基于MBR反应器短程硝化工艺快速启动的研究

来源 :苏州科技大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:lu_bright_zhang
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短程硝化是一项新型高效的生物污水处理技术,较之传统全程硝化有着减少曝气时间和污泥产量等无可比拟的优越性。然而,氨氧化细菌生长环境严苛,容易流失,加大了短程硝化工艺快速启动的难度。膜生物反应器(MBR)具有高效的截留作用,有利于富集生长缓慢的微生物。基于此,本研究选用完全混合反应器(CSTR)和MBR反应器,探究两者在短程硝化快速启动特征方面的差异,从而进一步考察有利于快速启动MBR短程硝化的碳源和泥源。整个研究过程中,采用常规水质分析和微生物分析两种手段相结合的方法,以期为快速启动短程硝化提供更完善的理论依据。本论文研究结果如下:(1)为获得快速启动短程硝化的生物反应器,采用CSTR和MBR反应器,考察其短程硝化快速启动的特征差异。结果表明:在温度为30℃±1℃,pH为7.58.0,DO为0.61.0 mg·L-1,结合缺氧/好氧比为1:3(15 min:45 min)和缩短HRT,CSTR和MBR分别运行56 d和44 d成功启动短程硝化,MBR启动周期较短。运行至第14 d、第28 d和第56 d时,CSTR和MBR亚硝累积率平均为51%、66%、89%和50%、71%、93%,硝酸盐氮生成速率(以NO3--N/MLVSS计)依次为7.4、4.0、1.7和7.6、3.5、1.0 mg·(g·h)-1,MBR在第28 d和第56 d表现出较高的亚硝累积率和较低的NO3--N产率,有利于短程硝化的快速启动。整个运行过程中,两个反应器内的亚硝化污泥均呈黄色,SVI在55110 mL·g-1,MLVSS/MLSS稳定在0.60.8左右,良好的污泥性能为CSTR和MBR短程硝化的快速启动创造了有利条件。短程硝化启动成功后,CSTR和MBR反应器微生物丰度和多样性均大幅下降,且较之CSTR反应器,MBR反应器微生物数量和多样性较高。变形菌门(Proteobacteria)是CSTR和MBR短程硝化反应器内的优势菌门,分别为42.1%和44.2%。同时,从属水平可以检测到,CSTR和MBR反应器内AOB菌属均为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),分别为10.4%和12.8%。(2)为明确快速启动MBR短程硝化的合适碳源,分别在进水含有有机碳源和仅含有无机碳源情况下,考察其短程硝化快速启动的特征差异。结果表明:在相同的进水水质和运行条件下,MBR自养反应器运行52 d成功启动短程硝化,相较于MBR异养反应器的44 d,启动周期较长。稳定运行阶段,MBR异养和自养反应器硝酸盐氮生成速率(以NO3--N/MLVSS计)分别为1.0和2.0 mg·(g·h)-1,亚硝累积率平均为93%和86%,两者均成功启动短程硝化,且MBR异养反应可以获得较为稳定的亚硝化。整个运行过程中,MBR自养反应器SVI值稳定在5585mL·g-1,MBR异养反应器SVI值稳定在55110mL·g-1,两个反应器MLVSS/MLSS在0.60.85范围内波动,确保了短程硝化的快速启动。相较于接种污泥,MBR异养和自养反应器运行56 d的污泥样品中微生物丰度和多样性均呈下降趋势,且MBR自养反应器下降幅度较大。短程硝化启动成功后,MBR异养和自养反应器中变形菌门在纲水平下的优势群落均为β-变形菌纲,分别为59.6%和55.1%。亚硝化单胞菌属是两个反应器内的优势菌属,MBR异养反应器内可达12.8%,高于MBR自养反应器的12.1%。仅在MBR自养反应器检测出较少比例的Nitrospira、Terrimonas菌属,分别为1.1%和4.6%。(3)为探究快速启动MBR短程硝化的最佳泥源,分别接种厌氧亚硝化污泥(R1)和1:1混合接种污泥(厌氧亚硝化污泥:反硝化污泥)(R2),考察其短程硝化快速启动的特征差异。结果表明:在相同的进水水质和运行条件下,R1和R2反应器分别运行8 d和30 d成功启动短程硝化。相较于接种普通污泥,两者启动时间均较短,且1:1混合接种污泥(R2)更具有可行性。启动成功稳定运行阶段,R1和R2的亚硝累积率平均为92%和94%,硝酸盐氮生成速率(以NO3--N/MLVSS计)分别为0.9和0.7 mg·(g·h)-1,R2反应器的短程硝化更为稳定。通过56 d的运行,R2反应器污泥沉降性能较好,SVI在7095 mL·g-1,MLVSS/MLSS稳定在0.650.85左右。由ACE、Chao、Shannon和Simpson指数可知,短程硝化启动之后,R1反应器微生物种群丰度、多样性明显降低,而R2反应器内微生物丰度下降,多样性变化不大。运行56 d之后,R1和R2反应器内的主要菌门为变形菌门、拟杆菌门和绿弯菌门,其中变形菌门为优势菌门,分别为48%和54.7%;优势菌属为亚硝化单胞菌属,分别为20.2%和19.7%。此外,R1和R2反应器接种污泥中主要优势菌属为陶厄氏菌属(Thauera)和副球菌属(Paracoccus),启动成功的短程硝化反应器中两者丰度值均大幅下降。
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