序批式反应器短程硝化和半量亚硝化影响因素探究

发布时间：2020-07-05 03:24

【摘要】：近年来,随着污水排放标准的逐渐提高,新型生物脱氮技术成为水环境处理领域研究热点。如何利用氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)的不同代谢特征,实现对NOB的抑制作用,完成生物处理系统内亚硝酸盐不同程度的积累,往往是新型生物脱氮工艺开发的核心问题。稳定实现生物处理系统的亚硝酸累积,受制于溶解氧(DO)、游离氨(FA)、温度(T)等因素,这些因素之间相互影响、相互制约。本研究利用序批式反应器(SBR),接种普通活性污泥,通过改变温度、游离氨浓度、溶解氧浓度以及反应器的运行方式,达到抑制NOB、实现AOB竞争优势目的,实现低氨氮负荷条件下系统的短程硝化和半量亚硝化,探索系统快速启动和长期稳定运行工艺条件。并通过高通量测序分析系统的微生物群落结构特征,探索工艺运行效果和微生物群落之间的内在联系。本研究的主要实验结果如下:(1)在进水氨氮浓度为50mg/L,HRT=12h,进水pH为7.5,系统溶解氧浓度2~3mg/L条件下,SBR反应器运行4d即可完成对低氨氮浓度进水的全程硝化,系统无亚硝态氮积累,最高氨氮去除率为97%。(2)提高进水氨氮浓度为200mg/L,室温环境(25±2℃),pH为7.5~8.2,DO浓度为1~2mg/L,水力停留时间(HRT)为22h,运行21天完成短程硝化的启动,氨氮氧化率为98%,亚硝态氮积累率为90%,此阶段FA和DO对NOB的抑制强度为FADO。(3)降低进水氨氮浓度到50mg/L,同时不断降低DO浓度,短程硝化稳定运行41天,氨氮氧化率和亚硝态氮积累率都在92%以上;短程硝化运行期间出现新型的亚硝态氨氧化菌Nitrotoga,但Nitrosomonas为系统优势菌属;Nitrosomonas含量远远大于Nitrotoga,这是实现短程硝化的本质原因。(4)长期低溶解氧浓度成为破坏短程硝化的主要原因。长期低DO浓度运行条件下,由于Nitrospira数量远远大于Nitrosomonas,使得反应器运行到65天后短程硝化被彻底破坏,转化为全程硝化,出水硝态氮浓度为27mg/L,出水氨氮浓度基本维持在2mg/L。(5)进水氨氮浓度50 mg/L的左右,微量曝气3 h(DO在0.5~0.8 mg/L),搅拌3 h(ORP在54~150 mv),曝气和搅拌交替运行,出水pH维持在7.5以上,HRT为20 h和温度在25~30℃条件下,成功启动半量亚硝化。(6)在其他操作条件不变的情况下,温度降低到20℃和低溶解氧运行条件下,反应系统中出现Nitrotoga的增殖,Nitrosomonas丰度下降明显,逐渐失去竞争优势,导致半量亚硝化被破坏,最终变为全程硝化。(7)在系统实现短程硝化和半量亚硝化过程中,均发现系统对总氮有一定的去除率。在进水缺乏有机碳源条件下,一方面自养微生物产生PS和PN后被异养微生物作为反硝化碳源利用,实现系统总氮的去除,另一方面也不排除系统内可能存在好氧反硝化、厌氧氨氧化等生物脱氮途径。本课题的研究结果,对于提高低总氮、低C/N比污水的生物脱氮效果,具有积极意义。特别对于生活污水,能够稳定实现系统的半量亚硝化,对于降低污水处理能耗、提高系统脱氮效率,以及开发出新型生活污水处理工艺组合,具有重要意义。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：

中国生态环境,污染指标

地改变了全球氮循环，大量的氮素化合物（如氨氮、亚硝酸盐、硝酸然水体中导致诸多环境污染问题，例如水体富营养化等[3, 4]，而且这些负荷不仅对水体环境产生影响还会对大气环境产生一定破坏，如产生一温室气体一氧化二氮(N2O)，并破坏平流层中的臭氧[5]，此外，摄入高及硝酸盐浓度水可能会导致婴儿产生血红蛋白血症，并增加致癌物质亚成[6]，这些无疑对各行业的发展造成了严重的影响，对人类身体健康产对经济造成巨大损失。据中国生态环境部 2018 年全国地表水水质月报显示，12 月全国共监地表水国考断面（点位）中Ⅲ类以下的水质断面占 25.8%，其中在所有标中氨氮有着最高的超标断面个数 180 多个（图 1-1）；12 月对 46 个状态的监测中营养状态及其以上占 91.3%（图 1-2），可见我国的氮素依然严峻。此外，由于水资源短缺，这些受污染的水资源必须作为饮用以利用，传统的饮用水处理工艺已经不能有效去除被污染地表水中过量起的污染物。因此，近年来针对过量氮素引起环境污染问题的解决进行究。

中国生态环境,指数,物化法,生物法脱氮

图 1-2 2018 年 12 月重要湖泊营养状态指数比较（中国生态环境部，2018）Fig.1-2 Comparison of nutritional status index of important lakes in December2018(China Ministry of Ecology and Environment,2018).2 废水脱氮技术针对氮素对水体污染问题，控制生活和生产中产生氮素污染物进入自然水体必要的。为达此目的让污水通过污水处理设施，处理达标后再排放到自然水体，通过行业人员不断研究，现已发展大批废水脱氮技术，主要包括物化法和生法，物化法主要包括磷酸氨镁沉淀法、吹脱（气提）法、折点加氯法和离子交法。与物化法相比，生物法脱氮更为环境友好和经济有效，已广泛应用于工程践中[7]。.2.1 生物法脱氮原理化石燃料的燃烧、合成肥料的使用、工业的生产、城镇居民的生活、集中式殖业的发展等等所产生的污水产生了大量活性氮；主要包括有有机氮（蛋白质、素、氨基酸等）、氨氮、亚硝态氮、硝态氮，而有机氮很容易被微生物通过氨

【参考文献】