第３ ９卷 第１ ０期 湖南大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．３９，Ｎｏ．１０ ２ ０ ｌ ２年１ ０月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ） Ｏｃｔ．２ ０ １ ２ 文章编号：１６７４—２９７４（２０１２）１０—００７３—０６ Ａ２Ｎ－ＩＣ新工艺与Ａ２Ｎ．Ｔ．艺脱氮除磷性能对比研究 史 静，吕锡武 ，朱文韬，吴义锋 （东南大学能源与环境学院，江苏南京 ２１００９６） 摘要：为了实现污水中磷的高效去除和磷资源回收，将化学除磷技术与双污泥反硝化 聚磷工艺（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ／Ａｎｏｘｉｅ／Ｎｉｔｒａｔｉｏｎ，Ａ２Ｎ）结合，开发了新型双污泥反硝化聚磷一诱导结 晶磷回收工艺（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ／Ａｎｏｘｉｃ／Ｎｉｔｒａｔｉｏｎ—Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，Ａ２ Ｎ－ＩＣ），并 比较了Ａ：Ｎ—ＩＣ工艺和Ａ。Ｎ工艺的脱氮除磷性能．结果表明：在进水总磷（Ｔｏｔａｌ Ｐｈｏｓ— ｐｈｏｒｕｓ，ＴＰ）浓度为５．２２～８．３１ ｍｇ／Ｌ的情况下，Ａ２Ｎ，Ａ２Ｎ—ＩＣ工艺ＴＰ去除率分Ｊｊ，】为８７． ４％，９９．６ ，Ａ Ｎ—ＩＣ除磷效率和稳定性明显优于Ａ。Ｎ工艺．２种工艺对氨氮的去除效果基 本相同，分别为８４．８ ，８４．４ ．Ａ：Ｎ—ＩＣ工艺中化学除磷对生物除磷的辅助是保证该工艺 稳定高效运行的主要原因．Ａ。Ｎ—ＩＣ工艺结晶柱中的主要产物为羟基磷酸钙，鸟粪石在结晶 柱中难以形成． 关键词：双污泥反硝化聚磷一诱导结晶磷回收工艺；结晶；反硝化除磷；脱氮；除磷 中图分类号：Ｘ７０３．１ 文献标识码：Ａ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｒｅｍｏｖａｌ ｉｎ Ａ２ Ｎ ａｎｄ Ａ２ Ｎ－ＩＣ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ＳＨＩ Ｊｉｎｇ，ＬＶ Ｘｉ—ｗｕ ，ＺＨＵ Ｗｅｎ—ｔａｏ，ＷＵ Ｙｉ—ｆｅｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖ。ＮａＮｉｎｇ，ｊｉａｎｇｓｕ ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｃｙｃｌｅ，ａ ｎｅｗ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ａｎａｅｒｏｂｉｃ／ａｎｏｘｉｃ／ｎｉｔｒａｔｉｏｎ （Ａ２ Ｎ）ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｄｏｎｅ ｔｏ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｉｎ Ａ２ Ｎ ａｎｄ Ａ２ Ｎ—ｉｎｄｕｃｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ（Ａ２ Ｎ—ＩＣ）ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ，ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｔ ｔｏ— ｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ（ＴＰ）ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ５．２２～８．３１ ｍｇ／Ｌ－。，ｔｈｅ ＴＰ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ａ２Ｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ａ２ Ｎ—ＩＣ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｅｒｅ ８ ７．４％ａｎｄ ９ ９．６ ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ＴＰ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａ— ｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ａ２ Ｎ—ＩＣ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｅｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ Ａ２ Ｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ａｍｍｏｎｉａ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ ｗｅｒｅ ８４．８ ａｎｄ ８４．４ ，ａｎｄ ｔｈｅｙ ｗｅｒｅ ｎｅａｒｌｙ ｔｈｅ ｓａｍｅ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ＴＰ ｒｅ— ｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎ ｔｈｅ Ａ２ Ｎ—ＩＣ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｔｈａｔ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ ｔＯ ｔｈｅ ｂｉ— ｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａ１．Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｏｒ ｗａｓ ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ． Ｍａｇ— ｎｅｓｉｕｍ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｎｏｔ ｂｅ ｆｏｒｍｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ａ２ Ｎ—ＩＣ；ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ；ｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ；ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｒｅｍｏｖａｌ；ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａ１ 收稿日期：２０１１－０９－０５ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１０７８０７４）；江苏省科技支撑计划项目（ＢＳ２００８６６７）；教育部科学研究重大项目（３０８０１０） 作者简介：史静（１９８４一），女，江苏南京人，东南大学博士研究生 十通讯联系人，Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｕｗｕｌｕ＠ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ ７４ 湖南大学学报（自然科学版） 反硝化除磷是用厌氧／缺氧交替环境来代替传 富磷上清液，部分富磷上清液进行化学结晶磷回收． 统的厌氧／好氧环境，驯化培养出一类以硝酸根作为 该工艺能够实现“一碳双用” 。－“］，可以解决传统 最终电子受体的反硝化聚磷菌（Ｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ Ｐｈｏｓ— 脱氮除磷系统中聚磷菌和反硝化菌对碳源竞争的问 ｐｈｏｒｕｓ Ｒｅｍｏｖｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉａ，ＤＰＢ），通过它们的代谢 题；并提供了硝化菌和反硝化聚磷菌各自所需的环 作用来同时完成过量吸磷和反硝化过程而达到脱氮 境，能够解决传统脱氮除磷系统污泥龄矛盾的问题； 除磷的双重目的［１ｑ］．双污泥反硝化除磷工艺将硝 同时还可实现磷资源的回收．本试验将Ａ。Ｎ一１Ｃ工 化菌独立于ＤＰＢ而单独存在于好氧硝化反应器中． 艺与Ａ Ｎ工艺进行对比，考察Ａ Ｎ—ＩＣ工艺脱氮除 目前在反硝化聚磷菌代谢模型、双污泥工艺的影响 磷效果提高的程度及稳定性，为Ａ。Ｎ—ＩＣ新型工艺 因素、反硝化除磷微生物特性等方面都有具有指导 的实际推广和应用提供技术参考． 意义的研究成果报道 ］，推动了该工艺的研究和 工程应用． １试验材料与方法 诱导结晶除磷法一般指通过向反应器中加入石 英砂、无烟煤、多孔陶粒 ７－８ ３等晶种，降低界面能， １．１试验装置 使磷酸盐化合物析出并沉积在晶种材料的表面．此 Ａ。Ｎ—Ｉｃ工艺流程如图１所示．装置均采用 法克服了传统化学沉淀法沉淀速度慢、固液分离慢、 ＰＶＣ材料制作，厌氧池、预曝气池、缺氧池、硝化池 污泥含水率高、需要复杂的污泥脱水处理等缺 和后置池的有效容积分别为７５ Ｌ，２５ Ｌ，７５ Ｌ，１２０ Ｌ 点［９］．结晶磷回收过程不产生附加污泥，结晶产物 和３６ Ｌ，３个沉淀池的有效容积均为７２ Ｌ．试验进水 易于分离，纯度较高． 量为２５ Ｌ／ｈ．诱导结晶反应器的有效容积为６．６ Ｌ， Ａ。Ｎ—ＩＣ工艺是将双污泥反硝化聚磷工艺（Ａｎ— 自下而上为反应区、过渡区和沉淀区，各区的直径依 ａｅｒｏｂｉｃ／Ａｎｏｘｉｃ／Ｎｉｔｒａｔｉｏｎ，Ａ２ Ｎ）和诱导结晶技术 次增大．过渡区的主要作用为减小流速，沉淀区的主 （Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ，ＩＣ）有机结合起来的新型 要作用为减少晶种的流失． 脱氮除（回收）磷工艺，利用生物方法在厌氧区产生 进水 图１ Ａ２Ｎ—ＩＣ工艺流程图 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ Ａ２ Ｎ—ＩＣ ＡｚＮ—ＩＣ工艺装置的总体积约为５６０ Ｌ，全流程 除磷系统中污泥ＭＬＳＳ约为３．８ ｇ／Ｌ，硝化污泥 停留时间约为２７ ｈ．Ａ。Ｎ工艺中没有预曝气池和诱 ＭＬＳＳ约为３ ｇ／Ｌ． 导结晶柱，厌氧沉淀池上清液直接进入硝化池．Ａ。Ｎ Ａ。Ｎ工艺稳定运行约１５ ｄ后对各反应器进行 工艺装置的总体积约为５２２ Ｌ，总停留时间为２Ｏ．９ 相关指标的测定，时间为３０ ｄ；接着在厌氧沉淀池后 ｈ．反硝化除磷污泥泥龄控制为１５ ｄ．超越污泥量和 增加了预曝气池和诱导结晶柱．厌氧沉淀池上清液 污泥回流量均为进水流量的２０ ９／６，即５ Ｌ／ｈ．反硝化 部分（５ Ｌ／ｈ）引入预曝气池，经过诱导结晶柱后进入 第１Ｏ期 史静等：ＡｚＮ—ＩＣ新工艺与Ａ２Ｎ工艺脱氮除磷性能对比研究 ７５ 硝化池；另一部分上清液（２Ｏ Ｌ／ｈ）直接进入硝化池． 结晶反应器中，以粒径为０．１５ ｍｍ的方解石作为晶 种，投加量为２０ ｇ．计量泵通过反应器底端的加药口 投加氯化钙溶液作为化学除磷药剂，进药流量为 ０．４７ Ｌ／ｈ，药剂箱中的钙浓度为１２４．０～１６８．５ ｍｇ／Ｌ．Ａｚ Ｎ—ＩＣ工艺稳定运行约１２ ｄ后对各池进行 相关指标的测定，测定时间为３０ ｄ． 由于诱导结晶柱进水包括预曝气池出水和药剂 箱投加药剂，且两者与晶种混合后迅速反应，因此无 法测定诱导结晶柱的进水水质，诱导结晶柱中各物 质的理论进水浓度计算公式为： ＣｙｊＱ ｉ＋Ｃ Ｑ ｂ 一— 其中Ｃ—ｊ为物质理论进水浓度；Ｃ 为药剂箱中该物 质的浓度；Ｃ 为预曝气池中该物质的浓度；Ｑ ｉ为 从药剂箱进人诱导结晶柱的流量，０．４７ Ｌ／ｈ；Ｑ 为 从预曝气池进入结晶柱的流量，５ Ｌ／ｈ． １．２接种污泥和试验用水 反硝化聚磷接种污泥和硝化接种污泥均取自南京 市某污水处理厂氧化沟，采用ＳＢＲ反应器进行污泥驯 化．反硝化聚磷污泥驯化分为两个阶段，第一阶段为好 氧聚磷污泥的培养阶段，厌氧／好氧／沉淀／进出水，每 周期为１２ ｈ，运行约４０ ｄ，即８Ｏ周期．第二阶段为反硝 化聚磷污泥的培养，运行方式为厌氧／缺氧／好氧／沉 淀／进出水，每周期为１２ ｈ，运行约６０ ｄ，即１２０周期．硝 化污泥驯化运行方式为好氧／沉淀／进出水，每周期为 １２ ｈ，运行约１００ ｄ，即２００个周期． 系统连续运行期间，污水采用人工配水模拟生 活污水，投加乙酸钠、磷酸二氢钾、碳酸氢铵及营养 液．营养液用于补充污泥生长所需要的微量元素，投 加量为０．２ ｍＬ／Ｌ，组成如表１所示．进水ＣＯＤ浓 度保持在２５０ ｍｇ／Ｌ左右，进水ＴＰ浓度为５．２２～ ８．３ｌ ｍｇ／Ｌ，氨氮浓度３５．４～５０．０ ｍｇ／Ｌ． 表１营养液组成 Ｔａｂ．１ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｃｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｉｘｔｕｒｅ 组成 浓度／（ｇ・Ｌ ） １．３水质分析方法 水质指标采用国家环保总局颁布的标准分析方 法进行测定［１ ．ＣＯＤ：重铬酸钾法；氨氮：水杨酸一 次氯酸盐光度法；ＮＯ。一一Ｎ：Ｎ一（１一萘基）一乙二 胺光度法；ＮＯ。一一Ｎ：紫外分光光度法；总磷（Ｔｏｔａｌ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ，ＴＰ）：过硫酸钾氧化分光光度法；碱度： 酸碱指示剂滴定法；ＭＬＳＳ：滤纸称重法；钙、镁、钾、 钠离子：采用Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ原子吸收光谱仪进行测 定． ２结果与讨论 ２．１除磷效果的比较与分析 图２和表２为２种工艺除磷效果．在进水ＴＰ 浓度为５．２２～８．３１ ｍｇ／Ｌ的情况下，Ａ２Ｎ，Ａ２Ｎ—ＩＣ 工艺出水ＴＰ浓度分别为０．３１～１．５８ ｍｇ／Ｌ和Ｏ～ ０．１４ ｍｇ／Ｌ，ＴＰ去除率分别为８７．４ ，９９．６ ，标 准偏差分别为４．６５ ，０．７７ ，Ａ：Ｎ—ＩＣ除磷效果和 稳定性明显优于Ａ。Ｎ工艺． 斟 ｂ－， 图２ Ａ２Ｎ和Ａ２Ｎ—ＩＣ工艺对ＴＰ的去除 Ｆｉｇ．２ ＴＰ ｒｅｍｏｖａｌ ｉｎ Ａ２ Ｎ ａｎｄ Ａ２ Ｎ—ＩＣ ｐｒｏｃｅｓｓ 从表２可知，Ａ。Ｎ－ＩＣ工艺的释磷浓度较ＡｚＮ 工艺有明显的下降，这是因为在系统中增加了化学 除磷，可被用于ＤＰＢ胞内贮存的磷含量减少，表现 为生物净聚磷浓度（生物净聚磷浓度＝＝＝缺氧池聚磷 浓度＋后置池聚磷浓度一释磷浓度）的降低，ＤＰＢ胞 内贮存的聚磷酸盐减少，从而降低了厌氧释磷浓度． 在Ａ。Ｎ工艺中，缺氧聚磷浓度和释磷浓度相近，后 置池在磷的去除中起着重要作用，而在Ａ。Ｎ—ＩＣ工 艺中在缺氧池中已经实现了超量聚磷，减轻了后置 池的除磷负担，分析认为由于释磷量的降低，硝化池 提供的电子受体ＮＯ。一相对充足，易实现超量聚磷， ７６ 湖南大学学报（自然科学版） 这也表现为聚磷浓度与释磷浓度比值的提高． 表２ Ａ：Ｎ和Ａ：Ｎ—ＩＣ工艺除磷效果对比 Ｔａｂ．２ Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ 有文献表明，在生物除磷系统中，钙浓度增高会 导致释磷的降低，同时可加强除磷效果增强除磷稳 定性ｒ１ “］，这与上述实验现象相似．但Ａ。Ｎ—ＩＣ工 艺与Ａ Ｎ工艺进水钙浓度均在３Ｏ～３４ ｍｇ／Ｉ 范围 内；Ａ。Ｎ—ＩＣ工艺中除去用于结晶的钙，添加药剂对 系统贡献的钙量仅为１．２１ ｍｇ／Ｌ（见图３）．因此 Ａ。Ｎ一１Ｃ工艺并不是通过提高系统中钙浓度来提高 除磷效率和稳定性，化学除磷对生物除磷的辅助是 保证该工艺稳定高效运行的主要原因． 图３钙离子浓度沿程变化 Ｆｉｇ．３ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｌｃｉｕｍ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｅａｃｈ ｒｅａｃｔｏｒ 结晶柱对系统贡献的除磷量为１．２０ ｍｇ／Ｌ，占 系统总除磷量的１７．０ ９／６，由于控制了进入结晶柱的 流量和结晶柱中钙的投加量，保证了生物除磷的基 本需磷量，因此没有出现因增加化学除磷而导致生 物除磷系统崩溃的现象． ２．２结晶产物理论分析 在富含磷酸盐和钙离子的过饱和溶液中，一般 ＣａＨＰＯ４・２ Ｈ２ ０（Ｄｉｃａｌｃｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ Ｄｉｈｙｄｒａｔｅ， ＤＣＰＤ），Ｃａ８ Ｈ２（Ｐ０４）６・５Ｈ２ Ｏ（０ｃｔａｃａｌｃｉｕｍ Ｐｈｏｓ— ｐｈａｔｅ，ＯＣＰ），Ｃａ３（ＰＯ４）２（Ｔｒｉｃａｌｃｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ， ＴＣＰ）为Ｃａ５（ＰＯ４）３ ＯＨ（Ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ，ＨＡＰ）的 前驱物『ｌ ．上述化合物的钙磷摩尔比分别为１．０， １．３３，１．５Ｏ和１．６７．如图４所示，在诱导结晶柱中， 去除的钙浓度和磷浓度分别为５．５３～１０．８２ ｍｇ／Ｌ， ２．６３～６．７５ ｍｇ／Ｌ，两者摩尔比为１．Ｏ５～１．９５，平均 比值为１．６２，很接近一Ｉ＿１ － ＨＡＰ及其前驱物的钙磷摩 璐 ｕ 尔比． ｔ／ｄ 图４结晶柱中去除的钙磷含量 Ｆｉｇ．４ Ｃａｌｃｉｕｍ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｅｄ ｃｒｙｓｔａ１１ｉｚａｔｉ０ｎ ｒｅａｃｔｏｒ 由于在结晶反应中还存在重碳酸盐、镁离子、氨 氮等物质，有可能形成鸟粪石（ＭｇＮＨ ＰＯ ，ＭＡＰ）， 白云石（ＣａＭｇ（ＣＯ３）２，Ｄｏｌｏｍｉｔｅ）和碳酸钙（Ｃａｌｃｉｔｅ） 等沉淀，因此采用ＰＨＲＥＥＱＣ软件进行了结晶柱进 水中各物质饱和指数（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ，ＳＩ）的计 算．ＳＩ用于表征物质的过饱和状态，例如对于ＨＡＰ 结晶，有如下反应式： ５Ｃａ。 ＋ＯＨ一＋３Ｐｏ４卜甘Ｃａ５（ＰＯ４）３ＯＨ 对于ＨＡＰ的ＳＩ定义为： ＳＩｃＨＡＰ 一 。ｇ［ ］一 ［ 其中ｌＡＰ为水溶液中某物质的阴阳离子活度积；ａ， 为离子的活度；Ｋ 。（ＨＡＰ）为ＨＡＰ测定温度条件下的 热力学平衡常数．当Ｓ１＞Ｏ时，表明该物质处于过饱和 状态；ＳＩ＝０时，表明该物质处于平衡状态；ＳＩ％０时，表 明该物质处于非饱和状态．计算中采用的热力学平衡 常数取自文献［１８—１９－］，在ＰＨＲＥＥＱＣ软件中输入了 每次测定时结晶柱内的温度和ｐＨ值，及ｃａｚ ，Ｍ ， Ｋ ，Ｎａ ，ＨＣ０ａ一，Ｐ（）４’卜，氨氮等主要物质的浓度．各 物质ＳＩ计算结果如表３． 从表３可以看出ＳＩ（ＭＡＰ）＜０，因此结晶柱中 不可能形成鸟粪石；ＳＩ（Ｄｏｌｏｍｉｔｅ）与ＳＩ（Ｃａｌｃｉｔｅ）＞０ 但数值不大，故判断可能形成微量的白云石和碳酸 钙，在测定中发现出水镁浓度与计算所得的结晶柱 进水镁浓度基本相同，两者差值仅为一０．２２～０．３１ ｍｇ／Ｌ（￣［１图５），故基本排除了白云石生成的可能； 第１０期 史 静等：Ａ。Ｎ—ＩＣ新工艺与Ａ。Ｎ工艺脱氮除磷性能对比研究 ＾一 ．昱ＬＩ 激＋‰ ７７ 同时ＨＡＰ的饱和指数较高，说明结晶柱中易形成 泥的稀释作用、超越污泥将厌氧沉淀池部分污泥带 ＨＡＰ，这与前面分析一致． 表３结晶柱进水ＨＡＰ，ＭＡＰ，Ｄｏｌｏｍｉｔｅ。 Ｃａｌｃｉｔｅ饱和指数计算 Ｔａｂ．３ Ｔｈｅ ＳＩ ｏｆ ＨＡＰ，ＭＡＰ，ｄｏｌｏｍｉｔｅ，ｃａｌｃｉｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｏｒ ｔ／ｄ ＳＩ（ＨＡＰ） ＳＩ（ＭＡＰ） ＳＩ（Ｄｏｌｏｍｉｔｅ）ＳＩ（Ｃａｌｃｉｔｅ） １３．８７ ０．４７ １４．２２ ０．５３ １３．６７ ０．４６ １３．６５ ０．４０ １３．Ｏ２ ０．２３ １２．４０ ０．１１ ｌ２．３５ ０．１５ １２．３３ ０．１９ １２．４３ ０．１１ １２．５０ ０．１６ １２．７７ ０．１３ ｌ２．５２ ０．１８ １２．４３ ０．１６ １３．１３ ０．３４ １２．０６ ０．２８ １３．０２ ０．２３ 图５ 结晶柱中镁浓度变化 Ｆｉｇ．５ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｃｒｙｓｔａ１ｌｉｚａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｏｒ ２．３脱氮效果的比较与分析 图６为两种工艺对氨氮的去除效果．Ａ。Ｎ， ＡｚＮ—ＩＣ工艺中氨氮的进水浓度分别为３８．４～５０．０ ｍｇ／Ｌ，３５．４～４８．５ ｍｇ／Ｌ，平均进水浓度为４５．３ ｍｇ／Ｌ，４１．７ ｍｇ／Ｌ，平均去除率分别为８４．８％， ８４．４ ，脱氮效果相近．两种工艺中硝化池的硝化效 率均在９８ 以上，缺氧池中的反硝化效率均在９９． ２％以上，同时未发现有亚硝酸盐的累积，并且在进 水中未投加有机氮，因此脱氮效果主要考察氨氮的 去除情况．两种工艺氨氮的沿程变化如表４所示，厌 氧段浓度的下降和缺氧池浓度的上升是由于回流污 人缺氧池所导致． 萋 图６ Ａ２Ｎ和Ａ２Ｎ—ＩＣ工艺对氨氮的去除效果 Ｆｉｇ．６ Ａｍｍｏｎｉａ ｒｅｍｏｖａｌ ｉｎ Ａ２ Ｎ ａｎｄ Ａ２ Ｎ—ＩＣ ｐｒｏｃｅｓｓ 表４ Ａ：Ｎ和Ａ：Ｎ－Ｉｃ工艺中氨氮沿程变化 Ｔａｂ．４ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｃＯｎｃｅｎｔｒａｔｉ０ｎｓ ｉｎ ｅａｃｈ ｒｅａｃｔｏｒ 需要注意的是在Ａ Ｎ—ＩＣ工艺中预曝气池中和 结晶柱中也有少量的氨氮被去除．分析认为：在上述 两个反应器中氨氮的减少可能由以下途径引起： ①形成鸟粪石沉淀；②被吹脱；③被反应器中滋生的 微量硝化菌转化．如前所述，ＳＩ（ＭＡＰ）＜０，因此排 除了形成鸟粪石的可能．上述两个反应器内计算氨 气的饱和指数均为负值（采用ＰＨＲＥＥＱＣ软件计 算，约为一５．６０），且文献表明一般氨氮在ｐＨ较高 的情况下（ｐＨ＞１０）才具有较高的离解效率 ，而 结晶柱中和预曝气池中ｐＨ均小于８．７，故氨氮被 吹脱的可能性不大．因此氨氮的减少可能为少量生 长在预曝气池和结晶柱中的硝化菌的转化作用，但 在硝氮的测定中发现：硝氮在结晶柱中的增加量远 小于６．１ ｍｇ／Ｌ，因此氨氮有可能有其他的转化途径 或者硝化菌对氨氮发生了不完全硝化作用．此问题 还需要进一步的研究和试验验证． ７８ 湖南大学学报（自然科学版） ２Ｏ１２年 ３ 结 论 １）在进水ＴＰ浓度为５．２２～８．３１ ｍｇ／Ｌ的情况 下，Ａ Ｎ，Ａ２Ｎ—ＩＣ工艺出水ＴＰ浓度分别为０．３１～ １．５８ ｍｇ／Ｌ和０～０．１４ ｍｇ／Ｌ，ＴＰ去除率分别为 ８７．４％，９９．６ ，Ａ。Ｎ—ＩＣ除磷效果和稳定性明显优 于Ａ２Ｎ工艺； ２）Ａ Ｎ—ＩＣ工艺并不是通过提高系统中钙浓度 来提高除磷效率和稳定性，化学除磷对生物除磷的 辅助是保证该工艺稳定高效运行的主要原因； ３）Ａ。Ｎ—ＩＣ工艺结晶柱中的主要产物为ＨＡＰ， ＭＡＰ在结晶柱中难以形成； ４）ＡｚＮ，Ａ。Ｎ—ＩＣ工艺对氨氮的去除效果基本相 同，分别为８４．８ ，８４．４ ． 参考文献 ［１］ＭＩＮＯ Ｔ，ＶＡＮ ＬＯＯＳＤＲＥＣＨＴ Ｍ Ｃ Ｍ，ＨＥＩＪＮＥＮ Ｊ Ｊ．Ｍｉ— ｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｈｏｓ— ｐｈａｔｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｐｒｏｃｅｓｓＥＪ］．Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９７，３２（１１）： ３１９３—３２０７． Ｅ２］ＢＯＲＴＯＮＥ Ｇ，ＭＡＲＳＩＬＩ Ｌｉｂｅｌｌｉｓ，ＴＩＬＣＨＥ Ａ，ｅｔ ａ１．Ａｎｏｘｉｃ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｕｐｔａｋｅ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｐｈａｎｏｘ ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９９，４０（４／５）：１７７—１８５． ［３］ ＫＵＢＡ Ｔ，ＭＵＲＮＬＥＩＴＮＥＲ Ｅ，ＶＡＮ ＬＯＯＳＤＲＥＣＨＴ Ｍ Ｃ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ａ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅ— ｍｏｖａｌ ｂｙ ｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ ｏｒｇａｎｉｓｍｓ￣Ｊ］．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎ— ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９６，５２（６）：６８５—６９５． ［４］ ＭＵＲＮＬＥＩＴＮＥＲ Ｅ，ＫＵＢＡ Ｔ，ＶＡＮ ＬＯＯＳＤＲＥＣＨＴ Ｍ Ｃ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｅｒｏｂｉｃ ａｎｄ ｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ［Ｊ］．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉ０ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９７，５４（５）：４３４—４５０． ［５］ＬＡＣＫＯ Ｎ，ＤＲＹＳＤＡＬＥ Ｇ Ｄ，ＢＵＸ Ｆ．Ａｎｏｘｉｃ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｂｙ ｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃ ｂａｃｔｅｒｉａ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ Ｓｃｉ— ｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，４７（１１）：１７—２２． ［６］ ＳＡＴＯＳＨＩ，ＴＳＵＮＥＤＡ，ＴＡＫＡＳＨＩ，ｅｔ ａ１．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｎｉ— ｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｕｓｉｎｇ ｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｎｇ ｏｒｇａｎｉｓｍｓ ｉｎ ａ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｂａｔｃｈ ｒｅａｃｔｏｒ［Ｊ］．Ｂｉｏ— ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ，２００６，２７（３）：１９１—１９６． ［７］张林生，叶峰，吴海锁，等．多 Ｌ陶粒结晶床除磷试验研究［Ｊ］． 东南大学学报：自然科学版，２００３。３３（５）：６６４—６６７． ＺＨＡＮＧ Ｌｉｎ—ｓｈｅｎｇ，ＹＥ Ｆｅｎｇ，ＷＵ Ｈａｌ—ＳＵＯ。ｅｔ ａ１．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｂｙ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｎ ｐｏｒｏｕｓ ｃｅｒａｍｉｓｉｔｅ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ． ２００３，３３（５）：６６４—６６７．（Ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［８］荆肇乾，吕锡武．污水处理中磷回收理论与技术［Ｊ］．安全与环 境工程，２００５，１２（１）：２９—３２． ＪＩＮ Ｚｈａｏ—ｑｉａｎ，ＬＶ Ｘｉ—ｗｕ．Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｐｈｏｓ— ｐｈｏｒｕｓ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｆｒｏｍ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，１２（１）：２９—３２．（Ｉｎ Ｃｈｉ ｎｅｓｅ） ［９］郭杰，曾光明，张盼月，等．结晶法磷回收工艺在废水处理中 的应用［Ｊ］．水处理技术，２００６，３２（１０）：１—４． ＧＵＯ Ｊｉｅ，ＺＥＮＧ Ｇｕａｎｇ—ｍｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｐａｎ—ｙｕｅ，ｅｔａ１．Ａｐｐｌｉ— ｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｉｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ， ２００６，３２（１ ０）：１—４．（Ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１０］ＫＵＢＡ Ｔ，ＶＡＮ ＬＯＯＳＤＲＥＣＨＴ Ｍ Ｃ Ｍ，ＢＲＡＮＤＳＥ Ｆ Ａ，ｅｔ ａ１．Ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｂａｃｔｅｒｉａ ｉｎ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ＵＣＴ－ｔｙｐｅ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｔｓ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｅｈ，１９９７，３１（４）：７７７—７８６． ［１１］ＫＵＢＡ Ｔ，ＶＡＮ ＬＯＯＳＤＲＥＣＨＴ Ｍ Ｃ Ｍ，ＨＥＩＪＮＥＮ Ｊ Ｊ．Ｂｉｏ— ｌｏｇｉｃａｌ ｄｅｐｈｏｓｐｈａｔａｔｉｏｎ ｂｙ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ ｕｎｄｅｒ ｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ：ｐＨ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ａｎｄ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ ｄｅ— ｐｈｏｓｐｈａｔａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｆｕｌｌ—ｓｃａｌｅ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｔ［Ｊ］． Ｗａｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９７，３６（１２）：７５～８２． ［１２］国家环境保护总局．水和废水监测分析方法［Ｍ］．北京：中国 环境科学出版社，２００２． Ｓｔａｔｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ．Ｉｎ— ｓｐｅｃｔｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ［Ｍ］． Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｒｅｓｓ，２００２．（Ｉｎ Ｃｈｉ— ｎｅｓｅ） ｒ １ ３］ＣＨＲＩＳＴＩＡＮＥ Ｓｃｈｅｎｂｏｒｎ，ＨＡＮＳ－ＤＩＥＴＲＩＣＨ Ｂａｕｅｒ，ＩＳＯＩ 一 ＤＥ Ｒｅｓｋｅ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｐｈ０ｓｐｈａｔｅ ｇｒａｎｕｌｅｓ［Ｊ］． Ｗａｔｅｒ Ｒｅ— ｓｅａｒｃｈ，２００１，３５（１３）：３１９Ｏ一３１９６． ［１４］ＢＡＲＡＴ Ｒ，ＭＯＮＴＯＹＡ Ｔ，ＢＯＲＲＡＳ Ｌ，ｅｔ ａ１．Ｃａｌｃｉｕｍ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，５３（１２）：２９—３７． ［１５］ＢＡＲＡＴ Ｒ，ＭＯＮＴＯＹＡ Ｔ，ＢＯＲＲＡＳ Ｌ，ｅｔ ａ１．Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｌｃｉｕｍ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｌｙｐｈｏｓｐｈａｔｅ—。ａｃｃｕｍｕ—－ ｌａｔｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉａ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００８，４２ （１３）：３４１５—３４２４． ［１６］ＴＯＭＡＺＩＣ Ｂ Ｂ，ＴＵＮＧ Ｔ ｓ，ＧＲＥＧ０ＲＹ Ｔ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｍｅｃｈａ— ｎｉｓｍ ｏｆ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｏｆ ｏｃｔａｃａｌｃｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ［Ｊ］．Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｍｉ— ｃｒｏｓｃｏｐｙ，１９８９，３（１）：ｌ１９—１２７． ［１７］ＰＬＡＮＴ Ｌ Ｊ，ＨＯＵＳＥ Ｗ Ａ．Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｌｃｉｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ［Ｊ］．Ｃｏｌｌｏｉｄｓ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ Ａ， ２００２，２０３（１／３）：１４３—１５３． ［１８］ＭＣＤＯＷＥＬＬ Ｈ，ＧＲＥＧＯＲＹ Ｊ Ｍ，ＢＲＯＷＮ Ｗ Ｅ，ｅｔ ａ１．Ｓｏｌ— ｕｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｃａｓ（Ｐ０４）３ ＯＨ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｙｔｅｍ Ｃａ（ＯＨ）２一Ｈ３ ＰＯ４一 Ｈ２Ｏ ａｔ ５，１５，２５，ａｎｄ ３７＊（２［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ，１９７７，８１Ａ（２／３）：２７３—２８ｌ＿ ［１９３ ＯＨＬＩＮＧＥＲ Ｋ Ｎ，ＹｏｕＮＧ Ｔ Ｍ，ＳＣＨＲＯＥＤＥＲ Ｅ Ｄ．Ｐｒｅ— ｄｉｅｔｉｎｇ ｓｔｒｕｖｉｔｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ｌ９９８，３２（１２：）：３６０７—３６１４． ［２ｏ］袁捷，杨宁，周艳军．吹脱法处理高浓度氨氮废水的研究［Ｊ］． 化学工业与工程技术，２００９，３０（４）：５５—５７． ＹＵＡＮ Ｊｉｅ，ＹＡＮＧ Ｎｉｎｇ，ＺＨＯＵ Ｙａｎ－ｊｕｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｓｔｒｉｐ— ｐｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ８Ｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． ２００９，３０（４）：５５—５７．（Ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）