厭氧生物轉(zhuǎn)盤的氨氧化與SBR單級(jí)限氧自養(yǎng)脫氮的基礎(chǔ)試驗(yàn)研究.pdf

1、基于厭氧氨氧化的自養(yǎng)脫氮工藝，與傳統(tǒng)硝化反硝化生物脫氮工藝相比，可節(jié)省耗氧量25％、節(jié)省碳源100％、無(wú)需投加化學(xué)試劑調(diào)節(jié)pH值并減少的剩余污泥量的產(chǎn)生，為廢水的高效低耗脫氮提供了新技術(shù)。本文一方面研究了生物轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)中厭氧氨氧化菌的馴化和富集、微生物種群鑒定、動(dòng)力學(xué)特性、影響因素和脫氮能力，并以SBR系統(tǒng)短程硝化產(chǎn)物一亞硝氮為電子受體研究了全程自養(yǎng)脫氮運(yùn)行效果和穩(wěn)定性;另一方面對(duì)SBR系統(tǒng)中單級(jí)限氧自養(yǎng)脫氮的實(shí)現(xiàn)、微生物種群分布、影響因

2、素和脫氮途徑等問(wèn)題進(jìn)行了研究和分析。主要研究成果如下:
　　 1.采用長(zhǎng)污泥停留時(shí)間的厭氧生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器，接種普通厭氧活性污泥，控制溫度40-41℃、pH值8.25-8.50、 HRT1.3d以及反應(yīng)器避光的條件下連續(xù)誘導(dǎo)馴化142d，氨氮和亞硝酸鹽氮的最高去除率分別達(dá)到了98.15％和99.56％，成功實(shí)現(xiàn)了ANAMMOX。通過(guò)縮短HRT為 1.0d，提高進(jìn)水濃度到350mg·L-1，并增加進(jìn)水點(diǎn)的方式連續(xù)運(yùn)行48Od，系統(tǒng)的

3、最大容積去除負(fù)荷和盤片面積負(fù)荷分別達(dá)到0.88kgN·m-3·d-1和17gN·m-2·d-1。借助FISH和PCR技術(shù)檢測(cè)表明系統(tǒng)中的厭氧氨氧化菌為 C.Kuenenia stuttgartiensis種。
　　 2.不同HRT厭氧生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果表明:系統(tǒng)中脫氮效果最佳的HRT為1d。初始氨氮和亞硝氮濃度為80mgL-1，時(shí)，采用間歇試驗(yàn)研究有機(jī)物濃度對(duì)厭氧氨氧化速率影響結(jié)果表明:自養(yǎng)條件下厭氧氨氧化菌的最大比

4、反應(yīng)速率為 0.189kgNH4+-N·kg-1VSS·d-1’，低濃度有機(jī)物對(duì)厭氧氨氧化菌活性影響不大，當(dāng)有機(jī)物濃度超過(guò)70m·g-1時(shí)，其比反應(yīng)速率降低到0.05kgNH4+N·kg-1VSS·d-1’以下;有機(jī)物濃度對(duì)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果表明:添加少量有機(jī)物(≤50mgL-1)提高了TN的去除率(最大值96.59％)，當(dāng)有機(jī)物濃度過(guò)高時(shí)(≥70mg·L-1)，氨氮的去除率持續(xù)下降，厭氧氨氧化運(yùn)行不穩(wěn)定。
　　 3.厭氧氨氧

5、化反應(yīng)過(guò)程受NH4+濃度和NO2-濃度兩個(gè)因素的限制，其動(dòng)力學(xué)可以用Haldance模型描述，q=qmax·SNH4+/SNH4+KS,NH4+ +SNH4+/KI,HN4+·SNO2-/SNO2-+KS,NO2-+(SNO2-)2/KINO2-通過(guò)間歇試驗(yàn)獲得不同初始濃度條件下的反應(yīng)速率，利用origin軟件進(jìn)行擬合獲得動(dòng)力學(xué)參數(shù)為:最大氨氮降解速率 0.085mg·mgMLss-1·h-1,氨氮半飽和常數(shù) 180.73mg·L-1,

6、氨氮抑制常數(shù)為976.91mg·L-1;亞硝氮半飽和常數(shù)為46.23mg·L-1，亞硝氮抑制常數(shù)為116.78mg·L-1，最大基質(zhì)反應(yīng)速率為0.085mgNH4+-N·mg-1MLSS·h-1。
　　 4.為節(jié)約能耗，將低C/N條件下厭氧氨氧化系統(tǒng)的運(yùn)行溫度由40-41℃降低到35℃運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生了污泥膨脹，造成了污泥流失，僅10天時(shí)間氨氮去除率由90％降低到50％以下。鏡檢表明系統(tǒng)中絲狀菌為絲硫菌，進(jìn)一步對(duì)進(jìn)出水含硫化合物分

7、析表明系統(tǒng)中發(fā)生了硫酸鹽還原菌和絲硫菌的鏈?zhǔn)絽f(xié)同作用。試驗(yàn)通過(guò)限制進(jìn)水中有機(jī)物投量(不予提供硫酸鹽還原菌生長(zhǎng)所需電子供體)并選擇不宜硫酸鹽還原菌和絲硫菌生長(zhǎng)的溫度40-41℃為運(yùn)行溫度(二者適宜溫度分別為30-38℃和30-36℃)，經(jīng)過(guò)1個(gè)月左右的時(shí)間消除了污泥膨脹恢復(fù)了系統(tǒng)厭氧氨氧化的脫氮能力。
　　 5.SBR系統(tǒng)中接種普通好氧活性污泥，控制溫度30-31℃、pH值為7.8-8.3、限制低DO濃度的條件下連續(xù)運(yùn)行20d，出

8、水亞硝氮的累積率達(dá)到80％以上，獲得短程硝化的效果。短程硝化過(guò)程動(dòng)力學(xué)可以用Monod方程進(jìn)行描述，試驗(yàn)得到相關(guān)參數(shù)vmax為13.05mgNH4+-N·g-1MLSS·h-1，Ks為21.98mgNN4+-N·L-1。
　　 6.有機(jī)物濃度對(duì)短程硝化影響結(jié)果表明:低濃度有機(jī)物對(duì)短程硝化作用影響不大;高濃度有機(jī)環(huán)境下，氨氮降解速率略有下降，亞硝氮積累率降幅較大，TN有損失，系統(tǒng)中除了短程硝化外，還發(fā)生了同步反硝化作用。動(dòng)力學(xué)參數(shù)

9、Vmax隨著有機(jī)物濃度的增加先變大后減小，在C/N比為0.6左右時(shí)，Vmax達(dá)到最大值58.72mgNH4+-Ng-1MLSS·h-1。
　　 7.以SBR出水的亞硝氮為電子受體進(jìn)行厭氧氨氧化脫氮獲得穩(wěn)定的運(yùn)行效果，消耗的亞硝氮和氨氮的比例為1.0-1.2，氨氮、亞硝氮和總氮去除率分別為86-100％、97-99.7％和86-94％，TN去除負(fù)荷達(dá)到 0.5kgm-3d-1。本系統(tǒng)禍合短程硝化和厭氧氨氧化工藝進(jìn)行自養(yǎng)脫氮與傳統(tǒng)硝

10、化反硝化工藝相比可節(jié)省有機(jī)物量(以甲醇計(jì))為1.2kg·m-3·d-1。
　　 8.在SBR系統(tǒng)短程硝化運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)限制低DO濃度(0.3- 0.5mg·L-1)和延長(zhǎng)曝氣時(shí)間 (330→450min/周期)的方法進(jìn)行誘導(dǎo)，獲得了單級(jí)限氧自養(yǎng)脫氮的效果，TN的最高去除率達(dá)到79.8％，最高去除負(fù)荷和去除速率分別達(dá) 0.485kgN·m-3·d-1和 0.154kgNkg-1MLVSS·d-1。單周期氮素降解過(guò)程表明:亞硝酸鹽氮

11、呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，60min時(shí)達(dá)到最大值;硝酸鹽氮?jiǎng)t在前60min基本不變，之后逐漸升高;氨氮和TN的去除效果保持著上升趨勢(shì)。
　　 9.利用FISH技術(shù)對(duì)SBR系統(tǒng)限氧自養(yǎng)脫氮污泥進(jìn)行了微生物種群分析，結(jié)果表明:Nitrosomonas屬的好氧氨氧化菌為系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)菌，厭氧氨氧化菌次之，極少量 Nitrospira spp屬的亞硝酸鹽氧化菌也被檢出。通過(guò)間歇試驗(yàn)對(duì)污泥活性進(jìn)行測(cè)定表明:污泥具有較高的好氧和厭氧氨氧化活性，比

12、反應(yīng)速率分別為10.13和6.71mgNH4+-Ng-1VSSh-1;亞硝酸鹽氧化活性沒(méi)有檢出。
　　 10.連續(xù)60d穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中生成的硝酸鹽與消耗氨氮的比例僅為0.09，小于CANON工藝的計(jì)量關(guān)系值，判斷系統(tǒng)中出了厭氧氨氧化脫氮途徑外，還存在自養(yǎng)反硝化的脫氮途徑。通過(guò)元素守恒和計(jì)量學(xué)分析結(jié)果表明:氨氮去除率為(97.5士 1.2)％，其中(88.1士2.6)％的氨氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)饷摮?(9.4士1.2)％的氨氮轉(zhuǎn)化成