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城市污水处理方法  

2017-01-06 21:54:26|  分类: 地产/楼市/工程装 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  但是厌氧氨氧化菌对有机物、 DO、 温度和光等环境因素非常敏感,而预处理过后的生活污水仍会含有一定量的COD、 DO等物质,使得厌氧氨氧化系统受到影响[5, 6, 7]. Kalyuzhnyi等[8]发现,厌氧氨氧化菌和反硝化菌可以共生,通过两种细菌的协同作用,可以有效地克服有机物对于厌氧氨氧化反应的抑制; Toh等[9]在利用厌氧氨氧化菌处理焦化废水的研究中发现了反硝化菌的存在; Sabumon等[10]证实了有机碳存在的环境下,厌氧氨氧化反应能够进行,且在ORP为(-248±25)mV时一部分NH4+会被氧化为NO3-通过反硝化作用被去除. 本研究以NH4+-N、 NO3--N为基质成功启动了ANAMMOX反应器,并逐步向反应器内添加有机物,分析不同C/N比对厌氧氨氧化反应的影响,以期为厌氧氨氧化工艺处理城市生活污水的实际应用提供技术支持.




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  ABR厌氧氨氧化系统根据进水不同分为3个阶段. 第一阶段,进水采用人工配水,根据厌氧氨氧化反应化学计量比1 ∶1.32[11],由NH4Cl提供NH4+-N,浓度为 50 mg ·L-1; NaNO2 提供NO2--N,浓度为65 mg ·L-1; 第二阶段,向反应器内逐渐增加乙酸钠作为有机物,浓度为0~200 mg ·L-1,采用NaHCO3调节进水pH在8左右,并添加KH2PO4、 MgSO4、 CaCl2和微量元素; 第三阶段采用实验室稳定运行的ABR出水,另外再投加NaNO2作为基质,作为本阶段厌氧氨氧化反应器用水. 实验室采用ABR反应器处理城市生活污水,已稳定运行120 d,出水COD浓度在80 mg ·L-1左右,NH4+-N 在30 mg ·L-1左右,另外投加NaNO2调节进水NO2--N浓度为39 mg ·L-1,采用NaHCO3调节进水pH为8.












  经过一段时间的培养,反应器出水水质稳定在较高水平. 反应器出水NO2-、 NH4+和NO3-浓度平均值分别为1.1、 4.1和13.7 mg ·L-1,TN平均去除率为83%. 图 3为厌氧氨氧化反应器反应化学计量学关系,显示了反应器NO2--N的去除量与NH4+-N去除比值(ΔNO2--N/ΔNH4+-N)和NO3--N的产生量与NH4+-N去除量的比值(ΔNO3--N/ΔNH4+-N)随时间的变化关系. 厌氧氨氧化反应的三氮比ΔNH4+-N ∶ΔNO2--N ∶ΔNO3--N理论值为1 ∶1.32 ∶0.26[10],除了厌氧氨氧化反应,反应器内可能存在的反硝化反应和硝化反应对这两个计量学参数都有影响[2],因此反应器内的化学计量学关系和出水的水质可以用于作为厌氧氨氧化反应器启动成功的标准. 该阶段平均三氮比ΔNH4+-N ∶ΔNO2--N ∶ΔNO3--N为1 ∶1.31 ∶0.27,接近理论值,表现出明显的厌氧氨氧化特性,说明厌氧氨氧化反应器启动成功.
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  从图 2(a)~2(c)可以看出,NO3--N占了出水TN的70%以上,是导致TN去除率较低的主要因素. 在利用厌氧氨氧化反应器处理实际污水过程中,进水中不可避免地含有一定量的有机碳. 有研究表明,厌氧氨氧化菌与反硝化菌能在一个反应器内共存,反硝化菌利用有机物将反应器内的NO3-转化为N2,可解除有机物对厌氧氨氧化的抑制作用; 同时反硝化产生的CO2还可为厌氧氨氧化提供无机碳源,两者可实现协同作用[14]. 但是过高的COD会导致反硝化菌的过度繁殖,与厌氧氨氧化菌竞争并优先利用NO2-,从而抑制厌氧氨氧化菌活性[9]. 因此在第Ⅱ阶段(46~132 d),本实验设计了不同的进水COD/TN(C/N)比,考察ABR反应器中COD对脱氮的影响以及厌氧氨氧化菌和反硝化菌的相互作用.


  向进水中添加少量的有机物,维持进水C/N比在0.5左右(46~67 d). 从图 2可以看出,反应器NO2-和NH4+去除率无明显变化,但是出水平均NO3--N浓度从未添加有机物时(阶段1)的13.7 mg ·L-1下降到10.2 mg ·L-1,下降了25%,TN去除率从83%上升到85%. 本阶段平均三氮比为1 ∶1.35 ∶0.15,ΔNO2--N/ΔNH4+-N比理论值偏大,ΔNO3--N/ΔNH4+-N比理论值偏小,说明反应器内有一部分NO2-和NO3-通过反硝化作用被去除. 因为本实验反应器中接种了一部分厌氧颗粒污泥,导致反应器内含有一定量的反硝化菌,进水中加入了有机碳后反应器中的异养反硝化细菌被迅速激活,将NO2-和厌氧氨氧化反应产生的一部分NO3-还原为N2. 这与文献[15, 16, 17, 18]的研究结果一致,COD/NH4+-N比值在0~1.57之间对厌氧氨氧化过程去除NH4+和NO2-无明显影响,反而可以通过异养反硝化过程提高TN去除率.
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  从文献[14, 15]可知,在有机物存在的厌氧氨氧化反应器内主要存在着厌氧氨氧化反应(ANAMMOX)[式(1)]、 短程异养反硝化反应1[式(2)]、 短程异养反硝化反应2[式(3)]和全程异养反硝化过程(denitrification)[式(4)]. 在这些反应中,厌氧氨氧化反应无需有机碳源,厌氧氨氧化菌可利用NH4+作为电子供体,与NO2-反应生成N2达到脱氮的目的. 短程异养反硝化反应1、 短程异养反硝化反应2和全程异养反硝化反应需要以有机碳源作为电子供体,实现NO3-和NO2-的还原. 因此氮的去除途径可以通过计算短程硝化作用的反应1、 2和全程反硝化作用消耗的COD和去除的TN来推出,见公式(5)~(6). 图 4为基于实验结果和上述提到的式(1)~(4)而计算出的结果. 推测在第二阶段,C/N比为0.5时,通过厌氧氨氧化途径去除的氮平均占80%,异养反硝化的贡献占18%,其他方式如氨挥发、 微生物合成作用等占2%,证明在C/N比为0.5时,厌氧氨氧化占脱氮过程的主导地位. 

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  在79~89 d期间,出水水质保持稳定,TN平均去除率为94%,说明厌氧氨氧化菌和异养反硝化菌能共存并协同脱氮. 有研究发现[17, 21, 22],当COD/NO2-比为2时,整个反应周期过程中都有亚硝酸盐的存在,可以避免在有机条件下异养反硝化过程对厌氧氨氧化反应的抑制. 当反应体系中亚硝酸盐充足时,反硝化过程对厌氧氨氧化活性无明显影响. 厌氧氨氧化菌与反硝化菌在对亚硝酸盐的竞争中达到平衡,是其维持协同作用的关键. 赖杨岚等[23]在采用UASB反应器培养厌氧氨氧化菌时发现最佳COD/TN比为1.46,在COD/TN比大于2时会抑制厌氧氨氧化菌的活性. 高范[19]的研究表明在COD ∶NO2- ∶NH4+为0.6 ∶1.26 ∶1时达到最佳的总氮去除率. 从上文可以得出,在较低C/N比条件下时,有机物不会破坏厌氧氨氧化反应的进行,厌氧氨氧化菌能与异养反硝化菌共生,并可以进一步提高反应器脱氮效率.



  在第90~109 d,进水的C/N比提高到2时,从图 2可以看出,出水NH4+浓度大幅上升,NO2-和NO3-浓度依然稳定在较低水平,此阶段三氮比平均值为1 ∶1.89 ∶0.01. 在高C/N比条件下,异养反硝化菌活性增强,反应器内绝大部分NO3-通过反硝化作用被去除; 而ΔNO2--N/ΔNH4+-N大幅度上升,说明大量的NO2-被用于反硝化反应,反应器内厌氧氨氧化菌由于缺少电子受体活性受到抑制. TN的平均去除率下降至78%,通过厌氧氨氧化途径去除的氮仅占39%,异养反硝化脱氮占总氮去除的52%. 在有机物、 氨和亚硝酸盐共存时,反硝化反应的吉布斯自由能(-427 kJ ·mol-1)低于厌氧氨氧化反应(-335 kJ ·mol-1),反硝化过程更容易发生,更容易得到其共同的电子受体NO2-[24]; 另外,反硝化菌增长速率远大于厌氧氨氧化菌[25],导致厌氧氨氧化菌被抑制. 在本阶段,反应器内的反硝化菌已经超过厌氧氨氧化菌成为主导,厌氧氨氧化菌和反硝化菌的协同作用被破坏[26].



  由图 2中可以看出,经过一段时间的驯化,出水NH4+-N浓度逐渐下降,但是NO3--N和NO2--N浓度呈上升趋势,说明在缺少有机碳的条件下,反硝化反应受到抑制. 在第127 d NH4+-N的去除率达到89%,NO2--N出水浓度下降至1.3 mg ·L-1,TN去除率恢复至81%. 此时反应器三氮比为1 ∶1.32 ∶0.26,说明厌氧氨氧化菌的活性受到较高浓度有机物的抑制后,经过无机进水的驯化,可在较短时间内得到恢复. 厌氧氨氧化菌中的浮霉菌门微生物能耐受高浓度有机碳源,在高有机负荷下仍能保持高效的脱氮作用[27]. 本实验采用颗粒污泥富集厌氧氨氧化菌,污泥流失量较少,在有机负荷的冲击下,厌氧氨氧化菌活性受到抑制,但是数量并未大量减少,此特性可以使反应器在有机负荷降低之后迅速恢复,使反应器具有一定的抗冲击负荷能力.








2014年09月27日 - 涌馨制品 - 涌馨运动制品厂欢迎您点击涌馨制品,精彩不断……
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