不同的運(yùn)行階段. 反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，有效容積為4 L，每次進(jìn)水、 排水均為3 L. 反應(yīng)器底部安裝曝氣盤進(jìn)行微孔曝氣,由曝氣泵及氣體流量計(jì)控制曝氣量.

每個(gè)反應(yīng)器配有強(qiáng)力攪拌器，保證泥水的均勻混合. 每天運(yùn)行3個(gè)周期,并采用微電腦時(shí)控開關(guān)自動(dòng)控制曝氣和攪拌. 實(shí)驗(yàn)組為改良型雙污泥系統(tǒng)，兩個(gè)反應(yīng)器的污泥是各自獨(dú)立的，不存在污泥之間的回流交換，只是在上清液之間存在回流交換. 改良之處是在原來的缺氧段之間增加了兩段微曝氣階段(如圖 1紅色框內(nèi)所示)，控制曝氣量0.50 L ·min-1，側(cè)流SBR控制曝氣量1.5 L ·min-1; 對照組采用控制曝氣量1.5 L ·min-1. 攪拌速度控制在250 r ·min-1，污泥停留時(shí)間(SRT)控制在15 d,整個(gè)過程中不控制pH值.

　　(a)實(shí)驗(yàn)組(紅色框內(nèi)為改良部分); (b)對照組圖 1 實(shí)驗(yàn)組和對照組工藝流程示意

　　1.2 接種污泥與實(shí)驗(yàn)用水

　　接種污泥取自長沙市第二污水處理廠二沉池活性污泥，接種后反應(yīng)器中污泥濃度3 000 mg ·L-1左右.

　　實(shí)驗(yàn)用水采用人工配水，進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)見表 1. 碳源用無水乙酸鈉，氨氮采用氯化銨,溶解性正磷酸鹽(SOP)采用磷酸二氫鉀和*混合使用. 微量元素組分及濃度詳見文獻(xiàn)[19].

　　表 1 進(jìn)水水質(zhì)情況

　　1.3 分析方法

　　溶解性正磷酸鹽(SOP)：鉬銻抗分光光度法; 氨氮：納氏試劑分光光度法; 亞硝酸鹽氮：N-(1-萘基)-乙二胺光度法; 硝酸鹽氮(NO3--N)：紫外分光光度法; 總氮：過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法; 混合液懸浮固體、 混合液揮發(fā)性懸浮固體：重量法; 總磷(TP)：同SOP; 以上指標(biāo)的測定方法詳見文獻(xiàn)[20]. 聚羥基烷酸：氣相色譜法[19]; 糖原：硫酸-*法[21].

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 *運(yùn)行中脫氮除磷效果

　　實(shí)驗(yàn)組和對照組反應(yīng)器經(jīng)過130 d*運(yùn)行后，脫氮除磷效果已基本穩(wěn)定，如圖 2所示. TN、 TP的平均去除率見表 2. 從中可知，同一進(jìn)水條件下， 采用不同的工藝時(shí)，脫氮除磷效果存在很大的不同. 對照組出水SOP平均值為2.50 mg ·L-1,去除率為75%; 出水中TN的平均濃度為13.70 mg ·L-1,去除率為60.9%. 實(shí)驗(yàn)組出水SOP平均濃度為0.35 mg ·L-1,去除率為96.5%; 出水中TN的平均濃度為1.82 mg ·L-1,去除率為94.8%. 在低碳源條件下，改良型A2NSBR可以顯著提高脫氮除磷效率，氮磷的去除滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn).

　　圖 2 *馴化過程中實(shí)驗(yàn)組和對照組出水中氮磷的濃度

　　表 2 實(shí)驗(yàn)組和對照組出水N、 P的去除情況

　　2.2 典型周期內(nèi)SOP、 NH4+-N、 NO2--N、 NO3--N、 糖原和PHA的變化

　　運(yùn)行穩(wěn)定階段，實(shí)驗(yàn)組和對照組反應(yīng)器典型周期內(nèi)SOP、 NH4+-N、 NO2--N、 NO3--N、 糖原和PHA[聚β羥基丁酸(PHB)、 聚β羥基戊酸(PHV)和聚二甲基三羥基戊酸(PH2MV)的總和]如圖 3和圖 4所示.