外加无机电子供体强化反硝化生物滤池处理污水厂尾水的试验研究

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污水厂尾水深度脱氮对水环境治理成效有着举足轻重的作用。目前,生物反硝化依旧是污水厂尾水深度脱氮的主要方式,然而污水厂尾水中可生物利用的有机碳源不足,导致生物反硝化过程电子供给不足,反硝化速率较低。本文开展了强化反硝化生物滤池处理低碳氮比污水厂尾水的研究,提高了深度反硝化脱氮效率,对提高受纳水体水环境质量,避免水体富营养化具有重要意义。探究了外加电子供体种类及组合方式对污染物去除的影响,结合动力学、反应速率、关键酶活性、电子传输系统活性、微生物群落结构等方面研究,对强化反硝化脱氮机理进行了解析,以期为低碳氮比污水厂尾水深度脱氮提供理论依据。主要结论如下:(1)分别选用平均粒径为2-4 mm、4-12 mm和12-20 mm的陶粒作为反硝化生物滤池填料,研究了填料粒径和水力停留时间(HRT)(1.5 h、3 h和6 h)对污染物去除的影响。结果表明,随着平均粒径的增大,总氮平均去除率从76.9%分别降到46.4%和41.6%。随着HRT从1.5 h增大到3 h,滤池的脱氮效果达到最好,将HRT从3 h延长到6 h可有效缓解水温降低对反硝化速率的影响。较小粒径填料上生物膜的关键酶活性和电子传输系统活性更高。反硝化生物滤池中优势反硝化菌属为不动杆菌属(Acinetobacter)和黄杆菌属(Flavobacterium)等,较小粒径填料上反硝化菌相对丰度较高。(2)分别选用不同质量比的硫磺和硫铁矿作为反硝化生物滤池的无机电子供体,探究了硫磺和硫铁矿的质量比(1:0、1:1和1:2)和HRT(1.5 h、1 h和0.5h)对污染物去除的影响。结果表明,随着硫铁矿质量占比降低,总氮平均去除率从73.4%分别降到58.7%和53.0%,硫酸根的生成量从13.61 mg/L分别上升到15.56和17.19 mg/L。随着HRT从1.5 h降低到1 h,微生物逐渐成熟对硫磺和硫铁矿的氧化利用能力提高,加上水温的升高使得反硝化菌具有较高活性,脱氮效率提高。当硫磺和硫铁矿质量比为1:2、HRT为1 h时,脱氮效果最好,出水平均CODCr、NH4+-N和TN浓度均满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水标准。硫铁矿质量占比较高时,可提高滤池中生物膜的硝化酶、反硝化酶活性和电子传输系统活性。本试验中优势异养反硝化菌为不动杆菌属(Acinetobacter)和陶厄氏菌属(Thauera)等;优势自养反硝化菌属为热单胞菌属(Thermomonas)和硫杆菌(Thiobacillus)等。(3)在反硝化生物滤中池放置由铁屑和活性炭构成的铁碳填料,探究了铁碳体积比(3:1、2:1和1:1)和HRT(1.5 h、1 h和0.5 h)对污染物去除的影响。结果表明,随着铁碳体积比的升高,总氮平均去除率从77.9%分别降到61.1%和60.5%。铁碳微电解强化反硝化是集电极反应、氧化还原反应、絮凝沉淀反应和物理吸附反应等多种反应共同作用的结果,可在温度较低的情况下强化滤池脱氮效果,因此在运行之初HRT为1.5 h,水温较低时脱氮效率最高。当铁碳体积比为1:1、HRT为1.5 h时,脱氮效果最好,出水平均CODCr、NH4+-N、TN和TP浓度可满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水标准。铁碳体积比较低时,滤池中生物膜的硝化酶、反硝化酶活性和电子传输系统活性均最高。本试验中优势异养反硝化菌属为不动杆菌属(Acinetobacter)和陶厄氏菌属(Thauera)等;优势自养反硝化菌属为热单胞菌属(Thermomonas)、嗜氢菌属(Hydrogenophaga)和硫杆菌属(Thiobacillus)等。
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