部分亚硝化厌氧氨氧化处理高氨氮废水试验研究

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部分亚硝化(Partial Nitrification,PN)和厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation,Anammox)作为近年来新兴的生物脱氮工艺,具有能源消耗低、污泥产量小、脱氮效率高等优点,在处理以养殖废水为代表的高氨氮废水领域具有较好的应用前景。本研究首先在序批式活性污泥反应器(SBR)探究了亚硝化工艺的启动和运行过程中的最佳参数;在上流式厌氧污泥床(UASB)中探究了厌氧氨氧化系统在不同有机碳源条件下的脱氮性能变化。并采用部分亚硝化与厌氧氨氧化组合工艺考察其处理高氨氮废水时的脱氮性能,探究厌氧消化-部分亚硝化-厌氧氨氧化组合工艺处理养殖废水的可能性和稳定性。试验过程中采用高通量测序技术观察亚硝化反应器内微生物群落演替变化规律,利用平行因子分析法与三维荧光技术相结合,监测反应器出水中荧光物质变化情况。主要研究内容及结论如下:1.试验结果表明,投加羟胺作为抑制剂有效缩短亚硝化反应器的启动时间,亚硝态氮稳定积累时间由传统的30天缩短至23天。当温度为32℃,溶解氧浓度为0.5 mg/L,在进水COD浓度小于等于150 mg/L的条件下,亚硝化反应器的亚硝态氮积累效果最佳,氨氮和亚硝态氮出水浓度分别为31.68 mg/L和78.28 mg/L。当COD浓度超过150 mg/L时,出水亚硝态氮浓度显著降低。2.将亚硝化反应温度分别调控为15℃、20℃、30℃,稳定运行后三种温度下出水氨氮浓度分别为67.21 mg/L、41.25 mg/L、20.63 mg/L,对应氨氮去除率分别为52.78%、72.23%、85.88%,亚硝态氮出水浓度分别为21.25 mg/L、67.59 mg/L、80.29mg/L;其中在25℃和30℃常高温条件下出水中能够实现较高的亚硝态氮积累;温度为15℃的低温条件严重抑制了氨氧化菌(AOB)的活性,亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性较强,亚硝态氮积累效果较差。3.当进水中羟胺浓度为5、10mg/L时,系统内亚硝态氮浓度得到大量积累,最高亚硝态氮出水浓度达到85.52mg/L,亚硝态氮积累率为93.06%。当羟胺浓度高于10mg/L时,亚硝态氮积累率稳定在96.45%并无明显变化。4.向已成功启动并稳定运行的UASB厌氧氨氧化反应器进水中投加不同浓度的有机碳源,探究不同有机冲击负荷下,反应器内厌氧氨氧化菌与异养反硝化菌协同脱氮性能。当有机碳源浓度为120 mg/L时,耦合系统脱氮性能达到最佳,最高总氮去除率为93.71%。当有机碳源浓度大于120 mg/L时,过高的有机碳源浓度使厌氧氨氧化菌的竞争优势逐渐丧失,总氮去除率逐渐降低,耦合系统脱氮性能逐渐恶化。5.在亚硝化反应器和厌氧氨氧化反应器均稳定运行之后,将其串联处理高氨氮模拟废水,亚硝化反应器的出水直接作为厌氧氨氧化反应器的进水,使亚硝化出水中NO2--N/NH4+-N比例逐渐接近理论值。对比发现当厌氧氨氧化进水NO2--N/NH4+-N为1.44,COD/NH4+-N为1.01条件下,出水总氮及COD浓度均保持在较低水平,组合工艺处理效果良好;之后将经厌氧消化处理后的养殖废水作为组合工艺的进水,进行厌氧消化-部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合试验,组合工艺的总氮去除率最高达到81.52%。对比结果发现,组合工艺在处理实际养殖废水时,氨氮及COD的去除率均保持在较高水平,但养殖废水经过厌氧消化处理后,水体中仍有部分难降解的有机物,不能被后续厌氧氨氧化反应器降解利用。6.使用三维荧光光谱法结合平行因子分析法解析反应器出水及运行过程中荧光物质的组成与变化。结果如下:在有机负荷冲击下,厌氧氨氧化反应器出水主要含有三个荧光主要组分,分别为类蛋白物质、类富里酸物质、和类腐殖酸物质。对亚硝化反应器中的污泥进行高通量测序,在启动成功后亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)的相对丰度最高达到26.9%。图[39]表[18]参[101]
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