2結(jié)果與討論

2.1 SBR系統(tǒng)反硝化除磷的啟動與運行性能

通過逐步提升進(jìn)水COD、PO43-及NO3-的濃度，實現(xiàn)了反硝化除磷的啟動，具體見圖1.從中可見，隨著馴化時間的增長，除磷效率逐漸增加。第1 d，除磷量為2.70mg·L-1，表明接種污泥中存在一定的反硝化聚磷菌。第2——10 d，除磷量由1.90mg·L-1增至8.63mg·L-1;之后，逐漸升至14.91mg·L-1，并趨于穩(wěn)定，反應(yīng)器具備較高的除磷能力。

圖1啟動階段SBR反應(yīng)器缺氧段吸磷和NO3--N去除率變化情況

NO3-的去除幾乎與除磷效果同步變化，前10 d，NO3--N進(jìn)水濃度為20——26mg·L-1，出水NO3--N濃度在0.16——4.82mg·L-1間波動。為進(jìn)一步滿足除磷所需電子供體，第10 d至15 d，進(jìn)水NO3--N濃度提高至30mg·L-1，去除率由82.52%逐漸提高至92.23%;第18 d起，NO3--N濃度升至35mg·L-1，去除率逐漸穩(wěn)定在97.00%以上，獲得了穩(wěn)定的反硝化除磷效果。

2.2反硝化除磷污泥聚集體原位除磷活性

2.2.1厭氧段污泥聚集體內(nèi)釋磷的原位生物活性

厭氧段污泥聚集體內(nèi)釋磷原位生物活性的變化規(guī)律見圖2.由圖2（a）可見，厭氧初始1 min，DO和ORP隨深度增加均呈降低的趨勢，其中，DO由0.28mg·L-1降至0.05mg·L-1，ORP由~67.58 mV降至~128.41 mV，可知污泥聚集體內(nèi)部為厭氧環(huán)境。PO43--P濃度呈逐漸升高的趨勢，最大值為47.18mg·L-1.經(jīng)計算，其最大釋磷速率發(fā)生在表層500μm左右，達(dá)到3.30 mg·（cm3·h）~1.

（a）厭氧初始1 min;（b）厭氧末期1 min

圖2厭氧段污泥聚集體內(nèi)濃度空間分布及凈體積釋磷速率

由圖2（b）可見，厭氧末期1 min，DO與ORP的變化趨勢同厭氧初期，ORP最低降至~215.46 mV，表明隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)器ORP進(jìn)一步降低；PO43--P濃度由15.88mg·L-1升至31.32mg·L-1，最大凈體積釋磷速率發(fā)生在表層400μm處，為1.60mg·（cm3·h）~1.

綜上所述，相比于厭氧初期，末期的最大凈體積釋磷速率大大減小，僅為初期的一半左右。污泥深層區(qū)域（>1000μm），厭氧末期的釋磷反應(yīng)基本停止。此外，最大凈體積釋磷速率均發(fā)生在表層400——500μm處，此處的ORP分別為~93.62 mV（初期）和~201.63 mV（末期），說明，碳源充足條件下，只要ORP低于~93.62 mV均可獲得最高釋磷速率。與宏觀試驗發(fā)現(xiàn)ORP能指示厭氧釋磷的結(jié)果相一致。另外，當(dāng)污泥聚集體（生物膜或顆粒污泥）厚度超過500μm，可能會因傳質(zhì)受限影響釋磷速率。

2.2.2缺氧段污泥聚集體內(nèi)吸磷的原位生物活性

缺氧段污泥聚集體內(nèi)吸磷速率，結(jié)果見圖3.由圖3（a）可見，缺氧初始1 min，污泥聚集體內(nèi)DO濃度變化不大，由0.17mg·L-1降至0.03mg·L-1;ORP迅速降低，由表層的~115.76 mV降至~156.46 mV;PO43--P濃度呈下降趨勢，由15.88mg·L-1降至2.80mg·L-1.經(jīng)計算，最大凈體積吸磷速率發(fā)生在200μm處，為1.10mg·（cm3·h）~1。

（a）缺氧初始1 min;（b）缺氧末期1 min

圖3缺氧段污泥聚集體內(nèi)濃度分布及吸磷凈體積速率

由圖3（b）可見，缺氧末期1 min，DO濃度分布與初期幾乎一樣；ORP較初期更低，由~273.68 mV降至~285.49 mV，PO43--P濃度呈減小的趨勢，從污泥表層的1.32mg·L-1降至0.10mg·L-1.經(jīng)計算，最大凈體積吸磷速率發(fā)生在表層300μm，僅為0.14mg·（cm3·h）~1.此外，在1800μm以下的深層區(qū)域，PO43--P濃度略有上升，發(fā)生輕微的釋磷現(xiàn)象。

綜上，污泥聚集體內(nèi)反硝化吸磷的最大凈體積速率為1.10mg·（cm3·h）~1，僅為最大釋磷速率的1/3左右。因此，缺氧段需要更多的反應(yīng)時間。缺氧末期吸磷反應(yīng)很微弱，且在污泥聚集體深處發(fā)生了“二次釋磷”現(xiàn)象，與宏觀研究結(jié)果相一致。筆者推測可能是由于缺氧末期電子受體NO3-不足發(fā)生了內(nèi)源釋磷。因此，為保證除磷效果反應(yīng)器應(yīng)嚴(yán)格控制缺氧段的運行時間。

2.3 COD濃度對污泥聚集體內(nèi)原位釋磷活性的影響

在厭氧初始1 min取樣，研究不同COD濃度對污泥聚集體內(nèi)原位釋磷活性的影響，結(jié)果見圖4.從中可知，3組試驗中DO變化值較小，均為0.07——0.09mg·L-1.隨著COD濃度（mg·L-1）由350降至250和150，ORP在整個污泥聚集體中的變化值呈降低趨勢，分別為68.00、44.07和34.56 mV，最大釋磷凈體積速率分別由3.27 mg·（cm3·h）~1降至2.44 mg·（cm3·h）~1和2.01 mg·（cm3·h）~1.表明高濃度的COD，同時降低了ORP并提高了釋磷速率。此外，隨著初始COD濃度的降低，快速釋磷區(qū)域向污泥聚集體的表層收窄，原因是低COD濃度導(dǎo)致傳質(zhì)減弱，使污泥整體釋磷活性降低。

（a）COD濃度為350 mg·L-1;（b）COD濃度為250 mg·L-1;（c）COD濃度為150 mg·L-1

圖4 COD濃度對污泥聚集體內(nèi)濃度分布及凈體積釋磷速率的影響

3結(jié)論

（1）反硝化除磷污泥聚集體內(nèi)部，原位釋磷活性遠(yuǎn)高于吸磷活性，最大釋磷速率是吸磷速率的3倍。

（2）厭氧和缺氧段末期，雖然污泥聚集體內(nèi)的ORP均進(jìn)一步降低，但因濃度降低導(dǎo)致基質(zhì)受限，其釋磷、吸磷速率僅為初期的1/2和1/8左右。

（3）隨著COD濃度的降低，反硝化除磷污泥聚集體內(nèi)凈體積釋磷速率呈降低趨勢，且快速釋磷區(qū)域向表層收窄。