基于硫化物硝酸菌抑制的城市污水單級(jí)自養(yǎng)脫氮工藝研究.pdf

1、氮污染源向自然水體中肆意地排放，造成水中氧氣缺失，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)水體水質(zhì)和水中水產(chǎn)類造成嚴(yán)重的威脅，而人類活動(dòng)是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。城市生活污水的污染比重變得越來越突出，污水排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，而傳統(tǒng)的處理工藝普遍存在著能耗高、效率低以及運(yùn)行不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，因此，開發(fā)低碳脫氮工藝，在實(shí)現(xiàn)高效脫氮的同時(shí)降低水處理能耗，對(duì)于污水處理的穩(wěn)步發(fā)展有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　單級(jí)自養(yǎng)脫氮工藝被認(rèn)為是可持續(xù)的污水處理工藝，指在單個(gè)反應(yīng)

2、器內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)短程硝化和厭氧氨氧化的脫氮過程。亞硝化菌先將部分NH4+-N氧化為NO2--N，消耗氧氣，形成厭氧氨氧化菌所需的厭氧環(huán)境，厭氧氨氧化菌再利用生成的NO2--N和剩余NH4+-N合成氮?dú)?，從而達(dá)到氮脫的目的。與傳統(tǒng)脫氮工藝相比，單級(jí)自養(yǎng)脫氮工藝可以在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)生物脫氮，節(jié)約占地面積和設(shè)備費(fèi)用，同時(shí)降低能耗，且不需添加有機(jī)碳源。針對(duì)單級(jí)短程硝化/厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮工藝的研究，主要集中在污泥消化液和垃圾滲濾液等高氨氮廢水的處

3、理中，而對(duì)于低氨氮城市污水方面的研究鮮見報(bào)道。本項(xiàng)研究將以實(shí)際生活污水為處理對(duì)象，圍繞單級(jí)自養(yǎng)脫氮工藝目標(biāo)菌種的馴化與富集、分階段投加硫化物策略對(duì)抑制硝酸菌實(shí)現(xiàn)單級(jí)自養(yǎng)脫氮的可行性、非外加曝氣條件下的微氧單級(jí)自養(yǎng)脫氮效能及HRT對(duì)微氧單級(jí)自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)的影響開展研究。
　　經(jīng)過約30d的培養(yǎng)，短程硝化污泥的脫氮性能良好，馴化結(jié)束后，出水NH4+-N濃度為2.1 mg/L，NO2--N為26.1 mg/L，硝態(tài)氮長(zhǎng)期低于檢測(cè)下限，亞硝

4、化累積率高達(dá)97.7％，并且從顯微鏡下發(fā)現(xiàn)大量原生動(dòng)物;厭氧氨氧化菌富集穩(wěn)定階段氨氮和亞硝態(tài)氮的去除率分別為90.7％和96.1％，試驗(yàn)?zāi)┢诘牡?fù)荷和氮去除負(fù)荷分別為8.9 kg/m3/d和8.3 kg/m3/d，氨氮去除量、亞硝態(tài)氮去除量和硝態(tài)氮生成量之比為1∶1.31∶0.39;單級(jí)自養(yǎng)耦合運(yùn)行階段，由于未對(duì)NOB采取任何抑制措施，體系向全程硝化轉(zhuǎn)變，出水硝態(tài)氮高達(dá)15.34 mg/L，NO3--N生成/NH4+-N去除大部分時(shí)間大

5、于0.9。
　　針對(duì)前期試驗(yàn)中外循環(huán)SBR反應(yīng)器(ECSBR)中NOB的活性抑制問題，采用分階段投加硫化物的策略，從而成功抑制了NOB的活性，實(shí)現(xiàn)了城市污水單級(jí)短程硝化/厭氧氨氧化自養(yǎng)生物脫氮。出水氨氮為3.78 mg/L，氨氮去除率為88.4％，氮去除負(fù)荷為66.8g/m3/d。在投加硫化物前，系統(tǒng)氮轉(zhuǎn)化途徑以全程硝化為主，出水硝酸鹽為13～22mg/L，生成硝態(tài)氮與去除氨氮比值＞0.9。在投加硫化物后，NOB的活性受到了抑制，

6、出水硝酸鹽降為4.18 mg/L，生成硝酸鹽與去除氨氮比值平均為0.17。體系中大量的氮以氮?dú)獾男问奖蝗コ歼M(jìn)水氮的65.4％。氮轉(zhuǎn)化途徑由全程硝化向短程硝化/厭氧氨氧化耦合脫氮轉(zhuǎn)化。研究還表明硫化物對(duì)于體系NOB的抑制是可逆的，停止投加硫化物后，NOB的活性又重新恢復(fù)，因此，分階段投加硫化物能保證反應(yīng)過程中對(duì)NOB的持續(xù)抑制作用。
　　為了維持系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，并減少曝氣動(dòng)能的損耗，節(jié)約運(yùn)行成本，在好氧單級(jí)自養(yǎng)脫氮的基礎(chǔ)上，

7、逐漸降低反應(yīng)器中的溶解氧，最終實(shí)現(xiàn)非外加曝氣條件下微氧單級(jí)自養(yǎng)脫氮體系，出水氨氮平均濃度為0.9 mg/L，亞硝態(tài)氮為2.9 mg/L，NO3--N生成/NH4+-N去除平均為0.27。
　　HRT決定了實(shí)際工程中反應(yīng)構(gòu)筑物大小、出水水質(zhì)和運(yùn)行耗能等關(guān)鍵參數(shù)，在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定微氧運(yùn)行工況的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察不同HRT對(duì)微氧單級(jí)自養(yǎng)脫氮體系脫氮效能。當(dāng)HRT分別為8h、6h和4h時(shí)，微氧單級(jí)自養(yǎng)脫氮體系出水氨氮濃度分別為0.8，0.8和9

8、.9 mg/L。HRT為4h時(shí)，出水幾乎沒有氧化態(tài)氮;HRT為6h時(shí)，出水亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮分別為6.0和2.5 mg/L;而HRT為8h時(shí)，亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮分別為2.9和11.2 mg/L。不同HRT條件下，NO3--N生成/NH4+-N去除分別為0.26，0.05，0.03，系統(tǒng)可能存在硫酸鹽型厭氧氨氧化反應(yīng)和脫硫反硝化反應(yīng)等。HRT為4h的條件下氨氮剩余較多，而8h運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，造成能源浪費(fèi)，6h的條件下已足夠滿足氨氮的轉(zhuǎn)化，應(yīng)為微