基于电解的厌氧氨氧化体系启动及其脱氮效能研究

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厌氧氨氧化工艺具有经济性,无二次污染,污泥产率低和脱氮效率高的优点,被许多研究人员认为是可持续发展的新型技术。厌氧氨氧化菌由于倍增时间长,对温度、溶解氧和pH等环境条件敏感,导致启动厌氧氨氧化工艺比较困难。同时城市污水中含有大量的溶解氧,将厌氧氨氧化工艺应用到城市污水处理中必然会面临溶解氧的问题。针对厌氧氨氧化工艺难以启动、厌氧氨氧化菌难以富集和污水中溶解氧难以控制问题,本文将以电流密度对厌氧氨氧化菌作用着手,构建基于电解的厌氧氨氧化反应体系,并采用亚硫酸钠去除污水中的溶解氧。研究不同电流密度下厌氧氨氧化快速启动的性能,并在启动稳定后探索电流密度对厌氧氨氧化富集的作用,并结合电流密度对水质的影响,推测反应体系中存在的反应,揭示电流密度对基于电解的厌氧氨氧化体系的影响机制。同时将亚硫酸钠和氮气相结合来控制溶解氧,探索亚硫酸钠控制溶解氧用于厌氧氨氧化培养的可行性。在接种污泥后启动的阶段,反应体系电流密度在00.10 mA/cm2的范围内,NRR(总氮去除效率)和电流密度成正比,而在0.150.25 mA/cm2的范围内成反比。当启动的77天到117天时,NRR值0.0090 g N/(L?d)(0.10 mA/cm2)>0.0078 g N/(L?d)(0.05 mA/cm2)>0.0037 g N/(L?d)(0.00 mA/cm2)>0.0030 g N/(L?d)(0.25 mA/cm2)>0.0018 g N/(L?d)(0.15 mA/cm2)>0.0012 g N/(L?d)(0.20 mA/cm2)。且发现电流密度可促进NH4+-N和NO2--N的去除,并减少厌氧氨氧化反应中NO3--N的产生。采用0.10 mA/cm2启动周期(91天)比不施加电流密度(101天)缩短10%。在不同电流对水质影响试验中发现电流密度能去除水中NH4+-N和NO2--N,存在NH4+-N氧化和NO2--N电化学反应,而不同电流密度下进出水质中并未检测出NO3--N。在电流密度对稳定运行的反应体系作用试验中,反应体系的脱氮性能在0到0.10 mA/cm2随电流密度而增加,而在0.15到0.25 mA/cm2脱氮效果受到抑制,在电流密度为0.10mA/cm2时,总氮的去除率最高达到40.37%,NRR达到0.0091 g N/(L?d)。同时发现,NO2--N/NH4+-N比值和电流密度正相关,并在0.25 mA/cm2时达到最高1.67,而施加电流密度的NO3--N/NH4+-N比值小于不施加电流。结合两种实验推测基于电解的反应体系中的存在NH4+-N氧化,NO2--N和NO3--N还原反应。为研究亚硫酸钠对基于电解的厌氧氨氧化体系的影响,对投加不同浓度的亚硫酸钠的反应体系脱氮性能进行分析。结果表明,亚硫酸钠对反应体系的抑制作用还是相当明显,在试验前最佳NRR为0.0091 g N/(L?d),当投加600 mg/L亚硫酸钠后,NRR迅速下降到0.00131 g N/(L?d)。经过不同电流下NRR对比,低电流密度在受到亚硫酸钠冲击后依然还保持脱氮能力,0.10 mA/cm2和0.15 mA/cm2对亚硫酸钠耐受性较好,尤其在0.10mA/cm2的条件下,随着亚硫酸钠的投加(0600 mg/L),NRR均领先其他电流密度。
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