UASB-MBR工藝短程硝化-同時(shí)甲烷化反硝化研究.pdf

1、在能源緊缺，全球氣候變暖的情況下，節(jié)能減碳和高效的污水治理技術(shù)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)與重點(diǎn)。本研究采用UASB-MBR組合工藝系統(tǒng)試圖在實(shí)現(xiàn)同時(shí)有機(jī)碳與氮去除的前提下，最大化保證厭氧產(chǎn)甲烷的功能，目的在于為新加坡新生水廠提供可靠的進(jìn)水來(lái)源，同時(shí)也為低濃度市政污水處理開(kāi)辟一條高質(zhì)、高效、產(chǎn)能的新路徑。 本研究中，MBR被選為UASB出水的后處理設(shè)施，在保障高效穩(wěn)定的出水質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)污水中NH4+-N的氨氧化-硝化過(guò)程；而前置的

2、UASB系統(tǒng)既要實(shí)現(xiàn)水體中反硝化的去除氮的功能，又要最大限度的保證UASB產(chǎn)甲烷的優(yōu)勢(shì)。鑒于甲烷化與反硝化是由兩類相互獨(dú)立的厭氧微生物完成，并且反硝化的底物以及中間產(chǎn)物對(duì)甲烷化有較大的抑制與毒害作用。因此，在組合系統(tǒng)操作前，首先采用批試驗(yàn)的方法研究反硝化對(duì)甲烷化的抑制作用和甲烷菌的適應(yīng)能力。試驗(yàn)結(jié)果顯示：當(dāng)?shù)孜镏械腘O2--N濃度高于15mg/L時(shí)，能對(duì)有機(jī)碳的降解速率產(chǎn)生一定的抑制作用；而當(dāng)以NO3--N為反硝化底物時(shí)，顯著的抑制作用

3、發(fā)生在底物濃度高于60mg/L時(shí)；NO2--N比NO3--N對(duì)厭氧條件下有機(jī)碳的降解具有更強(qiáng)的抑制作用。但是以NO2--N為底物的反硝化過(guò)程具有較快的反應(yīng)速率，相對(duì)抑制作用時(shí)間短，且對(duì)于環(huán)境pH和溫度的適應(yīng)范圍更廣。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證同時(shí)甲烷化/反硝化的長(zhǎng)期穩(wěn)定性與可行性，本試驗(yàn)中以不同濃度的反硝化底物NO2--N為代表，進(jìn)行了長(zhǎng)期抑制或適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果顯示：在較低的NO2--N濃度條件下，厭氧系統(tǒng)能夠很好的實(shí)現(xiàn)有機(jī)碳與氮去

4、除，并且甲烷的產(chǎn)生與回收利用僅受到較小的影響；而在較高NO2--N濃度條件下，盡管有機(jī)碳與氮的去除效率不變，但是產(chǎn)生的氣體中以N2為主，破壞了厭氧產(chǎn)能的功能。DGGE指紋圖譜也證明高NO2--N濃度條件下，系統(tǒng)中菌群分布以及優(yōu)勢(shì)菌群發(fā)生了顯著的變化。因此，要想在厭氧系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)反硝化的同時(shí)回收利用甲烷，就只能在相對(duì)較低的NO2--N濃度下進(jìn)行，換言之，這種脫碳、脫氮、產(chǎn)能的一體化過(guò)程只適用于處理低氮負(fù)荷的廢水。 因此，UASB-

5、MBR組合工藝的操作適用于低濃度生活污水處理，不同運(yùn)行條件的調(diào)查結(jié)果顯示：隨著循環(huán)比從50％增加到800％的過(guò)程中，TN的去除效率從48.1％增加到82.8％；在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較高的有機(jī)碳與氮去除的同時(shí)，甲烷生成沒(méi)有因?yàn)榉聪趸囊攵艿斤@著的影響，這主要是系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了短程硝化反硝化的結(jié)果，在確保較低碳源競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)，縮短了對(duì)甲烷菌的抑制時(shí)間；但當(dāng)循環(huán)比從400％增加到800％時(shí)，TN的去除效率僅輕微增加，較大的上流速率和較高的DO條件卻破壞了

6、UASB系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此建議根據(jù)進(jìn)水中氮含量將循環(huán)比控制在200-400％之間能夠達(dá)到比較滿意的效果。同時(shí)，研究了MBR中曝氣強(qiáng)度對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性的影響：在較低的曝氣速率條件下，能夠維持系統(tǒng)中較高的甲烷產(chǎn)量，但是較低的硝化速率抑制了系統(tǒng)中TN的去除表現(xiàn)；在曝氣速率高于2.5L/min時(shí)，系統(tǒng)中TN去除能夠達(dá)到80％，并且UASB中存在的部分好氧菌，對(duì)厭氧環(huán)境起到了一定的保護(hù)作用，使得甲烷的產(chǎn)生量隨著DO濃度的升高僅輕微的降低。因

7、此，在控制適當(dāng)?shù)难h(huán)比和曝氣強(qiáng)度的條件下，這種技術(shù)在處理生活污水中是可行的，在完成有機(jī)碳與氮去除的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了甲烷氣的回收利用，并且系統(tǒng)污泥產(chǎn)量較低，后處理費(fèi)用降低。 經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：這種伴隨著甲烷產(chǎn)生的高氮去除過(guò)程主要是由于系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了短程硝化反硝化。MBR中NO2--N的累積現(xiàn)象主要是由于活性污泥混合液在厭氧與好氧環(huán)境下的內(nèi)循環(huán)模式，較高的pH值以及較低的C/N比加速了對(duì)硝酸鹽氧化菌(NOB)的抑制和淘洗作用而實(shí)現(xiàn)的，

8、從而使UASB-MBR組合工藝在處理低濃度生活污水中實(shí)現(xiàn)了高出水質(zhì)量、高處理效率和較高的甲烷能源回收。 最后，針對(duì)本UASB-MBR組合工藝中MBR的膜污染形成過(guò)程、膜污染物主要成份以及膜污染控制方法進(jìn)行了初步的研究與探討，結(jié)果顯示：該運(yùn)行條件下MBR的膜污染速率較高，幾乎呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，膠體粒子和溶解性有機(jī)物，尤其是分子量與膜孔徑相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)，比大的污泥絮體更容易沉積到膜表面，形成過(guò)濾凝膠層，加速膜污染進(jìn)程：同時(shí)注意到當(dāng)懸浮液