游離氨(FA)對硝化菌活性的抑制影響試驗研究.pdf

1、生物脫氮硝化作用主要涉及兩類獨立的菌群（氨氧化菌 AOB和亞硝酸鹽氧化菌NOB），利用兩類細(xì)菌生理特性的差異，可以有效將硝化作用控制在亞硝化階段，從而實現(xiàn)水體氮的高效經(jīng)濟去除。其中，游離氨（FA）和曝氣時間（t）是短程硝化實現(xiàn)及穩(wěn)定運行的重要影響因素。大量研究表明，F(xiàn)A對AOB和NOB同時存在抑制作用，但相對AOB，NOB對FA的抑制更加敏感；而曝氣時間在對硝化效果及硝化效率影響的同時，還對硝化類型具有重要影響。為深入研究FA和曝氣時間

2、對生物脫氮過程中硝化菌活性的影響，本研究采用SBR小試工藝，分別從FA協(xié)同三種不同曝氣時間、FA對AOB抑制的動力學(xué)以及FA對NOB活性的抑制可逆性三方面考察了硝化菌活性的變化和反應(yīng)系統(tǒng)硝化類型的轉(zhuǎn)變。
　　為考察不同曝氣時間（實時控制、提前30min停曝氣、延遲30min停曝氣）下FA對硝化性能的長期影響，試驗采用三個平行的SBR反應(yīng)器，分別在不同 FA濃度梯度（FA=0.5，5，10mg/L）下，基于氮去除效果、反應(yīng)速率變化、

3、硝化類型轉(zhuǎn)變、硝化菌活性變化等方面，研究了FA協(xié)同不同曝氣時間對SBR的硝化性能的影響。主要獲得以下結(jié)論：
　?。?）在設(shè)定進(jìn)水FA濃度梯度下，RAhead、RExact和RExceed系統(tǒng)均可發(fā)生較好的生化作用。出水COD平均值均低于50mg/L，出水NH+4-N濃度與曝氣時間有很大關(guān)系，RAhead、RExact和RExceed系統(tǒng)出水NH+4-N濃度平均值分別為21.4、0.9和0.8mg/L。
　?。?）利用RExa

4、ct系統(tǒng)中DO和pH曲線上五個特征點可以有效掌握硝化反應(yīng)的進(jìn)行和準(zhǔn)確把握硝化終點，避免提前停曝氣和過曝氣的發(fā)生，同時 RExact系統(tǒng)實時控制也是RAhead和RExceed系統(tǒng)長期運行的重要時間依據(jù)。
　?。?）FA對RExact、RAhead和RExceed系統(tǒng)硝化類型的轉(zhuǎn)變具有重大影響。當(dāng)FA濃度提升至10mg/L左右時，3個系統(tǒng)均發(fā)生硝化類型的轉(zhuǎn)變。但由于曝氣時間差異的長期影響，實現(xiàn)短程硝化的快慢及短程硝化實現(xiàn)后的穩(wěn)定性存

5、在顯著差異，RAhead、RExact和RExceed系統(tǒng)分別在56、62和72周期實現(xiàn)短程硝化，而短程硝化實現(xiàn)后穩(wěn)定性最好的是RExact系統(tǒng)，最差的是RExceed系統(tǒng)。FA是短程硝化實現(xiàn)的最關(guān)鍵因素，而提前停曝氣協(xié)同F(xiàn)A抑制有助于更快實現(xiàn)短程硝化，過曝氣是短程硝化實現(xiàn)的不利因素。
　?。?）FA對RAhead、RExact和RExceed系統(tǒng)硝化菌活性具有重大影響。隨著FA濃度的提升，AOB活性逐漸增大，而NOB活性先逐漸增

6、大（FA為0.5、5.0mg/L）后減小，且最終被完全抑制（FA為10.0mg/L），NOB活性被抑制是實現(xiàn)短程硝化的根本原因。
　?。?）隨著FA濃度的提升，RAhead、RExact和RExceed系統(tǒng)污泥SV、SVI均呈逐漸降低趨勢，但在FA濃度為10mg/L左右時，三種生化系統(tǒng)污泥沉降性相差較大，其中RExact系統(tǒng)污泥沉降性最好，RAhead系統(tǒng)最差。
　　為了考察FA對3種短程硝化污泥（SAhead、SExact

7、和SExceed）中AOB活性的抑制影響，以模擬生活污水為試驗用水，通過周期性提高FA濃度協(xié)同限時曝氣（4h）的方法，基于氮去除和硝化速率求解的基礎(chǔ)上重點研究了FA對 AOB活性抑制的動力學(xué)影響。主要獲得以下結(jié)論：
　?。?）受FA抑制的短期影響，SAhead、SExact和SExceed污泥系統(tǒng)NH+4-N去除和NO-2-N產(chǎn)生量變化明顯。3種短程硝化污泥系統(tǒng)NH+4-N去除量均隨FA濃度增大而增加。ARE呈現(xiàn)出明顯的分段變化規(guī)

8、律。NO-2-N產(chǎn)生量隨FA濃度的提升先快速增大后緩慢降低，SAhead、SExact和SExceed污泥系統(tǒng)的NO-2-N產(chǎn)生量最大值分別為110.2、82.9和72.8mg/L。
　?。?）整個FA濃度階段，SAhead、SExact和SExceed系統(tǒng)SAOR和SNiPR的變化呈現(xiàn)出較大差異，在高FA濃度短程硝化系統(tǒng)中，SNiPR的變化更適合表征AOB活性受FA抑制程度的影響。高FA濃度條件下會出現(xiàn)FA逃逸，F(xiàn)A逃逸速率在不

9、同F(xiàn)A濃度階段呈不同線性相關(guān)。當(dāng)FA=711mg/L時，F(xiàn)A逃逸量高達(dá)65.9mg/(L·h).
　?。?）Luong模型和Han-Levanspiel模型均不適合描述SAhead、SExact和SExceed污泥中FA對AOB活性的抑制影響，Edwards（2）模型不適合SAhead和SExceed污泥。其它三種模型相比，Haldane模型中rmax與實際值相差較大，但Ks較接近真實值。
　　為了考察 FA對 NOB活性抑

10、制的可逆性，以配水試驗的方法，在較高FA濃度（4.5mg/L左右）實時控制條件下實現(xiàn)半短程的基礎(chǔ)上（NiAR為50％左右），基于NH+4-N去除特性、氮轉(zhuǎn)化及NiAR變化等方面，重點研究了不同F(xiàn)A濃度耦合不同曝氣時間（實時控制、過曝氣）對硝化菌活性及菌群結(jié)構(gòu)的影響。主要獲得以下結(jié)論：
　?。?）通過提高進(jìn)水NH+4-N濃度以提升FA的方式，可快速實現(xiàn)短程硝化。較高FA濃度（3.5mg/L）協(xié)同實時控制可實現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化；

11、　?。?）高FA（3.4mg/L）過曝氣條件下，NO-2-N在NOB作用下會向NO-3-N轉(zhuǎn)化，造成NiAR的逐步下降。但在硝化結(jié)束時，系統(tǒng)仍然能夠維持較高的NiAR。高FA濃度過曝氣條件下，短程硝化并未遭到實質(zhì)性的破壞。高FA抑制是維持過曝氣條件下短程硝化不被破壞的最關(guān)鍵因素；而過曝氣是導(dǎo)致高FA濃度下系統(tǒng)NiAR下降的直接原因。
　?。?）解除 FA抑制后，在實時控制條件下系統(tǒng)仍能維持原有的短程硝化，表現(xiàn)出FA對NOB活性抑制

12、的不可逆性；解除FA抑制后，過曝氣條件下對短程硝化穩(wěn)定性有一定的破壞作用，但不同系統(tǒng)其破壞程度差別明顯，NOB活性是否可逆取決于原有短程硝化系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。高FA實時控制條件下實現(xiàn)的短程硝化與高FA過曝氣條件下實現(xiàn)的短程硝化相比，前者NOB活性抑制更完全，NiAR更高，解除FA抑制后過曝氣條件下，前者短程穩(wěn)定性明顯高于后者。
　?。?）FA抑制解除后，不同運行溫度（常溫：22.5±1.0℃，低溫：15.1±3.0℃）條件下，NOB