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. 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，這一現(xiàn)象更為明顯. 因而污水廠需要另外添加碳源來實現(xiàn)氮磷的更好去除，如甲醇、 乙酸鈉等[7, 8]，但這進一步提高了污水廠的運行費用. 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，但是目前只限于實驗室實驗研究階段，大規(guī)模應(yīng)用仍然存在很大難度，同時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)，實際應(yīng)用之前應(yīng)慎重考慮. 因而如何通過工藝改進提高碳源的有效利用率，從而實現(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一步作為電子受體進行反硝化除磷，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 實驗裝置及運行方法

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

每個反應(yīng)器配有強力攪拌器，保證泥水的均勻混合. 每天運行3個周期,并采用微電腦時控開關(guān)自動控制曝氣和攪拌. 實驗組為改良型雙污泥系統(tǒng)，兩個反應(yīng)器的污泥是各自獨立的，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，污泥停留時間(SRT)控制在15 d,整個過程中不控制pH值.

　　(a)實驗組(紅色框內(nèi)為改良部分); (b)對照組圖 1 實驗組和對照組工藝流程示意

　　1.2 接種污泥與實驗用水

　　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.

　　實驗用水采用人工配水，進水水質(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[19].

　　表 1 進水水質(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[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 *運行中脫氮除磷效果

　　實驗組和對照組反應(yīng)器經(jīng)過130 d*運行后，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，同一進水條件下， 采用不同的工藝時，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%. 實驗組出水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 *馴化過程中實驗組和對照組出水中氮磷的濃度

　　表 2 實驗組和對照組出水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

　　運行穩(wěn)定階段，實驗組和對照組反應(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.