污水中磷的去除是以排放剩余污泥來實現的，如果污泥齡SRT維持較短則可能導致MLSS濃度變低，沒有辦法保證系統的正常運行，過高的SRT會對工藝的除磷效果產生影響，因此，合理地控制SRT是污水除磷關鍵。泥齡不僅體現(tǐ xiàn)了微生物的生長環境和世代周期，而且影響污泥系統的處理效率(efficiency)、出水水質和產泥量。目前，國內外學者關于污泥齡對反硝化除磷效果的影響有一定的研究，但關于污泥齡對NO2--N作為電子受體的反硝化除磷機理的深入研究較少。
筆者以厭氧/缺氧SBR為研究對象，分析了SRT對NO2--N作為電子受體反硝化除磷系統運行效能的影響，并探明了SRT與反硝化除磷機制的關聯性，為NO2--N作為電子受體的反硝化除磷技術提供參考。中空纖維膜紡絲機通過膜技術進行水處理，應用于制藥、釀造、餐飲、化工、市政污水回傭、醫院、小區污水會用、造紙等生產生活污水處理。膜分離技術是一種廣泛應用于溶液或氣體物質分離、濃縮和提純的分離技術。膜壁微孔密布，原液在一定壓力下通過膜的一側，溶劑及小分子溶質透過膜壁為濾出液，而大分子溶質被膜截留，達到物質分離及濃縮的目的。膜分離過程為動態過濾過程，大分子溶質被膜壁阻隔，隨濃縮液流出，膜不易被堵塞，可連續長期使用。
1 試驗方法
1.1 試驗裝置
試驗采用圖 1所示SBR系統。兩級SBR是采用有機玻璃制成，兩個SBR分別單獨進水，N-SBR出水中NO2--N作為電子受體投加到A2-SBR缺氧段進行反硝化吸磷。亞硝化反應器N-SBR有效容積3 L，通過微氧曝氣實現短程硝化，每天運行2個周期，每個周期3 h;反硝化除磷反應器A2-SBR有效容積35 L。以沈陽北部污水處理(chǔ lǐ)廠沉降池污泥作為接種污泥，MLSS為3 000~4 000 mg/L，進水采用瞬時加入，通過攪拌器使泥水混合均勻，系統的進水、攪拌、曝氣、加藥、排水等工序均由時控器和電子閥控制。首先采用厭氧/缺氧運行模式將傳統聚磷菌污泥馴化為反硝化除磷污泥，之后轉入正常運行，每天運行2個周期，每個周期5.5 h，日處理污水量60 L，SRT為20 d，每個周期運行步驟：瞬時進水、厭氧2.0
H、缺氧2.5
H、沉淀0.5
H、排水0.5 h。
圖 1 SBR系統(system)
1―A2SBR進水箱；2―NSBR反應器；3―電動攪拌機；4―曝氣泵；5―氣體流量計；6―曝氣頭；7―時間繼電器；8―電磁閥；9―液體流量計；10―A2SBR進水管；11―A2SBR排水管；12―排泥口；13―A2SBR反應器；14―NSBR進水箱；15―NSBR出水管。膜生物反應器膜分離技術與生物處理技術有機結合之新型態廢水處理系統。以膜組件取代傳統生物處理技術末端二沉池，在生物反應器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機負荷，從而減少污水處理設施占地面積，并通過保持低污泥負荷減少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池內之膜分離設備截留槽內的活性污泥與大分子有機物。膜生物反應器系統內活性污泥（MLSS）濃度可提升至8000~10,000mg/L，甚至更高；污泥齡(SRT)可延長至30天以上。
1.2 試驗水質
試驗用水取自東北大學校園家屬樓下水管道實際生活污水，污水COD 140.5~248.5 mg/L，NH4+-N 25.3~33.2 mg/L，TN 26.2~34.7 mg/L，TP 2.8~5.6 mg/L，pH 7.2~7.8。
1.3 分析方法
COD采用Sepectro Flex 6600型COD快速測定儀測定;亞硝態氮采用N--乙二胺分光光度法測定;T
P、poly-P采用鉬銻抗分光光度法測定;混合液揮發性懸浮固體采用重量法測定;pH采用pH計測定，聚-β-羥基(hydroxyl)鏈烷酯酸采用氣相色譜法測定〔6〕。
2 結果與討論
2.1 無排泥情況除磷效果
SRT的大小直接影響著污水的處理效果，SRT較短將對生物除磷量產生影響，導致系統中生化反應發生變化，因而需要控制污泥齡恰當，既要保證污水除磷效果又要維持較高污泥濃度。為了大致確定系統的SRT，考察了SBR連續36 d無排泥情況(Condition)下系統的脫氮除磷效果，進而確定最佳的SRT，試驗過程中保持進水磷質量濃度2.78~5.73 mg/L，COD 145.06~227.66 mg/L，電子受體NO2--N質量濃度12~14 mg/L，pH 7.3~7.6，溫度25 ℃左右，系統每天運行2個周期。
由圖 2可以看出，連續36 d不排泥，系統(system)仍有處理效果，沒有發生出水磷濃度大于進水的情況，但除磷效果不是很穩定，除磷率在48.00%~86.75%波動。系統運行第24天之前，出水磷質量濃度均小于1 mg/L，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B標準，平均去除率為80.67%，系統運行到第26天后，除磷效果逐漸變差，除磷率開始下降，到第36天時，出水磷質量濃度為2.68 mg/L，磷去除率為48.00%，由此可推斷，在系統不排泥的情況下，仍有除磷效果，但連續運行超過24 d后，除磷效果開始下降。這與傳統除磷理論認為泥齡越短除磷效果越好的說法不一致，因為厭氧/缺氧條件下生長的反硝化聚磷菌DPAOs比傳統聚磷菌PAO生長速率慢，所以其SRT比PAOs的長，這與石玉明等結論相同〔7, 8〕。
圖 2 無排泥系統除磷效果
圖 3為系統無排泥連續運行36 d情況下的脫氮及COD去除效果。
圖 3 無排泥系統(system)CO
D、NO2--N去除效果
從圖 3可以看出，COD的去除率在84.02%~92.71%變動，出水平均COD為22.91 mg/L，不排泥連續運行對COD去除并沒有太大影響。碳源是微生物(Micro-Organism)生長需要量最大的營養元素，在反硝化除磷系統(system)中，乙酸作為能源吸收到胞內以PHB形式進行儲存以便用于缺氧吸磷，即使在DPAOs生長受到抑制的情況下，其他異養菌同樣能吸收碳源作為能源維持自身的新陳代謝，對污水中的COD仍有去除〔9, 10〕。在36 d的反應過程中，NO2--N去除率為75.83%~88.75%，NO2--N平均出水質量濃度為2.01 mg/L，在反硝化除磷反應過程中，亞硝酸鹽作為反硝化除磷反應的電子受體被去除，此外，系統中存在著傳統反硝化菌同樣能夠發生反硝化反應，進而NO2--N得到去除。
2.2 泥齡對系統運行效果影響
2.2.1 泥齡對除磷(P)的影響
在系統運行穩定的情況下，考察SRT分別為10、16、24、32 d時對污水的處理(chǔ lǐ)效果，每種條件下運行1個SRT周期，每天運行2個周期，反應過程中進水COD為180~240 mg/L，TP為2.8~5.2 mg/L，缺氧段滴加NO2--N質量濃度為13~15 mg/L，試驗過程中保持溫度為25~27 ℃，pH為7.5~7.7，4個SRT周期的排泥量分別為1.0、0.5、0.5、0.5 L，在此期間測定脫氮除磷及COD去除效果，并且測定污泥性能指標，結果見圖 4。膜生物反應器膜分離技術與生物處理技術有機結合之新型態廢水處理系統。以膜組件取代傳統生物處理技術末端二沉池，在生物反應器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機負荷，從而減少污水處理設施占地面積，并通過保持低污泥負荷減少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池內之膜分離設備截留槽內的活性污泥與大分子有機物。膜生物反應器系統內活性污泥（MLSS）濃度可提升至8000~10,000mg/L，甚至更高；污泥齡(SRT)可延長至30天以上。
圖 4 不同SRT對除磷效果影響
由圖 4可以看出，系統在不同SRT條件下運行均有除磷效果，并沒有出水磷濃度大于進水的情況(Condition)發生，SRT=10 d時，除磷率較低，TP平均去除率為60.69%，出水平均TP質量濃度為1.58 mg/L，分析認為反硝化聚磷菌（fungus)DPB生長速率較慢，世代周期比較長，當SRT小于其世代周期時，過早地排放剩余污泥，會使污泥中的DPB流失，DPB在微生物種群中所占的比例減小，逐漸成為非優勢菌種影響除磷效果;此外，進水有機物濃度固定，SRT較小的情況下，污泥有機負荷變大，厭氧結束后會有大量未被利用的外碳源COD進入缺氧段，傳統反硝化菌及其他異養微生物吸收外碳源大量生長繁殖，從而抑制了DPB利用內碳源PHB進行反硝化吸磷〔11, 12〕。SRT提高到16 d時，系統除磷效果有所提高，去除率較SRT=10 d時提高了12.4%，出水平均TP質量濃度為1.18 mg/L。當SRT=24 d時，系統除磷效果最佳，TP平均去除率為89.66%，出水平均TP質量濃度為0.23~0.98 mg/L，隨著SRT的延長，在厭氧段DPB充分吸收外碳源并以PHB的形式儲存于體內，使得在缺氧段沒有外碳源存在時，DPB仍可利用PHB進行缺氧吸磷反應。可見，隨著系統SRT變大，除磷率提高，這與傳統觀點認為SRT越小，除磷效果越好的觀點并不一致。SRT繼續提高到32 d的時候，系統出水除磷效果惡化，除磷率下降到59.25%，出水平均TP質量濃度下降到0.58 mg/L，其原因是隨著SRT的增大，污泥濃度變大，污泥有機負荷降低，在厭氧釋磷過程中并沒有足夠的外碳源可供吸收，造成了“無效釋磷”的發生，在缺氧段沒有充足的內碳源PHB可供利用，缺氧吸磷受阻〔12〕。
由此可見，選擇合適的SRT對除磷至關重要，SRT既不能過大導致系統內有機負荷變低，又不能過小致使有機負荷過高，根據除磷效果認定，本系統最佳SRT取24 d。
2.2.2 泥齡對碳源利用的影響
圖 5是系統厭氧釋磷缺氧吸磷過程中碳源的利用情況。
圖 5 不同SRT對碳源的利用
由圖 5可知，SRT=10 d時，厭氧段系統對外碳源利用率較低，厭氧末端系統出水COD偏高，平均為73.7 mg/L，隨著SRT的延長，微生物吸收外碳源量增加，出水平均COD降低，SRT為16、24、32 d時，系統厭氧出水平均COD分別為41.6、37.4、、33.7 mg/L。分析認為SRT過小時，會出現DPB隨著剩余污泥排出的情況，系統內聚磷(P)菌含量變少，不足以提供足夠的能源吸收乙酸于胞內，出水COD偏高，此外，當SRT很小時MLSS小，反應器中微生物處于營養過剩的環境中活性低;而適當延長SRT，微生物處于營養缺乏的增殖后期，其活性較強，為了維持自身的生命活力、新陳代謝，需要吸收利用大量有機物〔13, 14〕，因此SRT為16、24 d時，系統COD去除效果提高。SRT為10~24 d時，雖然不同SRT對厭氧出水COD有影響，但缺氧出水COD并無影響，出水平均COD均低于20 mg/L。SRT為10、16、24 d時，厭氧末端胞內PHB含量比較相近，出水平均COD分別為90.05、84.93、86.06 mg/L，SRT=32 d時，厭氧末端PHB質量濃度較低，為56.45 mg/L，原因是SRT較長時，污泥有機負荷偏低，胞內轉化為PHB量少。隨著SRT的延長，缺氧末端PHB含量呈先升高后降低的趨勢，SRT較小時，污泥有機負荷高，厭氧結束后殘余的碳源進入缺氧段，異養菌優先吸收外碳源進行生化反應，反硝化聚磷菌吸收內碳源PHB進行缺氧吸磷受到抑制，因而缺氧末端PHB含量高。隨著SRT的逐漸增大，污泥有機負荷變小，厭氧段外碳源被徹底吸收轉化為PHB，缺氧段幾乎沒有殘余的外碳源存在，PHB作為內碳源被聚磷菌充分吸收利用，出水PHB含量降低。當SRT延長到32 d時，系統中老化死亡的微生物殘骸含量過高，聚磷菌活性降低，出水COD偏高，PHB不能被充分利用而剩余。
2.2.3 泥齡對污泥濃度及除磷機制影響
表 1是SRT為10、16、24、32 d的生物除磷反應器在不同泥齡條件下運行過程中，污泥濃度和胞內聚合物的含量變化情況。
從表 1可以看出，污泥齡SRT與污泥濃度MLSS和MLVSS成正相關性，隨著SRT的延長，MLSS和MLVSS逐漸上升，厭氧段MLSS由SRT為10 d時的1 560 mg/L增加到32 d時的3 648 mg/L。缺氧段MLVSS由SRT為10 d時的1 342 mg/L增加到32 d時的2 214 mg/L。厭氧段SRT的變化對PHB的合成量并無太大影響，理論上隨著SRT的增大，PHB含量應該提高，但是在SRT延長的同時污泥濃度MLVSS也增大，所以單位質量污泥的PHB合成量并無明顯差別，SRT為10、16、24 d時，PHB含量分別為45.7、51.6、53.8 mg/g;隨著SRT的增大，厭氧末端系統內poly-P含量呈下降趨勢（trend)，SRT越長，MLVSS越大，聚磷菌釋磷越充分，厭氧末端污泥中poly-P含量越少，SRT為10、16、24、32 d時，poly-P含量分別為34.7、28.9、23.1、13.1 mg/g。缺氧吸磷過程中，PHB作為碳源和能源被消耗進行吸磷反應，SRT=10 d時，缺氧末端系統中PHB含量較高為25.9 mg/g，poly-P含量較低為48.3 mg/g，分析認為厭氧段殘余的外碳源進入缺氧段，微生物優先吸收外碳源，因而聚磷菌利用內碳源反硝化吸磷被抑制。SRT=24 d時，觀察到污泥沉降性能、鏡檢菌膠團狀態穩定，泥水界面清晰，缺氧末端PHB含量和poly-P合成量分別為6.3、79.4 mg/g，PHB消耗量越多，說明反硝化吸磷反應進行更加完全，吸磷徹底。SRT=32 d時，缺氧末端聚磷菌胞內缺氧吸磷PHB消耗量小，聚磷含量降低為31.8 mg/g。具體參見
3 結論
反硝化除磷系統連續36 d不排泥，系統仍有處理效果，反硝化和COD去除并沒有受到影響(influence)，但到第26天后除磷效果逐漸變差，除磷率開始下降。
SRT既不能過大導致系統內有機負荷變低，又不能過小致使有機負荷過高，SRT=24 d時，除磷效果最佳，TP平均去除率為89.66%，TP出水質量濃度為0.23~0.98 mg/L。
SRT為10~24 d時，SRT與厭氧末端出水COD呈反比，而對厭氧末端PHB濃度影響不大，隨著SRT的延長，缺氧末端PHB濃度呈降低（reduce)的趨勢，SRT=32 d時，出水COD變高。
SRT與污泥濃度呈正比，隨著SRT的升高，厭氧末端污泥PHB含量呈升高趨勢、poly-P含量呈下降趨勢，缺氧末端污泥PHB含量呈下降趨勢、poly-P含量呈上升趨勢，SRT=24 d，厭氧末端污泥PHB和poly-P含量分別為53.8、23.1 mg/g;缺氧末端污泥PHB和poly-P含量分別為6.3、79.4 mg/g。
