改良型卡魯塞爾氧化溝脫氮效能提升及其生物微環(huán)境的研究.pdf

1、近年來，隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，水資源總量日益匱乏、水污染形勢愈加嚴(yán)峻。由于卡魯塞爾氧化溝具有出水水質(zhì)良好、運行相對穩(wěn)定、方便管理以及能耗較低等優(yōu)點，在國內(nèi)外的生活污水和工業(yè)污水處理工程中得到廣泛應(yīng)用。但由于設(shè)計或運行管理的原因，在實際運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)脫氮效果較差、出水總氮不能達(dá)標(biāo)等情況。本研究以重慶某卡魯塞爾氧化溝污水處理廠為原型，針對影響氧化溝脫氮性能的關(guān)鍵因子，構(gòu)建了底曝式中試系統(tǒng)，分別研究了水力停留時間（HRT）、溶解氧（D

2、O）濃度及曝氣工況對污染物的去除效能的影響，特別是脫氮效能提升的關(guān)鍵參數(shù)；然后，以中試獲得的最優(yōu)工況為依據(jù)，進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗，詳細(xì)研究了氮的沿程和深度方向的轉(zhuǎn)化規(guī)律，并獲得了穩(wěn)定的脫氮效果和出水水質(zhì)；最后，結(jié)合微電極與高通量測序技術(shù)，探索了生產(chǎn)性試驗規(guī)模下生物微環(huán)境對改良型卡魯塞爾氧化溝脫氮性能的影響機制。研究結(jié)果為提高小規(guī)?？斎麪栄趸瘻厦摰芴峁﹨⒖?。取得的主要成果如下：
　　1）開展了規(guī)模為10m3/d的改良型卡魯塞爾氧化

3、溝中試研究。運行條件為：溶解氧為3 mg/L，內(nèi)回流比為200％，外回流比為50%~80%。當(dāng)HRT為17h、10h時，COD的去除率在90%以上，NH3-N去除率為51.9%-83.8%，TN去除率為41.2%-55.5%，當(dāng)HRT在12h和15h時，有機物和氨氮的氧化作用、反硝化作用均較強，COD、NH3-N、TN去除率最高分別達(dá)93.1%、92.2%和52.8%。
　　2）在中試條件下，HRT=15h，回流比采用200%，外

4、回流比采用50%~80%，溶解氧（DO）水平為5mg/L、4 mg/L、3 mg/L、2 mg/L時，SS、TP的去除率分別可達(dá)96-97%和90-93%，但 COD、NH3-N、TN的去除率呈顯著差異（P<0.05）。當(dāng)DO為3、4、5mg/L時，可保證池內(nèi)微生物在有足夠溶解氧的條件下對污水中有機物的氧化分解及氮的硝化，因此COD去除率分別達(dá)93.1%、94.4%和95.2%， NH3-N的去除率分別為98.9%、99.1%和98.9

5、%，這種情況也會促使內(nèi)回流混合液產(chǎn)生較高的溶解氧，從而影響了氧化溝缺氧區(qū)的溶氧濃度，使硝化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的NO3-N過多，導(dǎo)致TN去除率降低。當(dāng)DO濃度降低至2mg/L時，形成的缺氧環(huán)境使得反硝化得以順利進(jìn)行，TN的去除率由高DO水平（5mg/L）時的28.8%提升至48.1%。同時，在氧化溝的好氧段，關(guān)閉內(nèi)回流附近及曝氣沿程中部的一段曝氣區(qū)域時，同步硝化反硝化作用較充分，COD、NH3-N、TN的去除率分別達(dá)91.8%、77.6%和6

6、7.0%，污染物去除效能顯著優(yōu)于其它工況。
　　3）以中試試驗確定的最佳工況（HRT=12h，DO=2~3mg/L）進(jìn)行生產(chǎn)性試驗，規(guī)模為1.5萬 m3/d。研究結(jié)果表明，出水 SS、BOD5、CODcr、NH3-N、TN、TP均能較好的達(dá)到國家一級B標(biāo)準(zhǔn)，去除率分別為：96.25%、95.54%、90.54%、88.69%、54.6%、92.17%。NH3-N、TN的去除效果受低溫影響較大，水溫為13~15℃時， NH3-N和T

7、N的出水效果有所下降，分別達(dá)到3.95mg/L和15.96mg/L，但依然滿足國家（GB18918—2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)。
　　4）在生產(chǎn)性試驗中進(jìn)行了溶解氧的沿程、深度分布及氮的沿程遷移轉(zhuǎn)化研究。試驗結(jié)果表明，沿程方向上，當(dāng)缺氧池DO為0.2~0.5mg/L，主要發(fā)生反硝化作用， TN、NO3-N去除率分別為53.56%和69%。好氧池前段DO為1.65~2.95mg/L時，主要發(fā)生氨化作用和硝化作用，NH3-N濃度由5.25m

8、g/L下降到3.8mg/L，同時NO3-N的濃度沿程上升較快，由5.25 mg/L上升到11.34mg/L；好氧池后段，逐漸降低DO至1.5mg/L以下，由于反硝化作用的發(fā)生，TN和NO3--N濃度同時下降，并趨于穩(wěn)定，達(dá)到國家（GB18918—2002）一級 B標(biāo)準(zhǔn)。深度方向上，缺氧區(qū)深度從0.5m增加到3.5m時，DO濃度0.51mg/L降低為0.31mg/L，硝態(tài)氮濃度從9.913mg/L降低到9.375mg/L，氨氮濃度由8.7

9、63 mg/L升高到9.322 mg/L。好氧區(qū)深度從0.5m增加到3.5m時，DO由3.35mg/L降低到3.10 mg/L，硝態(tài)氮濃度從11.384mg/L降低到10.883mg/L，氨氮濃度從3.099mg/L上升到3.341mg/L。
　　5）利用微電極技術(shù)對污泥絮體微環(huán)境進(jìn)行了檢測。改良型卡魯塞爾氧化溝活性污泥系統(tǒng)中，污泥絮體結(jié)構(gòu)較為疏松，半徑約1~2mm。好氧池內(nèi)絮體從外至內(nèi)沿半徑方向，DO濃度由3.311 mg/L減

10、少至1.795 mg/L，降幅達(dá)50%，NH3-N濃度由3.8002 mg/L變?yōu)?.8003 mg/L，NO3--N濃度由11.7475 mg/L變?yōu)?1.7416 mg/L， NO2--N濃度基本維持在0.21 mg/L，差異不顯著。缺氧池內(nèi)絮體從外至內(nèi)沿半徑方向，DO濃度由0.690 mg/L減少至0.378 mg/L, NH3-N濃度由8.4011 mg/L變?yōu)?.4012 mg/L，NO3--N濃度由5.1578 mg/L變?yōu)?/p>

11、5.1542 mg/L，NO2--N濃度也始終維持在0.53 mg/L。三種形態(tài)的氮在好氧和缺氧條件下，絮體微環(huán)境中濃度差異均不大。由此可見，結(jié)構(gòu)疏松的污泥絮體微環(huán)境中，溶解氧沿絮體由外向內(nèi)的傳質(zhì)仍然較難，且DO不是導(dǎo)致氮形態(tài)差異的關(guān)鍵因素。
　　6）利用高通量測序技術(shù)對微生物種群進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，改良型卡魯塞爾氧化溝好氧池和缺氧池脫氮過程中，主要的共有優(yōu)勢菌門為變形菌門、浮霉?fàn)罹T、擬桿菌門、硝化螺菌門、放線菌門等，各菌門在好氧池中

12、所占比例分別為36.1%、7.0%、19.4%、0.48%和4.1%，在缺氧池中所占比例分別為36.6%、6.5%、18.7%、0.42%和3.6%。硝化螺菌門的存在使得NO2--N的產(chǎn)生受到抑制；缺氧池的微環(huán)境適合變形菌門微生物的生長，因此在缺氧池的污泥樣品中所占比例要高于好氧池，該門細(xì)菌的功能在缺氧池中主要體現(xiàn)為反硝化作用。好氧池與缺氧池主要的共有優(yōu)勢菌屬為暖繩菌屬、Dokdonella屬、出芽菌屬、生絲微菌屬、浮霉?fàn)罹鷮?，其在好?/p>