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    低碳氮比农村生活污水处理工艺(下)

    2021-12-15  来自: 环保水圈 浏览次数:17

        二、结果与讨论

    1、 亚硝化污泥驯化培养

    在亚硝化污泥培养反应器中驯化45 d,分为亚硝化污泥的驯化(024 d)以及亚硝化污泥的富集培养(2445 d)两个阶段。在亚硝化污泥驯化阶段,反应器进水NH4+-N浓度控制97.3 mg/L 左右。014 d,出水NH4+-N浓度均大于进水NH4+-N浓度,先从初始的87.2 mg/L 增至154.7 mg/L,然后逐渐降低。这主要是由于反应器进水中没有投加有机碳源,在限氧、缺乏营养物质的条件下污泥中的好氧异养菌死亡后被厌氧分解,产生NH4+-N,从而使出水中NH4+-N浓度大于进水NH4+-N浓度。随着驯化过程的进行,出水NH4+-N浓度逐渐降低,第24 d 降至40.1 mg/L。在亚硝化污泥富集培养阶段,NH4+-N浓度提高至157.3 mg/L,此时出水NH4+-N浓度从92.3 mg/L 降至72.5 mg/L ,NH4+-N的去除率提高至百分之五十,此时污泥颜色为黄褐色,表明了反应器污泥当中亚硝化污泥占据主要地位,经过半个多月时间的运行,反应器亚硝化污泥活性再次达到稳定状态。


    低碳氮比


    2、 SNAD 生物膜的驯化培养

    在已经完成挂膜的ANAMMOX 反应器内投入已驯养好的亚硝化污泥,通过控制溶解氧(0.8 1.2 mg/L),实现在一个反应器中同时进行半硝化和厌氧氨氧化反应(CANON 反应)。CANON 工艺启动与运行阶段,反应器进水NH4+-N 浓度控制在150 mg/L 左右。012 d,反应器出水NH4+-N浓度逐渐从48.4mg/L 升至76.5 mg/L。出水NO3--N 浓度却有所降低,这主要是因为通过调控及优化溶解氧,水力停留时间等条件后,亚硝化菌在生物膜耗氧区将部分NH4+-N氧化成NO2--N,使生物膜内层进行变为厌氧环境有利于厌氧氨氧化反应的进行,使有一部分硝化菌由于环境条件,种间斗争被分解。并且在此期间内,亚硝化细菌与ANAMMOX 菌协同共生需要一段适应期,因此氮的转化形式并不吻合CANON反应;随着实验的进行,亚硝化在生物膜好氧区开始逐渐占据主要地位,亚硝化细菌消耗生物膜内部的溶解氧将部分NH4+-N氧化NO2--N,为下一步ANAMMOX反应提供厌氧条件,此时ANAMMOX 菌趋向于生物膜内侧生长并在在厌氧环境下将剩余的NH4+-N和亚硝化产生的亚硝态氮转化成氮气。1224 d,出水NH4+-N浓度基本保持稳定趋势降低,从76.5 mg/L 降低至30.3 mg/L,NH4+-N去除率从增至百分之七十三,TN 的去除率达到了百分之七十左右,两种菌群对底物的去除达到平衡,从而使得NH4+-NNO2--N、NO3--N 都能得到有效去除,实现CANON自养脱氮。


    低碳氮比


     向已经完成挂膜的CANON 的反应器内投入已驯养好的反硝化污泥,原水中加入COD,进行SNAD生物膜的挂膜过程。12 d 以内,出水COD 浓度由87.1 mg/L 降至47.2 mg/L,出水NH4+-N浓度由50.7 mg/L 降低到36.9 mg/L,NO2--N 浓度与NO3--N 浓度在12 d 时都已降至3 mg/L,表明反硝化污泥效果良好。反应器内悬浮污泥浓度低于100 mg/L,表明SNAD 填料基本完成挂膜过程。

    3、水解酸化-SNAD 工艺启动与运行

    1)水解酸化单元运行效果

    控制厌氧水解酸化HT 3.6 h,整个工艺运行阶段,反应器进出水COD 浓度、COD 去除率变化。进水COD156.2 mg/L,,此时C/N 比为31。经过水解酸化后,出水COD 浓度从140 mg/L 降至61 mg/L,去除率逐渐提高至百分之五十六。在开始的4 d 内,COD去除率较低。510 d 内出水COD 浓度不断降低,从137 mg/L 降至80 mg/L,接种水解酸化菌逐渐适应新的环境。1018 d,出水COD 浓度保持在70mg/L 左右,表明水解酸化单元去除COD 已经达到稳定阶段。此时出水的C/N 比约为1.41。Chen等人在SNAD 实验研究中认为的C/N 比为12,因此进一步降低进水COD 浓度至100mg/L,原水C/N 比保持为21。经过20 多天的连续反应,出水COD 降至30 mg/L 左右,相较进水150 mg/L 时去除率有明显提高。此时出水C/N 比约为35。

     VFAs 的组成的对于厌氧水解酸化反应的效果直接相关,尤其在随后的脱氮碳源选择和对ANAMMOX菌的生长代谢上有较大的影响。在本实验中,VFAs 产物主要是乙酸,丙酸,异丁酸,正丁酸。

    乙酸是厌氧水解酸化反应的主要产物,占据了总产物含量的百分之七十以上。当投加碳源COD 150 mg/L 左右时,前3 个样品的VFAs/COD 分别为0.35、0.34 0.38,4 种酸所占比例则大致相似。当投加碳源COD 100mg/L 左右时,COD 去除率提高到百分之六十九,VFAs/COD分别为0.71、0.72 0.75,VFAs/COD 提高一倍左右,同时乙酸平均含量提高,而异丁酸的浓度则变为0。这主要是因为pH 值是影响水解酸化的重要因素之一,尤其对乙酸更为明显,由于正常情况下产乙酸只消耗一个三磷酸腺苷,在低pH 条件下,一个三磷酸腺苷已经不满足产乙酸的能量,投加碳源COD 100 mg/L 时水解酸化反应器内pH值的提高(提高大约0.3 左右)加快了乙酸的产生。此外,异丁酸的消失可能是由于进水COD 的降低导致低碳氮比从而影响对异丁酸菌活性的控制。水解酸化单元进出水NH4+-N浓度基本保持在50mg/L 左右。

    2SNAD 单元运行效果

    水解酸化出水进入拔风溅水生物滤池,整个工艺运行阶段,反应器进出水氮化合物及COD 浓度及去除率变化如图7 所示。018 d 时,反应器NH4+-N浓度由34.9 mg/L 降低到23.5 mg/L,NO2--NNO3--N平均浓度分别为5mg/L 16 mg/L;

    COD 的去除率在百分之五十左右。此期间内总氮去除率不足百分之十,主要因为拔风管通风流速过慢且反应器内外温差过小,使通风效果不佳导致溶解氧浓度较低,造成NH+4-N 去除率下降而反应开始至18 d,反应器处于室温条件下(12 ℃),此温度下不利于亚硝化菌的生长代谢,因此产物大多为NO3--N,该温度也控制了ANAMMOX 反应并影响了反硝化速率;

    此阶段水解酸化出水的VFAs/COD 较低,同时出水未回流,导致反硝化脱氮效率较低;

    此外生物滤池进水C/N比约为1.21,也影响了SNAD 反应的效果。因此,从19 d 起,通过加热手段将反应器内温度控制在34±1℃左右,同时调节通风孔流速,提高反应器内部溶解氧,滤池出水回流至进水端,提高溅水溶氧的效果并强化反硝化反应。

    出水NH4+-N、NO3--NCOD 浓度逐渐降低,第40 d 时分别为3、4 7mg/L,出水NO2--N 浓度为1 mg/L;

    COD 与总氮去除率均有提高。此外第32 d 进水C/N 比降至11,至第40 d 降至35。反应器C/N 小于1 时,NO3--NNO2--N浓度分别从27.8、8 mg/L 降至9、1 mg/L,反应器运行良好,COD 去除率在C/N 35 时保持稳定,该进水C/N 比接近SNAD 工艺C/N 比(12)。此外VFAs/COD 的提高也会加快反硝化反应速率并减小对ANAMMOX 反应的影响,从而提高脱氮效率。由去除的COD 浓度(23 mg/L,第40 d)可知,由反硝化去除的总氮约为56 mg/L 左右(按照去除1 g NO3--N需要4 g COD 计),其余大部分总氮去除由ANAMMOX 反应完成。

     推测SNAD 生物膜的除碳脱氮机理为:亚硝化反应在生物膜好氧区占主要地位,反硝化反应与ANAMMOX 反应在生物膜厌氧区占据主要地位。在生物膜好氧区,限氧条件下亚硝化菌消耗一定的溶解氧将部分NH4+-N氧化成NO2--N,同时为生物膜内层的厌氧氨氧化与反硝化创造良好的厌氧环境;

    在生物膜厌氧区,限氧环境下剩余的COD ANAMMOX 产物NO3--N 进行反硝化反应,脱氮的同时降低COD,为ANAMMOX 菌提供的生长环境;

    在生物膜厌氧区内部,ANAMMOX 菌利用剩余的NH4+-N以及亚硝化产物NO2--N生成氮气及少量的NO3--N。

    三、结语

    通过本文试验结果的分析得出以下结论:

    1、水解酸化单元在C/N 21 条件下,COD的去除率可达到百分之七十,出水C/N 比为3 5;

    VFAs成分主要为乙酸,丙酸和正丁酸三种,VFAs/COD 0.74。

    2、SNAD 脱氮单元,通过亚硝化、反硝化与厌氧氨氧化的耦合作用,COD 与总氮的去除率分别提高。脱氮主要由ANAMMOX反应完成。

    3、厌氧水解-SNAD 组合工艺COD 与总氮总去除率分别达到百分之九十二和百分之八十四。

    关键词: 低碳氮比   农村生活污水   衡美   水处理  

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