高活性硝化污泥的高效富集和生物強(qiáng)化效果研究.pdf

1、城市污水廠是生活污水和工業(yè)廢水排入自然水體前至關(guān)重要的末端處理環(huán)節(jié)，特別是在一些飲用水源地上游的地區(qū)，對(duì)其控氮要求更加嚴(yán)格。硝化過(guò)程是城市污水廠生物脫氮法（即硝化-反硝化）的第一步，此過(guò)程的決定微生物為硝化菌。由于硝化菌具有生長(zhǎng)速率低、世代周期長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境敏感的特點(diǎn)，在高濃度氨氮、（亞）硝氮、重金屬、有機(jī)物等條件下，其硝化活性易受抑制，這導(dǎo)致了城鎮(zhèn)污水廠硝化系統(tǒng)存在啟動(dòng)緩慢、易受沖擊、沖擊后恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。當(dāng)污水廠的硝化功能崩潰時(shí)，一般

2、采用降低污泥負(fù)荷、延長(zhǎng)污泥齡等手段，但需要3～6個(gè)月才能恢復(fù)，在恢復(fù)期內(nèi)污水廠排水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。較之一般的廢水處理方法，生物添加法可有針對(duì)地高效去除目標(biāo)污染物及改善污泥性能;添加硝化菌可以快速地提高系統(tǒng)的硝化能力。目前投加的硝化菌劑以市售硝化菌劑為主，其菌種單一、成本高、環(huán)境相容性差，而硝化污泥具有菌種豐富、成本低、相容性好等優(yōu)點(diǎn)，但目前需克服富集純度低和富集速度慢等問(wèn)題。
　　本文對(duì)太湖上游的宜興城市污水廠的硝化系統(tǒng)進(jìn)行了沖擊因素

3、的篩查，針對(duì)不同沖擊因素提出了應(yīng)對(duì)措施。就高氨氮沖擊因素，研究出一套低成本、高效富集硝化污泥的技術(shù)方法，對(duì)膜生物反應(yīng)器(MBR)富集高硝化活性、高純度硝化污泥的關(guān)鍵因素控制、富集效果、連續(xù)產(chǎn)出與添加強(qiáng)化應(yīng)用的可行性進(jìn)行了系統(tǒng)地研究;并通過(guò)生物添加試驗(yàn)，確立了其作為旁路系統(tǒng)應(yīng)對(duì)市政污水高氨氮沖擊和快速啟動(dòng)的投加方式與方法，分析了添加強(qiáng)化效果和強(qiáng)化前后生物相變化;并與市售硝化菌劑進(jìn)行了硝化強(qiáng)化效果對(duì)比試驗(yàn)。主要結(jié)論如下:
　　(1)宜

4、興城市污水廠硝化系統(tǒng)，氨氧化菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)的數(shù)量相當(dāng)，Nitrosomonas和Nitrosococcus為系統(tǒng)AOB的優(yōu)勢(shì)菌屬，Nitrobacter和Nitrospira為系統(tǒng)NOB的優(yōu)勢(shì)菌屬;高濃度易降解有機(jī)物和高濃度氨氮為沖擊因素，有毒有害有機(jī)物和重金屬離子（鋅離子）為其潛在沖擊因素。
　　(2)采用浸沒(méi)式好氧MBR富集硝化污泥，在不排泥運(yùn)行81d時(shí)，硝化活性穩(wěn)定在2600mgN/(L·d)以上，污

5、泥比硝化耗氧速率為43.2mgO2/g(MLSS)·h-1，高于類似方法富集的文獻(xiàn)報(bào)道水平;富集的硝化污泥中Nitrosomonas為AOB的優(yōu)勢(shì)菌屬，Nitrobacter為NOB的優(yōu)勢(shì)菌屬，硝化菌數(shù)和比例與市售硝化菌劑相當(dāng)，種群豐富度較好。在SRT為20d運(yùn)行36d之間，可連續(xù)、穩(wěn)定產(chǎn)出硝化活性在2800mgN/(L·d)以上、硝化菌數(shù)為3.1×1011cells/L、硝化菌比例為16.3％的硝化污泥，以此水平為污水廠主體硝化工藝更

6、換一次硝化污泥的時(shí)間為8.57d，明顯優(yōu)于一般方法。
　　(3)篩選填料用以減少有機(jī)碳源消耗，提高硝化菌純度。進(jìn)水氨氮容積負(fù)荷為3.0kgNH4+-N/(m3·d)、按體積比30％投加PVDF多孔填料環(huán)，有利于提高污泥的硝化活性和系統(tǒng)硝化穩(wěn)定性;投加1g/L粉末活性炭有利于提高污泥的沉降性和富集系統(tǒng)的硝化穩(wěn)定性。各硝化污泥活性的差異可用分?jǐn)?shù)級(jí)動(dòng)力學(xué)方程定量評(píng)價(jià)。
　　(4)應(yīng)用于硝化系統(tǒng)的快速啟動(dòng)時(shí)，所富集的高活性硝化污泥按

7、體積比10％、一次性投加，3d即可實(shí)現(xiàn)處理電廠廢水的間歇曝氣序批式復(fù)合生物膜反應(yīng)器硝化系統(tǒng)的快速、穩(wěn)定啟動(dòng)，氨氮去除率可以穩(wěn)定在大于97％的水平至少30d以上。
　　(5)富集的硝化污泥用于應(yīng)對(duì)城市污水廠的高氨氮沖擊時(shí)，按體積比14％、一次性投加、兩次高氨氮沖擊后，強(qiáng)化組氨氮去除率比對(duì)照組分別提高了50.6％和13％，且停止高氨氮沖擊后出水氨氮能迅速達(dá)標(biāo)，硝化強(qiáng)化效果和相容性均較好。經(jīng)過(guò)強(qiáng)化，系統(tǒng)種群豐富度明顯增加、AOB和NOB

8、均有增多，AOB中的Nitrosomonas和NOB中的Nitrobacter的菌數(shù)顯著增多。強(qiáng)化前后AOB的優(yōu)勢(shì)菌屬均為Nitrosomonas和Nitrosococcus，而NOB的優(yōu)勢(shì)菌種由Nitrospira變?yōu)镹itrobacter。在與市售菌劑抗高氨氮沖擊對(duì)比試驗(yàn)中，相同投加量下、高氨氮沖擊2d時(shí)，投加硝化污泥組氨氮去除率比投加市售菌劑組高9.6％;市售菌劑三倍投加量時(shí)、高氨氮沖擊2d時(shí)，投加硝化污泥組氨氮去除率比投加市售菌