论文部分内容阅读
针对现有城镇污水脱氮硝化效能低、运行能耗高等突出问题,研发基于强化硝化的城镇污水脱氮技术。重点研究了运行工况、C/N对基于强化硝化的改良SBR系统构建的影响,得出了系统构建方法;同时,考察了DO和泥龄对系统脱氮效能的影响;并通过对系统脱氮关键酶活性、胞内碳源周期变化规律、16Sr RNA高通量测序,探究了系统的微生物作用机制;在此基础上,开展了基于强化硝化的城镇污水改良AAO技术中试研究,系统研究了运行工况对系统构建的影响;同时,考察了泥龄、C/N、温度对系统处理效能及微生物作用机制的影响,确定了系统关键工况参数。研究得出如下主要结论:运行工况、C/N对改良SBR系统构建和除磷脱氮功能菌群影响显著。AOA运行工况的改良SBR系统处理效能较优,其COD、NH4+-N、TN、TP平均去除率分别为98.25%、98.25%、90.35%、99.60%;AMO、HAO、NXR、NR、NIR等脱氮关键酶活性均高于AAO和OA运行工况的系统;同时,微生物在厌氧段储存的PHAs也高于AAO和OA运行工况的系统;此外,系统中的脱氮除磷功能菌属主要有Candidatus＿Competibacter、Saccharimonadales、Ferruginibacter、Hyphomicrobium、Dechloromonas、Thauera、Terrimonas、Nitrospira、Rhodobacter,硝化、反硝化、除磷菌属总丰度分别为11.51%、47.28%、4.98%,其中,异养硝化菌属（3.49%）得到有效富集,系统硝化速率（11.87 mg/（L.h））高于AAO、OA系统;供气量为400ml/min,较AAO、OA系统分别降低了10%、75%。DO、泥龄对改良SBR系统处理效能和除磷脱氮功能菌群影响显著。DO浓度为3～4mg/L的系统处理效能及节能效果较优,COD、NH4+-N、TN、TP平均去除率分别为93.73%、98.28%、92.07%、97.80%;随着系统DO浓度的增加,系统硝化关键酶AMO、HAO、NXR活性增强,反硝化关键酶NR、NIR活性降低。泥龄从30d增加至40d时,硝化速率从10.57mg/（L.h）增加至11.87 mg/（L.h）,继续增加泥龄对硝化速率影响不显著;随着泥龄的增加,供气量逐渐增加,泥龄为40d时,系统节能效果较优。改良SBR较传统SBR系统污染物处理效能有显著提升。在最优工况下,系统出水平均COD、NH4+-N、TN、TP浓度分别为19mg/L、0.30mg/L、1.26mg/L、0mg/L,出水COD、NH4+-N、TN、TP水质指标达到地表水Ⅳ类水环境标准;COD、NH4+-N、TN、TP平均去除率分别为96.05%、98.25%、96.85%、100%,较传统SBR系统分别提高了5.19%、2.17%、21.62%、0.20%。运行工况对改良AAO系统构建效能、供气量、微生物功能菌群影响显著。以AOA模式运行的改良AAO系统处理效能较优,其COD、NH4+-N、TN、TP平均去除率分别为90.74%、94.98%、73.84%、90.90%;同时,供气量较传统AAO系统节省了23.08%;此外,改良AAO系统脱氮除磷功能菌属主要有Saccharimonadales、Phaeodactylibacter、Candidatus＿Competibacter、Hyphomicrobium、Ferruginibacter、Dechloromonas、Terrimonas、Thauera、Nitrospira、Rhodobacter、Candidatus＿Accumulibacter,硝化、反硝化和除磷菌属总丰度分别为6.94%、17.70%、4.73%,均高于传统AAO系统。泥龄、C/N对城镇污水改良AAO系统处理效能和微生物功能菌群影响显著。随着泥龄（15d、30d、45d）的增加,系统硝化菌属总丰度增加,分别为6.94%、9.62%、12.81%,同时,硝化关键酶活性先增强后无显著变化,反硝化关键酶活性逐渐减弱;泥龄为30d时,系统处理效能较优,COD、NH4+-N、TN、TP去除率分别为92.79%、97.94%、84.87%、91.10%,系统通过异养、自养硝化菌属协同作用强化了系统的硝化效能。随着C/N的增加,硝化关键酶AMO、HAO、NXR和反硝化关键酶NR、NIR活性均逐渐增强;进水COD/TN分别为3、8、11时,系统硝化速率分别为8.41mg/（L.h）、13.10mg/（L.h）、15.08mg/（L.h）,COD、NH4+-N、TN、TP去除率逐渐增加。COD/TN为11时,系统处理效能较优,COD、NH4+-N、TN、TP去除率分别为94.94%、94.94%、91.87%、93.25%,同时,系统中异养硝化菌属Thauera和Rhodobacter（9.97%）得到高效富集。城镇污水改良AAO较传统AAO系统污染物处理效能有显著提升。在最优工况下,中试改良AAO系统硝化速率为15.33mg/（L.h）,与传统AAO系统相比提高了1.88倍;出水平均COD、NH4+-N、TN、TP浓度为20mg/L、0.55mg/L、2.17mg/L、0.12mg/L,出水COD、NH4+-N、TP指标均满足地表水Ⅳ类水环境标准,出水TN指标接近地表水Ⅴ类水环境标准;COD、NH4+-N、TN、TP平均去除率分别为95.46%、98.39%、94.79%、97.43%,较传统AAO系统分别提高了3.71%、2.02%、26.13%、5.66%。