本科毕业论文外文翻译传统a2o和倒a2o工艺对磷的释放和吸收行为的对比.docx

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本科毕业论文外文翻译传统a2o和倒a2o工艺对磷的释放和吸收行为的对比

传统A2/O和倒A2/O工艺对磷的释放和吸收行为的对比

摘要：

两个使用传统A2/O和倒A2/O工艺的污水厂系统，传统A2/O包括厌氧，缺氧和好氧3个处理阶段，倒A2/O工艺包括没有内循环的缺氧，厌氧和好氧3个阶段，比较他们的除磷性能方面，为了强调磷酸盐（P）的释放行为，同时使用运行数据和仿真结果。

倒置系统具有较好的长期除磷性能（0.2±0.3vs.0.7±0.7mg/L），这应归因于在无氧区较高的P的释放速率（0.79vs.0.60kgP/（kgMLSS·d）。

在倒A2/O工艺中P释放可发生在缺氧和无氧区，从而磷得到更有效释放。

虽然两个系统中的“CandidatusAccumulibacterphosphatis”人口的丰度颇为相似（（19.1±3.27）％和（18.4±4.15）％的人口，倒置和传统的系统总微生物吲哚（DAPI染色的颗粒），分别通过荧光原位杂交（FISH）），将高浓度的DAPI染色结果表明全部的丰度聚生物体的PAO在好氧端是相当不同的（聚磷颗粒的平均比总的微生物的（DAPI染色颗粒）分别为（45±4.18）％和（35±5.39）％）。

运行数据和仿真结果表明，倒置系统保留更丰富的PAO数量，由于其特殊的配置，这使高效的磷释放在非充气舱和更好的磷的去除率。

关键词：

磷的释放和吸收，A2/O工艺，倒A2/O工艺，活性污泥模型

引言

在A2/O工艺，厌氧，缺氧和好氧阶段连续，已被广泛使用，因为其能同时去除氮和磷（Barnard等，1975年，1976年;Rabinowitz和Marais，1980;Mino等，1998），内部循环比高达100％-300％，污泥回流比约100％。

研究发现回流污泥中残留的硝酸盐影响除磷效率，因为一些异养细菌可能消耗可发酵的化学需氧（COD）产生能量，同时利用硝酸作为外部电子受体生长（Venter等，1978年;HascoetFlorentz，1985）。

据估计，对于厌氧反应器每回流1mgNO3—N，8.6mgCOD将会被消耗（Henze等人，2008），这将导致脱氮和释磷之间产生竞争。

为了避免这种影响改善除磷性能，调查了一些改进的系统，如开普敦（UCT）系统，五个阶段的Bardenpho工艺和生物磷化工去除工艺（BCFS）（vanLoosdrecht等，1998;Tchobanoglous等，2002）。

但是，这些方法需要相对较高的能量消耗和复杂的配置（Baeza等，2004）。

为了降低能源消耗，防止潜在的硝酸盐干扰磷的释放，产生了所谓的倒A2/O工艺，倒置A2/O工艺没有内循环，改变了厌氧和缺氧阶段的位置（张苏，1999年，张高，2000年）。

从那时起，倒A2/O工艺已应用于在中国的几个污水处理厂。

在倒置的A2/O工艺，进水在缺氧和厌氧区的分配有一定的比例（一般为20％/80％或30％/70％）。

在最佳条件下，硝酸盐在缺氧池中得到去除，在随后没有硝酸盐干扰的厌氧池中P可以充分释放。

有氧区聚磷菌大量吸磷，因为这些微生物“饥饿”的条件。

虽然进水对磷和TN去除的影响已经讨论过（Gao等，2005年，刘等人，2010a，2010b），但对倒置系统中磷的释放行为研究很少，与传统工艺相比对磷去除率的提高在水厂出水总尚未被验证。

在本研究中，对位于中国北方的两个分别使用常规和反转的A2/O工艺的污水处理厂中磷的释放和摄取进行比较。

荧光原位杂交（FISH）技术，用于量化的PAO，4'，6-二脒基-2-苯基吲哚二盐酸盐（DAPI）高浓度染色方法被用来量化在活化的间的聚磷酸盐（聚-P）的颗粒污泥（Wong等人，2005）。

同时，用活性污泥模型（ASM）模拟两个系统，关注磷的释放和摄取的行为。

这是第一次在倒A2/O系统中全面研究磷的去除。

1材料和方法

1.1目标系统和水样

研究的污水处理厂由传统和倒置A2/O工艺组成，各自处理能力为每天20万立方米。

进水分配比例倒置A2/O稳定（厌氧区30％，缺氧区70％）。

采样期间污泥回流比为约100％。

这两个系统的详细描述，示于图中1和表1。

正如表1中所示，传统A2/O工艺略大于倒置A2/O。

从2009年2月至7月，每周在两个工艺的出口和中间取混合液样品检测，每月在需氧和厌氧区的末端取活性污泥中样品。

采样后，将样品立即运到实验室进行分析。

测定化学需氧量，生物需氧量（BOD），混合液悬浮固体（MLSS）和磷酸盐遵循标准程序检测（APHA，1998）。

在2007年至2009年期间的日常数据由污水工厂提供。

运行条件如污泥停留时间（SRT）和流量分配也进行检测。

1.2FISH分析和高浓度的DAPI染色

FISH分析是根据Amann等的记录进行，（1995）。

简单地说，活性污泥样品3小时，在4℃下，用4％多聚甲醛固定3小时，并存储在磷酸盐缓冲盐水（PBS，pH7.4）中和乙醇的1:

1（V/V）的混合物于-20℃下3微升的样品在冰上超声处理约3分钟后，被放置在井的滑动和固定3小时。

切片分别用50％，80％和98％的乙醇泡5分钟，然后脱水。

PAOmix探头（PAO462：

CCGTCATCTACWCAGGGTATTAAC5-3PAO651：

5CCCTCTGCCAAACTCCAG-3，PAO846的：

GTTAGCTACGGC-ACTAAAAGG5-3，Crocetti的等，2000）商业合成5'标记异硫氰酸荧光素（FITC）进行杂交。

杂交和洗涤过程中，落射荧光显微镜（Axioskop2电机加，Zeiss,德国），配有冷却CCD相机。

PAOs的组成比例通过Zeiss（Axio的视力4：

1）提供的软件计算。

通过至少40次观测，得到每个样品的平均值，得到最终的结果。

PAO细菌总数的比例是DAPI计数结果除FISH。

1.3活性污泥模型

用软件AQUASIM建立污水厂的数学模型（EAWAG，牌照号码：

251）基于ASM2D（（Henze等人，2000）。

整个生物反应器被认为是CSTR工艺，而沉降室被设置为理想化的无生化反应的固-液分离。

用无磷酸盐化学沉淀的ASM2D系统模拟两个工艺的生化反应。

参数估计使用敏感性分析。

曝气沉砂池的污水根据污水标准DutchSTOWA方法检测（Roeleveld和vanLoosdrecht，2002），可溶性COD在絮凝后用Zn（OH）2检测，并用0.45μm过滤膜过滤（Millipore公司，美国），在的STOWA协议的建议，每周测得的总COD分析，如表2所示。

2结果与讨论

2.1两个系统的长期性能

平均可溶性COD，TN和磷酸盐倒和常规A2/O系统中的废水在2007-2008年分别为（42.7±8.3）和（41.5±7.91）mg/L，（21.7±4.3）N和（16.5±3.5）Nmg/L，（0.2±0.3）和（0.7±0.7）PO43-Pmg/L，分别。

这两个系统表现出类似的COD去除率的表现，但不同的总氮和磷的去处。

上述数据是按照此前 实验室规模的研究（周，2001，王，2008）。

2月至2009年7月期间的水质参数如表3所示。

倒置A2/O系统出水COD平均可溶性高于常规系统中，这是由于反相系统中的NO2-N的积累。

考虑NO2-N的需氧量，COD去除校准两个系统的性能分别为89％和92％，这是根据每个系统的的2007-2008.P除去性能的结果，不抑制由亚硝酸盐采样期间积累的最大浓度为12mg/L时，根据在先前的研究报告的现象（曾等人，2011）。

同样，倒系统表现出更好的磷除去性能（0.29±0.25vs.0.71±0.64mg/L）。

2.2磷的释放和吸收行为

沿反应器长度的P浓度的变化，决定从2月到7月，2009年，并将结果显示在图2。

因为这两个系统是不同的尺寸，使用的长度的百分比（入口和采样点的系统的总长度的比率之间的距离）来表示的反应器的长度。

如该图2所示，磷的释放发生在缺氧舱（平均，（21.9±8.2）P毫克/升），并继续在厌氧 （平均，（20.2±9.1）P毫克/升）的倒置A2/O系统中，考虑到在两个反应器中的稀释比（稀释比：

1.3在缺氧舱和2.0厌氧）。

然后，磷的吸收发生沿线有氧舱。

另一方面，磷的释放主要发生在厌氧室在以往的系统中，有P浓度（19.02±0.96）P毫克/升。

在P几乎浓度在缺氧单位是常数（4.61±0.96）P毫克/升，低于在厌氧舱考虑稀释倍数2.5。

因此，磷的释放停在这个反应堆。

因此磷的释放发生在整个非曝气室倒置A2/O系统（3小时），但只有在厌氧室发生（1.5小时）的传统之一。

这可能是导致差异的磷的释放率（活性污泥的量除以在一天的P释放量）的两个系统（分别为0.79和0.60公斤的倒和常规的P/（kgMLSS·d）系统）。

因此，倒置的系统表现出更好的磷的除去性能，因为较高的P释放速率的系统中的活性污泥（李等人，1997年，Thomas等人，2003;Oehmen等人，2007）。

在采样期间，在缺氧和无氧的车厢内的反相系统消耗的COD为2000和7000kg/d，分别，而在常规系统中，缺氧和厌氧室中的COD消耗为7000和4000公斤/天元。

很明显倒置系统中的厌氧室COD消耗高得多，这可能是更高效的磷释放的一个重要原因。

据报道，磷的释放依赖于硝酸盐浓度（辛普金斯和迈凯轮，1978;HascoetFlorentz，1985）。

用来比较的硝酸盐的影响和亚硝酸盐（氮氧化物-N）在两个系统中的磷的释放，在非充气隔室的P和NOx-N浓度进行了分析，并且他们之间的关系示于图3和表4。

的NOx-N和P浓度有相对较高relevancies，在厌氧和缺氧的车厢倒制度（RI-ANO，RI-ANA>0.8），磷释放的NOx-N的影响是显着的高k值（KI-ANO=-5.6，KI-ANA=-4.8）表示，这表明在缺氧单元脱硝重要。

然而，在传统的系统中，高相关性（RC-ANA>0.8）仍在观察间硝氮和磷，而磷释放的NOx-N的影响是显着的（KC-ANA=-1.1）在厌氧舱。

在缺氧舱的NOx-N和P之间的低相关性，是因为磷的释放停在这个车厢。

因此，很显然，在倒置系统磷释放的NOx-N的影响更加显着。

2.3PAOs和胞间聚磷颗粒的数量

活性污泥磷释放方面的NOx-N浓度变化的不同反应表明，政治委任官员的人群可能是完全不同的这两个系统。

PAOs，即“CandidatusAccumulibacterphosphatis'，占主导地位的Rhodocyclus种FISH使用PAO混合的探头进行了量化。

该PAOs，总微生物（DAPI染色颗粒）的平均比率分别为（19.1±3.27）％和（18.4±4.15）％，分别为倒和常规A2/O系统，示出丰度的两个系统中的人口的CandidatusAccumulibacterphosphatis相当类似，并按照与以前报道的数据（Saito等，2004）。

然而，其他PAO人口可能共同存在'CandidatusAccumulibacter的phosphatis'（等Hesselmann，1997;Liu等人，2001）。

将高浓度的DAPI染色的方法已被用于量化间聚磷颗粒剂，即，细菌积累在好氧的车厢（Kawaharasaki等，股市88年，91年底）作为聚磷颗粒细胞中的磷酸。

在有氧的端部，以总的微生物的（DAPI染色颗粒）的聚磷颗粒的平均比率为（45±4.18）％和（35±5.39）％，分别为倒和常规A2/O系统中，显示出在这两个过程中聚磷颗粒DAPI阳性细胞的比率的差异具有统计学显着性（<0.05）。

上述结果表明：

（1）PAO人口其他比“CandidatusAccumulibacterphosphatis的存在在两个系统中广泛;

（2）倒系统拥有更丰富的PAO人口。

因此，它是特殊配置倒置系统可能允许更丰富的PAO人口，导致更好的除磷性能。

2.4两个系统建模

这两个系统在2009年7月的除磷性能是采用ASM2D（Henze等人，1999年），并将结果显示在图模拟4。

该通过模型估计的参数值进行了验证与分析数据。

所寻求的主要因素敏感性分析。

动力学和化学计量参数与前个月平均数据的初始校准，稳定的模拟，首先进行一段时间的至少3倍的SRT。

校准的参数值，然后用以下的动态仿真（图S3A，S4A）作为默认值。

敏感度分析使用AQUASIM软件显示除磷最敏感的参数，聚羟基链烷酸酯（PHA）的存储速率常数（QPHA），聚磷的存储速率常数（QPP）（示于图S2）。

因此，这两个参数校准使用测得的数据，而其它的参数作为默认值（Brun等人，1997;Gernaey等人，2004）。

这是众所周知的QPHA和qPP，制止开采磷的释放和吸收行为，可能被收购通过ASM计算（vanVeldhuizen等，1999）。

图4a1和b1表明，模拟结果可能捕捉每天测量出水磷浓度的变化。

基于模拟的P浓度和测得的数据，之间的协议的q值的PHA的倒置和常规A2/O系统被校准为6.19和4.13gXPHA/（gXPAO·d），分别和q的PP的值分别为2.22XPP/g（gXPAO·d）和1.54gXPP/（gXPAO·d），这些值是根据以往的研究（6vs3/gXPHA（gXPAO·d）为qPHA和3至1.5gXPP/（gXPAO·d）对于qPP;Smolders等人，1994;Rieger等人，2001）。

的q的值PHA和qPP在倒置系统是远高于那些在常规系统中，这可能与PAO丰度较高。

P和非充气隔室在倒置和常规的A2/O系统中，氮氧化物-N浓度为连续模拟，如图所示。

4a2和b2分别。

很显然，磷的释放行为的敏感响应倒系统中的NOx的浓度的变化，特别是当氮氧化物-N浓度超过3毫克N/L。

对于传统的系统中，在另一方面，磷的释放的NOx的浓度的变化的响应是不是那么显着，磷的释放开始，在一定程度上受到影响时，NOx的N浓度超过6毫克N/L。

因此，模拟的结果也支持假设PAO人口倒置系统中的NOx-N浓度的波动更为敏感，因为我们观察到在2.2节。

此外PAO人群的差异可能PAO丰度的差异，也有不同的除磷性能，这就需要进一步实验证明。

3结论

一个全面的倒置和传统的A2/O系统接收相同的市政污水除磷性能的同时使用业务数据和模拟结果比较，倒系统具有更好的除磷性能。

通过取消内部循环和扭转缺氧和厌氧条件车厢的位置，倒置系统保留更丰富的PAO数目，允许有效的磷释放。