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我国水源水微污染的突出表现之一是NH4+-N的严重超标,其带来的直接危害和间接危害已经严重威胁到人类的健康。生物滤池由于在NH4+-N去除方面的高效性及安全性,在处理微污染水源水的工艺中越来越受到人们的亲睐。本文以模拟和实际微污染水源水为研究对象,分别在小试和生产规模的生物滤池中考察了NH4+-N的去除效果、影响因素,并在实验中发现,在生物滤池中硝化作用不是去除NH4+-N的唯一途径,被去除的NH4+-N中有1/3的量无法用传统的硝化作用解释。本文从氮素平衡和DO平衡两个方面计算了氮亏损率,并探讨了可能存在的氮亏损,即非硝化作用去除NH4+-N的途径。主要结论如下:
1.正常DO条件下,当进水NH4+-N浓度>2mg/L,没有对生物滤池曝气时,DO严重限制了生物滤池对NH4+-N的去除效果。本实验中,对于NH4+-N浓度为2.58-5.01mg/L的进水水质,充分曝气后,生物滤池对NH4+-N的去除能力迅速恢复到90%以上;
2.本试验中,对于NH4+-N浓度为3.50mg/L左右的进水水质,最佳的气水比为1:1,生物滤池内DO>3mg/L,生物滤池对NH4+-N的去除效果能达到90%以上;
3.添加了有机物的生物滤池A与未添加有机物的生物滤池B相比,在溶解氧充分条件下,两者对NH4+-N的去除率相当,分别为86.13%,83.94%,A中生物量也略高于B中相应位置的生物量;
4.生物滤池对去除有机物的效率受温度和水质波动影响不大,但是对氨氮的去除效果受温度的影响较大,从夏秋季节平均85%的去除率降到冬季的65%左右;
5.溶解氧充足条件下,进水NH4+-N浓度(<10mg/L)对生物滤池的去除效果影响不大,平均去除率达到88.44%。但过高的浓度可能使NtH4+-N从基质转变为抑制剂或对硝化细菌产生了毒性,导致对NH4+-N的去除效果有所下降;
6.在一定的进水条件下,延长接触时间对去除NH4+-N有一定的促进作用,但是当超过30min后,这种促进作用减弱。从生物滤池运行的稳定性和实用性考虑,生物滤池的接触时间选择在15-30min左右;
7.在保证合适的曝气条件时,生物滤池既有较高的NH4+-N去除能力,能保证85%左右的NH4+-N去除率,非硝化去除NH4+-N的比例平均为37.18%,即为硝化作用分担了1/3左右的NH4+-N,降低了对溶解氧的需要,相应降低了运行成本;
8.在不添加有机物的情况下,生物滤池内也发生了28.63%的氮亏损率,说明生物滤池对NH4+-N的去除可能是由一些自养细菌来完成的,但是对于低C/N的微污染水源水来,有机碳源的存在在一定程度上提高了非硝化率,达到38.45%,非硝化的途径可能包括了经典的反硝化和好氧脱氮等方式。
9.在生产规模的生物滤池中,也发现了氮亏损现象。通过氮素平衡和DO平衡的推算,证明氮亏损率在1/3左右。
10.本研究中非硝化途径对NH4+-N的去除具有以下基本特征:不利用有机物;在溶解氧受限制条件下发生;可能只与氮元素自身不同形态的转化相关(与Anammox的特征一致)。因此,可以用好氧脱氨机理来解释氮亏损现象。