硫氰酸盐和喹啉对anammox颗粒污泥的抑制作用

发布时间：2020-10-31 04:15

　　 鉴于自养型厌氧氨氧化(anammox)脱氮工艺在焦化废水处理领域的应用前景,焦化废水中有毒物质势必影响其脱氮性能。本文首先探究了焦化废水中硫氰酸盐(SCN~-)对anammox工艺脱氮性能的短期和长期影响以及缓解策略,考察了SCN~-负荷冲击对anammox反应器脱氮性能的影响,探索了喹啉对anammox颗粒污泥的脱氮性能、颗粒特性的影响以及驯化策略。主要结论如下:(1)解析了SCN~-对anammox颗粒污泥的短期、长期影响以及缓解策略。批次试验中,比厌氧氨氧化活性(SAA)随着SCN~-的浓度和预暴露时间的增加而减小。改进的非竞争性抑制模型可较好地描述SCN~-对anammox颗粒污泥的剂量效应,急性暴露的半抑制浓度(IC_(50))为620.4 mg L~(-1)。在连续流试验中,随着进水SCN~-浓度从10 mg L~(-1)逐步增加到120 mg L~(-1),反应器的总氮去除率(NRE)能够稳定在83.0±7.82%。这种稳健性主要归因于anammox颗粒污泥经过长期驯化后具有的自适力。当SCN~-浓度增至130 mg L~(-1),反应器的NRE在两天内降低到57.1%。在SCN~-的胁迫下,anammox颗粒污泥的活性、沉降能力和血红素c(heme c)含量都明显降低,而胞外聚合物(EPS)的含量略微增加。短期试验表明,Fe(III)清洗对抑制后的颗粒污泥具有即时激活效果。受SCN~-抑制的anammox颗粒污泥冲洗24 h,SAA增加了19.9%。连续流试验中,Fe(III)具有屏蔽剂的作用。长期添加10 mg L~(-1) Fe(III)用来激活受SCN~-抑制的anammox颗粒污泥,SAA增加了17.4%。(2)评估了SCN~-和水力负荷单独冲击以及复合冲击对anammox工艺脱氮性能的影响。在SCN~-负荷冲击试验中,300 mg SCN~-L~(-1)冲击1.5或3 h时,反应器性能稳定;900 mg SCN~-L~(-1)冲击3 h时,出水中的NO_2~--N浓度最大值为65.4mg L~(-1)。SCN~-负荷冲击试验中,影响anammox脱氮性能主要因素是SCN~-浓度。在水力冲击试验,反应器对水力负荷冲击具有一定的承受能力,在第7和8组试验中SAA的损失率分别是9.2%和4.0%。水力冲击试验结果表明反应器处于功能冗余的状态,氮负荷(NLR)突然增加,反应器的性能立即恢复到正常水平。在复合冲击试验中,当900 mg SCN~-L~(-1)冲击3 h时,SAA的损失率最大,达到42.6%。随着冲击强度的增加,对anammox污泥活性的影响增强。冲击试验对anammox颗粒污泥的颗粒特性也有不同程度的影响。当300 mg SCN~-L~(-1),HRT 1.5h,冲击时间为3 h,heme c最大的损失率是22.7%。然而,EPS含量在冲击过程中有不同程度的增加,可能是anammox菌通过分泌更多的EPS来抵抗外界的干扰。(3)探究了喹啉对anammox颗粒污泥的短期、长期影响以及驯化策略。在批次试验中,研究了不同浓度的喹啉对anammox颗粒污泥活性的影响,并采用非竞争性抑制模型对污泥活性和喹啉浓度之间的剂量效应进行描述,得出在总氮浓度为200 mg L~(-1)时,喹啉对anammox颗粒污泥的IC_(50)为13.1 mg L~(-1);预暴露试验中,喹啉对anammox颗粒污泥的影响与污泥的代谢状态有关,亚硝酸盐和喹啉共存时加剧了污泥活性的衰减,该条件下暴露12 h,anammox颗粒污泥活性减小到64.5%。连续流试验中,当进水喹啉浓度为10 mg L~(-1),反应器的氮去除速率(NRR)三天内从2.5 kg N m~(-3) d~(-1)迅速降低到1.5 kg N m~(-3) d~(-1)。通过降低喹啉浓度和进水基质浓度,反应器NRR和NRE恢复到2.6 kg N m~(-3) d~(-1)和83.1%。而后通过逐渐增加喹啉浓度至10 mg L~(-1),反应器NRR和NRE分别维持在2.4±0.3 kg N m~(-3) d~(-1)和92.2±5.3%,表明驯化可以使anammox菌耐受10 mg L~(-1)的喹啉。在喹啉的长期胁迫下,anammox污泥的颗粒特性发生明显变化,其中EPS含量、heme c含量和粒径分别减少至60.4%、79.3%和77.9%,沉降速率则持续增加到108.5%。
【学位单位】：杭州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X784
【部分图文】：

化物和有机氮的形式存在。在生物处理过程中，大部分的有机氮、氰化物和硫化物转化成氨氮和其他无机氮。基于生物脱氮法的低运行成本等优势，焦化废中氨氮在一系列微生物作用下，发生生化反应转化为 N2等气体，从水中逸出被去除，进而实现含氮化合物的去除。在 20 世纪 70 年代，加拿大研究者提出采用全程硝化-反硝化生物脱氮技处理焦化废水。我国的焦化废水生物脱氮技术研究始于 20 世纪 80 年代末 90 年代初，并在 90 年代中期取得了成功，开发出用于焦化废水脱氮的 A/O、A2/O 工艺(刘翠萍等, 2016；高鹏等, 2016)。上述 A/O、A2/O 等工艺在上海宝钢、山薛城等焦化厂污水处理站的实际废水处理中取得了良好的处理效果（单明君等2007；高鹏等, 2016）。（1） A/O（缺氧-好氧）生物脱氮工艺A/O 工艺是将缺氧反硝化反应池置于该工艺之首，所以又称为前置反硝化物脱氮工艺。A/O 工艺有内循环和外循环两种形式。如图 1.1 和 1.2 所示。

图 1.2A/O（内循环）工艺流程Fig.1.2 Schematic diagram of A/O (internal circulation)A/O 外循环工艺是原废水先进入缺氧池，再流入好氧池，并将经好氧池硝后的混合液回流到缺氧池。在 O 段好氧池中，进行好氧硝化作用，硝化细菌NH4+-N 氧化成 NO3--N。在 A 段缺氧池中，发生反硝化作用，反硝化菌以有机为电子供体将 NO3--N 还原成氮气等气体，排放到大气中，同时实现有机物的除。A/O 内循环工艺是 A/O 工艺的改进型。缺氧段采用新型生物膜反应器，化段为悬浮污泥系统，回流采用内循环，即污泥回流到 O 段，而回流废水进入段。这样，克服了 A/O 外循环工艺活性污泥交替处于缺氧、好氧状态，致使泥活性受到氧气的抑制，并且运行过程中需要构建二沉池，增加占地和投资等本。A/O 工艺目前广泛用于焦化废水的脱氮处理。据唐丽贞等（1994）报道，

图 1.3A2/O 工艺流程Fig.1.3 Schematic diagram of A2/OA2/O 生物脱氮法处理焦化废水是切实可行的。Wang 等（2002）采用 A2/O工艺处理焦化废水，厌氧、缺氧和好氧段对 COD 去除率分别是 25、16 和 59%。Zhao 等（2009）通过试验发现，A2/O 生物膜反应器对焦化废水中 COD 和 NH4+-N的去除率分别是 89.8 ±1.2%和 99.5 ±0.7%。为了实际较好的出水水质，A2/O 通常与其它反应器相结合用于处理焦化废水（Wanget al., 2012; Zhao et al.,2010）。Wang 等（2012）用 A2/O-膜生物反应组合工艺处理焦化废水，得到最大 COD 和NH4+-N 的去除率分别 97.4%和 92.8%，出水 COD 和 NH4+-N 的浓度最小达到 71mg L-1和 9.6 mg L-1。（3）序批式活性污泥法生物脱氮工艺目前，我国多座污水处理厂采用序批式活性污泥法（SBR）工艺处理城市生活污水和工业废水的混合污水，处理效果较好（王业耀等, 2002；周少奇等, 2008）。
【参考文献】

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本文编号：2863431