回流比对干清粪养猪废水微氧处理系统效能的影响及机制

发布时间：2020-05-19 16:37

【摘要】：干清粪养猪废水具有高氨氮(NH_4~+-N)和低碳氮比的特征,生物脱氮是其处理的关键和难点问题。在前期研究中,先后开发了升流式微氧污泥床反应器(UMSR)和升流式微氧生物膜反应器(UMBR),培育出以厌氧氨氧化(ANAMMOX)为主要途径的生物脱氮系统,实现了干清粪养猪废水的碳氮高效同步去除。然而,ANAMMOX功能菌群的富集和培养十分缓慢,而较高的回流比使得UMSR和UMBR的处理不够经济。为更加经济地处理干清粪养猪废水,本文对闲置2个月的UMSR和UMBR进行了重新启动,并研究了回流比降低对这两个微氧处理系统的微生物群落结构、主要污染物去除效能和现实脱氮途径的影响,以期为UMSR和UMBR调控运行提供理论指导和技术支撑。UMSR和UMBR系统重新启动并分别运行55 d和53 d后,均达到了稳定运行状态,其NH_4~+-N去除率分别高达95.6%和96.5%,总氮(TN)去除率也都稳定在88.1%和91.7%左右。通过高通量测序分析,发现UMSR和UMBR系统中均存在大量的氨氮氧化菌群(AOB)、亚硝酸盐氧化菌群(NOB)、反硝化菌群以及ANAMMOX菌群,说明系统中存在多种脱氮途径。通过相关生化反应的计量数计算和分析,发现ANAMMOX对UMSR和UMBR系统TN去除率的贡献最低也分别达到了66.67%和64.33%,表明UMSR和UMBR系统已经恢复并保持了以ANAMMOX为主的脱氮机制。通过出水回流比由20:1分阶段降低为5:1的调控运行,发现UMSR系统在回流比为15:1时具有最佳的NH_4~+-N和TN去除率,分别达到98.1%和93.4%。在回流比由25:1分阶段降低为15:1的过程中,UMBR系统的脱氮效能呈现逐渐下降趋势。在回流比为15:1的稳定运行阶段,UMBR系统保持了良好的脱氮效率,对NH_4~+-N和TN的去除率分别为89.4%和82.4%。对比分析发现,在相同运行条件下,UMSR系统拥有更好的处理效能。微生物群落和功能菌群的分析结果表明,随着回流比的降低,UMSR和UMBR系统中的Alpha多样性变化显著,异养反硝化、自养反硝化、硝化以及ANAMMOX等脱氮功能菌属的相对丰度随着运行条件的改变而出现升高或降低。对于UMSR系统,在回流比为15:1条件下,其ANAMMOX和AOB菌属的代谢活性最强,系统的脱氮效能也最好;而UMBR系统,随着回流比的阶段性降低,系统中ANAMMOX和AOB菌属的代谢活性逐渐受到抑制,ANAMMOX途径对系统TN去除率的贡献率随之下降。
【图文】：

相对丰度,菌属,重新启动,活性污泥

哈尔滨工业大学理学硕士学位论文系统中检测到 AOB 和 NOB，说明第 1 阶段硝化菌群富集成功且在第 2 阶段呈现出较高的 NH4+-N 去除率（图 3-2 a）。文中 3.1.2 的现象说明系统的 ANAMMOX脱氮途径得以恢复且对 TN 的去除发挥了重要作用，系统中检测到 ANAMMOX菌则进一步证明系统中存在 ANAMMOX 脱氮途径。DO 水平低于 1 mg/L 的条件更有利于 AOB 对 NH4+-N 的氧化，而抑制 NOB 的生长代谢[101]，所以在 DO浓度为 0.57 mg/L 的 UMSR 系统中，经过低 DO 浓度条件的长期选择驯化，，系统中的 AOB 相对丰度高于 NOB，系统中的 NH4+-N 更多的转化为 NO2--N，为ANAMMOX 脱氮途径提供底物。ANAMMOX 菌群、硝化菌群以及反硝化菌群的出现也表明系统中存在 ANAMMOX、全程硝化反硝化过程或短程反硝化过程等多种脱氮途径，使反应器呈现出 88.1%的 TN 去除率（图 3-2 b）。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X713

【参考文献】