對于國內新建的大部分具有脫氮除磷功能的城市污水處理廠，由于短期內進入污水處理廠的水量或水質遠低于設計處理能力而使其生化處理單元的污泥有機負荷遠低于設計值，污水處理廠長期處于低負荷運轉狀態(tài)，通常表現(xiàn)為生物除磷功能喪失。

生物除磷的效率和穩(wěn)定性受多種因素影響。據報道某些城市污水處理廠在降雨后或周末經常發(fā)生周期性的生物除磷效率下降，這可能是由于處理系統(tǒng)負荷過低造成的，但到底是由于除磷菌受到抑制還是進水COD濃度較低尚不清楚，而Ternmink等人則認為是由于聚磷菌細胞內的PHB部分或全部消失引起的。

1、試驗方法

1.1 裝置

試驗在某污水處理廠進行，該廠一期工程采用UCT工藝，設計處理能力為8萬m3/d(2/3為工業(yè)廢水、1/3為生活污水)，生化反應池總停留時間為21h，非曝氣容積比為0.35，污泥回流比為70%～1-00%，好氧混合液回流比為1-00%～200%，缺氧混合液回流比為1-00%。小試系統(tǒng)模擬生產運行工藝，反應池容積為77.4L,理論水力停留時間達18h，流程如圖1所示。

1.2 廢水水質及分析方法

以該污水處理廠實際進水為研究對象，其水質見表1(指標分析按照標準方法進行)。

2、結果與討論

通過長期的生產運行發(fā)現(xiàn)該污水處理廠出水中除磷超標外,其余指標均可接近或達到《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)中的一級標準，其出水水質見表2。

為探究造成出水中磷超標的原因,在污水處理廠的生化反應池內分別取樣測定NH3-N、NO3-N、PO43--P含量，其變化過程見圖2。

圖2生產系統(tǒng)生化反應過程由于該污水處理廠實際進水量僅為設計處理水量的1/2，因此其生化反應理論水力停留時間達42h，但由于污泥回流、好氧混合液回流、缺氧混合液回流的影響，實際水力停留時間僅為9.8h，所以在此以進水在生化反應池內的實際水力停留時間作為生化反應歷時。

以同期進行的小試為平行對比，其生化反應的理論水力停留時間為18h，實際水力停留時間為5.25h，非曝氣容積比為0.5,缺氧區(qū)占非曝氣容積的2/3，其他參數(shù)與生產工藝完全相同，NH3-N、NO3-N、PO43--P含量的變化過程見圖3。

由圖2可知，該污水處理廠生產系統(tǒng)處于低負荷運行狀態(tài)，其污泥有機負荷為0.106kgCOD/(kgMLSS˙d)。在厭氧區(qū)由缺氧混合液回流所攜帶的NO3-N利用進水中的易降解有機物進行反硝化，同時聚磷菌利用易降解有機物進行厭氧釋磷(在厭氧反應結束時釋磷量僅為3mg/L)。

由厭氧區(qū)轉入缺氧區(qū)后由于回流污泥及好氧混合液回流的稀釋作用使PO43--P下降到6.4mg/L,而由回流污泥及好氧混合液回流所攜帶的NO3-N在此進行反硝化反應,至缺氧結束時反硝化反應尚未進行***(剩余NO3-N為1.4mg/L)，在此階段PO43--P略有下降。

由缺氧區(qū)進入好氧區(qū)后在有機物氧化的同時進行硝化反應使NH3-N濃度迅速下降，但隨著反應的進行硝化速率降低，NO3-N濃度伴隨硝化反應的進行而不斷上升，NO3-N的增加量與NH3-N的減少量基本呈對應關系，而PO43--P并未出現(xiàn)明顯的下降，也就是說聚磷菌在好氧條件下并未進行大量的吸磷反應，這與厭氧條件下釋磷量較少有關。

由圖3可知，小試系統(tǒng)污泥有機負荷為0.222kgCOD/(kgMLSS˙d)，此時在厭氧區(qū)聚磷菌利用進水中的易降解有機物進行厭氧釋磷(釋磷量達13mg/L)。由厭氧區(qū)轉入缺氧區(qū)后同樣由于回流污泥及好氧混合液回流的稀釋作用使PO43--P下降到11.5mg/L,隨后聚磷菌利用由回流污泥及好氧混合液回流所攜帶的NO3-N進行吸磷,同時進行反硝化反應。由缺氧區(qū)進入好氧區(qū)后聚磷菌繼續(xù)進行吸磷反應直至反應結束(PO43--P接近于零)，在此階段有機物氧化與硝化反應進行得也較***。

對比圖2、3可知，相同工藝的兩個反應系統(tǒng)在不同負荷條件下除磷能力迥異，其主要是低負荷運行導致的好氧延時曝氣使細胞內的儲存物質(特別是PHB)發(fā)生變化，而使PHB被部分或全部消耗掉的原故，而細胞內的糖原(Glycogen)在好氧條件下的轉化因受PHB數(shù)量減少的影響而降低，由于糖原的減少進而影響到厭氧條件下磷的釋放及對揮發(fā)性脂肪酸的吸收，PHB的合成亦進一步減少，總之由于生物除磷在好氧條件下的吸磷速率和吸磷量受細胞內PHB含量的影響，PHB的減少導致磷吸收速率和吸磷量的下降，使聚磷菌無法有效地吸收細胞外的磷酸鹽合成聚磷，周而復始導致生物除磷能力喪失。

3、結論與建議

現(xiàn)場生產性試驗與小試對比結果表明，長期低負荷運行是導致生物除磷效率下降的主要原因。在低負荷運行條件下的好氧延時曝氣使聚磷菌細胞內的PHB含量下降，導致磷吸收速率和吸磷量的下降，從而使聚磷菌無法有效地吸收細胞外的磷酸鹽合成聚磷，最終導致生物除磷能力喪失。

由于延時曝氣對生物除磷會產生不利影響，所以在城市污水處理廠應適當控制曝氣量、有效地調節(jié)曝氣系統(tǒng)，這樣不僅可以節(jié)省能量、降低運行費用，而且進一步保證了生物處理系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，同時可為好氧同步反硝化創(chuàng)造良好的環(huán)境條件，降低回流系統(tǒng)攜帶的NOx-N(硝態(tài)氮)量，減少前置反硝化的碳源消耗，降低聚磷菌與反硝化菌對碳源的競爭，為聚磷菌提供充足的碳源以保證生物除磷對碳源的需求，最終提高了生物除磷的效率。