新型生物膜反應(yīng)器FBBR處理污水的脫氮效果及機(jī)制研究.pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展、農(nóng)業(yè)的高強(qiáng)度生產(chǎn)以及城市化的人口劇增產(chǎn)生了大量的工業(yè)廢水、含有殘余化肥的農(nóng)田廢水以及生活污水，這些污水未經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)排放到周圍自然水體中，加劇了水體的氮污染。氮污染不僅給城市供水帶來困擾，而且會(huì)引發(fā)周圍水域的富營養(yǎng)化。傳統(tǒng)的生物脫氮工藝大多是在活性污泥法基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，為達(dá)到預(yù)期的硝化、脫氮效果，通常需要延長曝氣時(shí)間、添加硝化液回流設(shè)備以及分別建立硝化池、反硝化池，以保證各段運(yùn)行效果，工藝過程冗長復(fù)雜、運(yùn)行成本

2、較高且脫氮效果也并不理想。
　　針對(duì)傳統(tǒng)生物脫氮工藝存在的諸多問題，本課題采用自主設(shè)計(jì)的流化床生物膜反應(yīng)器（FBBR）結(jié)合新型MFD（Multiple Fluidized Dynamic）懸浮填料處理城市生活污水，優(yōu)化該工藝各個(gè)階段運(yùn)行參數(shù)，并探討系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物、氨氮、總氮的去除效果和脫氮機(jī)制。
　　首先，考察掛膜啟動(dòng)期填料結(jié)構(gòu)、填料填充比、進(jìn)水C/N比、溶解氧濃度、污泥接種方法對(duì)FBBR掛膜時(shí)間、附著生物量以及運(yùn)行效果的影響

3、。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)BBR啟動(dòng)期掛膜時(shí)間和附著生物量的主要影響因素是填料結(jié)構(gòu)和填充比。與普通PE02填料相比，投加MFD填料的FBBR掛膜時(shí)間更短（7天）、附著生物量更高（≥70mgVSS·gCarrier-1），說明MFD的多孔結(jié)構(gòu)有助于填料流化，進(jìn)而促進(jìn)填料與微生物的接觸、增加氧傳質(zhì)效率。此外，污泥接種方法也對(duì)啟動(dòng)期附著生物量有影響，快速排泥法減輕了懸浮微生物與附著微生物的競爭，使附著生物量能夠穩(wěn)定增長。采用MFD填料啟動(dòng)FBBR的最佳啟

4、動(dòng)條件為：填料填充率為40％、進(jìn)水C/N比10：1、溶解氧（DO）3~4mg·L-1和快速排泥法。
　　其次，探討穩(wěn)定運(yùn)行階段載體表面負(fù)荷（SALR）、水力停留時(shí)間（HRT）以及曝氣量對(duì)FBBR去除有機(jī)物、氨氮、總氮的效果以及堿度消耗的影響。結(jié)果顯示，影響系統(tǒng)有機(jī)物去除效果的主要運(yùn)行條件是HRT，在最佳HRT條件（8~9h）下，提升曝氣量或降低有機(jī)負(fù)荷對(duì)COD的去除率影響不大；影響系統(tǒng)氨氮去除效果的主要運(yùn)行條件是曝氣量和SALR，

5、當(dāng)曝氣量為0.6L·min-1、SALR為3gCOD·m-2·d-1時(shí)，氨氮的去除率可達(dá)71.55%；影響系統(tǒng)總氮去除效果和堿度消耗量的主要運(yùn)行條件是HRT和SALR，當(dāng)HRT為8h左右、SALR為4~5gCOD·m-2·d-1時(shí)，總氮的去除率可達(dá)60%以上；而HRT為6~8h、SALR為5gCOD·m-2·d-1左右時(shí)，堿度的消耗量預(yù)測(cè)值低于150mg·L-1；隨著SALR的增加和HRT延長，堿度消耗量呈上升趨勢(shì)。穩(wěn)定運(yùn)行階段，F(xiàn)BB

6、R運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化方案為：SALR為4.18gCOD·m-2·d-1，HRT為8h，曝氣量為1.66L·min-1（或氣水比為35：1）。該方案預(yù)測(cè)COD的去除率為92.61%，氨氮去除率為84.63%，總氮去除率為67.93%，堿度的消耗量為128.74mg·L-1，與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果相差不大，出水COD、氨氮、總氮分別為19mg·L-1、3.0mg·L-1、11.0mg·L-1，符合一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，可為該工藝今后的實(shí)際應(yīng)用提供設(shè)計(jì)參考。

7、　　進(jìn)一步對(duì)FBBR的硝化、脫氮機(jī)制進(jìn)行探討，發(fā)現(xiàn)FBBR運(yùn)行各階段菌群數(shù)量位居前四位的菌屬基本相同，按照數(shù)量從大到小依次為變形細(xì)菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（bacteroidetes）、疣微菌門（Verrucomicrobia）和厚壁菌門（Firmicutes）。由于MFD填料特有的多孔結(jié)構(gòu)以及FBBR的反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)特點(diǎn)，掛膜啟動(dòng)末期、穩(wěn)定運(yùn)行期的硝化菌群結(jié)構(gòu)與掛膜啟動(dòng)存在較大差異，自養(yǎng)型硝化菌和厭氧氨氧化菌大