常溫低基質(zhì)PN-ANAMMOX耦合工藝脫氮效能及微生物特性研究.pdf

1、水體中的氮素過多容易引起富營養(yǎng)化,給水體環(huán)境帶來危害。與傳統(tǒng)硝化反硝化生物脫氮相比,亞硝化(PN)-厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝具有節(jié)省曝氣能耗、無需外加碳源、污泥產(chǎn)量低等優(yōu)點(diǎn),但其主要應(yīng)用于高溫(30-40℃)高氨氮(>500mg/L)污水處理。另外,微生物群落結(jié)構(gòu)是其功能發(fā)生的基礎(chǔ),氨氧化菌(AOB)與厭氧氨氧化菌是亞硝化與厭氧氨氧化工藝中的功能微生物,本文通過對(duì)亞硝化與厭氧氨氧化反應(yīng)器內(nèi)微生物群落特性及功能菌群進(jìn)行研究,為實(shí)現(xiàn)

2、常溫低基質(zhì)PN-ANAMMOX提供理論基礎(chǔ)與借鑒。
　　開展生物膜(SBBR)和活性污泥(SBR)亞硝化試驗(yàn),并比較兩種形式反應(yīng)器在常溫低基質(zhì)階段的亞硝化效果。創(chuàng)建了濃度梯度馴化法,利用逐漸降低進(jìn)水氨氮濃度方式來馴化反應(yīng)器內(nèi)AOB,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了常溫低基質(zhì)條件下SBBR和SBR快速啟動(dòng)。SBBR與SBR微生物群落結(jié)構(gòu)均受FA濃度影響而發(fā)生變化。在低氨氮階段,SBR反應(yīng)器內(nèi)AOB屬于亞硝化單胞均(Nitrosomonas),為反應(yīng)器內(nèi)優(yōu)

3、勢(shì)菌群,NOB所占比例極少,這是SBR在常溫低基質(zhì)階段保持穩(wěn)定亞硝化的原因。
　　開展低溫ANAMMOX試驗(yàn),以期為厭氧氨氧化工藝在冬季低溫下運(yùn)行提供借鑒。在冬季低溫條件下(15-16.5℃),火山巖填料生物濾柱平均總氮去除負(fù)荷達(dá)1.57kg/(m3?d),明顯高于陶粒填料反應(yīng)器(0.52kg/(m3?d))。分析原因發(fā)現(xiàn)火山巖填料上ANAMMOX菌所占比例高于陶粒填料,火山巖更適合作為富集ANAMMOX菌的生物濾池填料。對(duì)火山巖

4、填料生物濾柱沿層三氮分析,發(fā)現(xiàn)大部分氨氮與亞氮在反應(yīng)器中部成比例去除,分析原因發(fā)現(xiàn)ANAMMOX菌在不同濾層菌種相同(CandidatusKueneniastuttgartiensis),但其在中部所占比例最高。另外,在反應(yīng)器不同濾層,存在同一種AOB(Nitrosomonassp.ENI-11)。
　　在低溫ANAMMOX生物濾柱基礎(chǔ)上,通過降低進(jìn)水氨氮濃度,考察反應(yīng)器在常溫低基質(zhì)進(jìn)水下的脫氮效果。試驗(yàn)進(jìn)水為自然溫度(14.5-

5、24.5℃),反應(yīng)器在低基質(zhì)階段Ⅰ(78.7mg/L氨氮)與低基質(zhì)階段Ⅱ(46.5mg/L氨氮)都有很好的脫氮效果,其中在低基質(zhì)階段Ⅱ總氮去除負(fù)荷平均值為2.26kg/(m3·d),最高達(dá)3.04kg/(m3?d)。反應(yīng)器中ANAMMOX菌在高、低基質(zhì)階段Ⅰ和Ⅱ菌屬相同,同為CandidatusKueneniastuttgartiensis,但其在三個(gè)階段的相對(duì)比例有所差異,分別為41.6％、37.9%和36.3%。在低基質(zhì)階段Ⅱ沿層脫

6、氮試驗(yàn)表明,大部分氮素在生物濾柱中部得到去除。CandidatusKueneniastuttgartiensis對(duì)于溫度和基質(zhì)濃度有著較寬泛的適應(yīng)性,發(fā)現(xiàn)其能在常溫低基質(zhì)環(huán)境中保持較高的活性,因而有希望將該ANAMMOX菌種應(yīng)用于常溫低氨氮污水處理。
　　在前面單體亞硝化(PN)與厭氧氨氧化(ANAMMOX)基礎(chǔ)上,進(jìn)行PN-ANAMMOX串聯(lián)試驗(yàn),考察該工藝對(duì)常溫(18-25℃)低基生活污水的脫氮效果。PN單元啟動(dòng)亞硝化后,推流

7、式連續(xù)流運(yùn)行80天時(shí)間內(nèi),保持較低的DO濃度(0.1-0.6mg/L),出水NO2--N/NH4+-N值比較穩(wěn)定,可以為后續(xù)ANAMMOX單元提供適宜的進(jìn)水。PN-ANAMMOX串聯(lián)后,ANAMMOX單元添加成熟ANAMMOX污泥25天后啟動(dòng)成功,其最高總氮去除負(fù)荷達(dá)0.99kg/(m3?d),最高總氮去除率為85.6%,顯示出良好的脫氮潛力。耦合因素分析發(fā)現(xiàn),PN單元出水NO2--N/NH4+-N為關(guān)鍵因素,比值在1.01-1.45范

8、圍內(nèi)時(shí),ANAMMOX單元出水能夠滿足一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)。
　　PN-ANAMMOX耦合成功后,亞硝化污泥中以球形菌與短桿菌為主;功能微生物AOB為優(yōu)勢(shì)菌群,其菌屬為Nitrosomonassp.;PN單元存在一些異養(yǎng)菌,但并沒有影響AOB的優(yōu)勢(shì)地位與反應(yīng)器的亞硝化效果。ANAMMOX單元生物膜上微生物以球形菌為主,ANAMMOX菌為優(yōu)勢(shì)菌群;ANAMMOX菌種由接種的CandidatusKueneniastu