生物預(yù)處理協(xié)同強(qiáng)化過(guò)濾去除氨氮的效果和群落結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、以佛山市東平河水源作為試驗(yàn)原水，氨氮NH3-N濃度為2.5~3.5mg/L，進(jìn)行生物預(yù)處理協(xié)同強(qiáng)化過(guò)濾去除氨氮的效果和群落結(jié)構(gòu)分析的試驗(yàn)研究。以懸浮填料為生物載體，納米氧化鐵改性砂（Nano-Modified Sand，以下簡(jiǎn)稱“NMS”）為濾料，研究生物預(yù)處理反應(yīng)器（以下簡(jiǎn)稱“反應(yīng)器”）對(duì)氨氮等微污染物的處理效果、生物群落的演變過(guò)程；將反應(yīng)器與以生物納米氧化鐵改性砂濾柱（Bio-Nano-Modified Sand，以下簡(jiǎn)稱“BNMS

2、”）聯(lián)合（以下簡(jiǎn)稱“聯(lián)合工藝”），研究聯(lián)合工藝對(duì)氨氮的去除效果，確定聯(lián)合工藝的最佳運(yùn)行參數(shù)及其對(duì)氨氮的最大耐受濃度。結(jié)果表明：
　?。?）生物穩(wěn)定掛膜期為10天，填料表面生物量90~100ugTOC·(cm3填料)-1，掛膜初期生物活性比穩(wěn)定期的要強(qiáng)，比氧攝取速率（Specific Oxygen Uptake Rate，SOUR）分別為12.20、10.39(mg O2·cm3填料)/(mgTOC·L·h)，填料上生物相主體為菌膠

3、團(tuán)。
　?。?）當(dāng)氨氮濃度為2.5~3.5mg/L時(shí)，穩(wěn)定期反應(yīng)器對(duì)氨氮、濁度、TOC、UV254與 TN的去除率分別為70％~80%、40%~50%、10%~15%、30%~35%和5%~10%。反應(yīng)器出水中顆粒表面Zeta電位值-13.38mV（進(jìn)水：-16.42mV），顆粒粒徑峰值295.3nm（進(jìn)水：538.3nm）。反應(yīng)器抗氨氮沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)。將進(jìn)水 NH3-N濃度增加2倍，預(yù)處理率仍為75%±5%。
　?。?）

4、試驗(yàn)中各樣本的序列覆蓋率均在99%以上。四個(gè) Alpha多樣性指數(shù)（ACE指數(shù)、Chao1指數(shù)、Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)）與反應(yīng)器對(duì)NH3-N、TOC、UV254去除效果之間的相關(guān)性均較高，相關(guān)性系數(shù)R2分別為（0.7489、0.7014、0.7888）、（0.8949、0.7827、0.867）、（0.669、0.8372、0.73）、（0.7492、0.9077、0.8108）。
　?。?）經(jīng)含氨氮的微污染水培養(yǎng)

5、后，反應(yīng)器由單一菌種體系（以Proteobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes為主要菌門(mén)）演變?yōu)榫N比例較為均衡的復(fù)雜體系（包含原單一菌種，以及Planctomycetes、Candidatus Saccharibacteria、Acidobacteria、Actinobacteria等17個(gè)菌門(mén)），共同完成對(duì)NH3-N、TOC、UV254、濁度的去除（去除率分別為70~80%、10~15%、30~35%、4

6、0~50%）。
　?。?）增設(shè)生物預(yù)處理反應(yīng)器，可降低混凝劑投加量（從15mg/L至9mg/L），提高混凝沉淀對(duì)濁度、氨氮的去除效果，分別從90.85%、20.07%增加至98.12%、23.94%；縮短了BNMS表面生物膜成熟時(shí)間3天，提高了BNMS強(qiáng)化過(guò)濾氨氮的去除率12.73%，延長(zhǎng)了濾柱的過(guò)濾時(shí)間18h。
　?。?）水力停留時(shí)間對(duì)反應(yīng)器去除氨氮效果的影響最顯著，填充率和氣水比對(duì)其處理效果影響次之。反應(yīng)器的最佳運(yùn)行工況

7、為：填充率為20%，水力停留時(shí)間為3h，氣水比為1.5：1。最佳工況下，反應(yīng)器對(duì)氨氮的去除率最高（可達(dá)81.99%）。
　?。?）生物預(yù)處理與BNMS強(qiáng)化過(guò)濾聯(lián)合工藝的最佳工況為：填充率為12.5%，氣水比1:1，水力停留時(shí)間為2h，濾速為6m/h。最佳工況下的氨氮去除率、出水氨氮濃度、產(chǎn)水量分別為：93.53%、0.17mg/L、120L/h。
　?。?）經(jīng)生物預(yù)處理反應(yīng)器、混凝沉淀工藝、BNMS過(guò)濾工藝后，顆粒數(shù)去除率分

8、別為30.19%、62.85%、98.18%，BNMS對(duì)小粒徑顆粒（2~7μm）有顯著的截留效果。生物預(yù)處理反應(yīng)器出水中的菌落個(gè)數(shù)濃度比進(jìn)水時(shí)的菌落個(gè)數(shù)濃度增加了84CFU/mL，濾后水菌落個(gè)數(shù)濃度為30 CFU/mL，滿足飲用水水質(zhì)要求（100 CFU/mL）。
　?。?）硝化反應(yīng)主要在濾柱中上部55cm濾層內(nèi)進(jìn)行。在濾柱的濾層深度55cm處， NH3-N、NO2--N、 NO3--N濃度均達(dá)到穩(wěn)定。
　　（10）在最佳濾

9、速6m/h條件下，聯(lián)合工藝對(duì)不同濃度氨氮的抗沖擊能力不同：當(dāng)氨氮濃度小于7.5mg/L時(shí)，可選擇填充率12.5%，水力停留時(shí)間2h，氣水比1:1，濾速6m/h；當(dāng)氨氮濃度為7.5~11.0mg/L時(shí)，可選擇填充率20%，水力停留時(shí)間3h，氣水比1.5:1，濾速6m/h。聯(lián)合工藝（填充率12.5%，水力停留時(shí)間2h，氣水比1:1，濾速6m/h）在低氨氮負(fù)荷條件下運(yùn)行數(shù)天后，迅速提高氨氮濃度至較高值（2.5~3.5mg/L），可以較快恢復(fù)氨