高氨氮污水半亞硝化過程氧化亞氮釋放研究.pdf

1、傳統(tǒng)生物脫氮技術處理高氨氮廢水時存在著工藝復雜、耗能較大以及需要外加大量碳源等不足，部分亞硝化(partial nitrification,PN)-厭氧氨氧化(anammox)組合工藝為處理高氨氮廢水提供了新的選擇，該工藝利用氨氧化細菌(ammonium oxidizing bacteria,AOB)的亞硝化作用，將高氨氮污水中一半的氨氮氧化成為亞硝態(tài)氮，然后用氨氮和亞硝氮比例為1:1的混合污水為厭氧氨氧化反應器提供進水，最終達到脫氮目

2、的。氧化亞氮（N2O）是一種重要的溫室氣體，污水生物脫氮是溫室氣體氧化亞氮的重要人為源，其釋放的氧化亞氮量最高可達全球氧化亞氮釋放總量的25％。在PN過程中，亞硝酸鹽的積累和低溶解氧環(huán)境使得溫室氣體氧化亞氮大量生成。對PN過程的氧化亞氮產(chǎn)生、釋放研究對指導高氨氮污水的生物處理過程具有重要意義。
　　本研究以續(xù)批式生物反應器（Sequencing Batch Reactor,SBR）啟動PN反應，基于生物磁效應原理假設外源磁場對于P

3、N啟動過程具有促進作用，采用批次試驗方案探究了磁場對PN過程的促進效應，運用高通量測序分析方法在微生物水平及基因水平上解釋了磁場對PN過程的促進原理。在成功啟動PN過程后，對PN反應過程溫室氣體氧化亞氮釋放做了系統(tǒng)研究，系統(tǒng)檢測了氨氮、亞硝氮、硝態(tài)氮、溶解氧、pH及氧化亞氮等水質(zhì)指標的周期變化規(guī)律，探究了影響氧化亞氮產(chǎn)生的影響因素，對氧化亞氮的減量化提供理論依據(jù)。本文主要研究成果如下：
　　(1)采用批次試驗的方法探究了磁場對PN

4、的影響，明確了5 mT弱磁場強度對PN有顯著的增強效果。無外加磁場強度下PN在第35天實現(xiàn)出水亞硝氮高于氨氮，而5 mT磁場強度下PN在第25天啟動完成，比無外加磁場時縮短28.6%。但如果磁場強度過高，則會抑制PN反應的啟動，在25 mT磁場強度下，氨氧化細菌活性減弱，出水亞硝氮與出水氨氮的比值在0.3到0.5之間，并且無法通過延長水力停留時間增加這一比例，PN無法實現(xiàn)。
　　(2)對PN反應過程溫室氣體氧化亞氮釋放做了系統(tǒng)研究

5、。所運行PN反應器可以在4小時以內(nèi)實現(xiàn)出水亞硝氮高于出水氨氮，此時氧化亞氮積累釋放量為15.05 mg，轉(zhuǎn)化率為1.915%。若繼續(xù)延長反應時間到6小時，氧化亞氮積累量會增加28.88%。磁場在促進PN反應速率的同時增加了氧化亞氮的產(chǎn)生量，在4小時周期反應內(nèi)，氧化亞氮在5 mT磁場強度下轉(zhuǎn)化率為2.80%，比無外加磁場時提高40%。和外加磁場相似，一定范圍內(nèi)鹽度可以促進PN反應，但是鹽度對于PN過程氧化亞氮產(chǎn)生的促進作用比磁場更強，8

6、mg/L氯化鈉添加后氧化亞氮四小時積累量高達84.49 mg，比對照組相比提高四倍。35℃至25℃溫度條件下，隨溫度的下降PN速率隨之下降，相應的氧化亞氮釋放量也下降，25℃條件下PN過程氧化亞氮轉(zhuǎn)化率為1.31%，與35℃時相比下降31.41%。
　　(3)運用高通量測序方法對 PN相關微生物機理進行了探究。磁場對PN的促進不是增加氨氧化細菌的比例而是對氨氧化細菌的活性的增強。氨氧化細菌含量在5 mT磁場強度下甚至有所下降，在科

7、這一分類水平上，亞硝化單胞菌科(Nitrosomonadaceae)在無外加磁場條件下占總細菌數(shù)量的13.9%，而在5 mT磁場強度下Nitrosomonadaceae的比例為12.9%。氨氧化細菌耗氧速率在5 mT磁場強度下為0.936 mg(O2)/g(MLSS).min，是無外加磁場時的2.39倍。在進水pH一定的情況下磁場存在并不能改變PN的終點，只是縮短了PN終點的時間，這是由于磁場并不能改變?nèi)芤褐械陌睉B(tài)氮存在形式。PN污泥微