碳源对SBBR处理校园生活污水N2O释放影响试验

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近年来,水体富营养化问题日益严峻。污水生物脱氮工艺由于具有运行成本低、操作条件温和、工艺简单、脱氮效果好等优点不断受到关注和发展。然而,研究发现生物脱氮过程中会产生大量的N2O,是重要的人为排放源之一。N2O作为重要的温室气体之一,其增温潜势是CO2的190300倍,对全球温室效应的贡献率约占5%-6%,且其对臭氧层的破坏作用也不容忽视。碳氮比是影响污水生物脱氮过程中污染物的去除和N2O释放的重要因素。我国的城镇生活污水水质存在有机质浓度偏低、氨氮浓度较高的特点,尤其是南方某些城市,生活污水中BOD5通常在100mg/L以下,导致生物脱氮系统不能正常运行。国内外关于碳源对生物脱氮和N2O释放的影响已有不少报道,然而以SBBR为对象的研究却比较缺乏。该文以SBBR为研究对象,研究了碳源对SBBR系统处理校园宿舍生活污水过程中污染物去除、脱氮特性和N2O释放的影响,主要研究内容和结论如下:(1)开展了进水C/N为2.51、3.56、4.45、5.53、6.58、7.47条件下SBBR系统脱氮特性和N2O释放特性的试验研究。试验原水的平均COD、TN、NH4+-N浓度分别为168.28mg/L、57.98mg/L、54.45mg/L,通过在缺氧段初期投加碳源改变进水碳氮比。试验设定SBBR的水力停留时间为10h,其中前期缺氧3h,后期曝气6h,沉淀1h。结果表明:1)随着C/N的增加COD去除率先升高后降低,不同进水C/N条件下COD降解规律相似,去除率均保持在84%以上,出水浓度基本维持在2124mg/L。2)不同C/N下NH4+-N在缺氧段和好氧段均有不同程度的降解,其中好氧段的硝化过程是其降解的主要途径。当进水C/N由2.51升高到4.45时,NH4+-N去除率由75.32%迅速增加到87.44%,出水浓度由13.62mg/L下降到7.09mg/L;当C/N大于4.45后,出水NH4+-N浓度维持在6.37mg/L左右,去除率稳定在88.62%左右。3)TN的去除主要集中在缺氧段,缺氧段前1小时完成了TN的大部分降解,占总去除率的66%以上。提高进水C/N有利于好氧段和缺氧段TN去除率的提高,当C/N由2.51增加到6.58时,TN去除率由24.16%迅速增加到75.22%,出水浓度由46.45mg/L降低到15.33mg/L;当C/N大于6.58时,TN去除率增长速率变慢,去除率稳定在76.27±1.03%。4)N2O气体的释放主要来源于好氧段的硝化作用。当C/N为2.51和7.47时每4.5L污水的N2O累积释放量和N2O转化率分别为0.70mg和3.91mg、1.14%和6.94%,相差5.08倍。为保证SBBR系统出水水质满足《城镇污水厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标的要求以及实现N2O减排,运行时控制进水C/N为6.58比较合理。(2)开展了碳源一次性投加和分段投加方式下SBBR系统脱氮特性和N2O释放特性的试验研究。试验采取缺氧/曝气连续交替运行的方式进行,停曝比为1h:2h,沉淀1h,HRT为10h。在总C/N一定的前提下,在各缺氧段开始时投入相应的甲醇量。结果表明:1)不同投加方式下,系统的COD浓度在碳源投加后30min内迅速下降,去除率在62%以上。一次性投加和分段投加方式下都能获得良好的COD去除效果,出水COD浓度分别为20.12mg/L和22.56mg/L,去除率分别为94.92%和94.27%。2)碳源一次性投加时,TN的降解过程主要集中在缺氧段1、缺氧段2和好氧段1;碳源分段投加时,其降解过程主要集中在各缺氧段。当总C/N一定的前提下,一次性投加和分段投加的TN平均去除率分别为75.72%和83.33%。3)不同投加方式下NH4+-N的降解趋势基本相同,其降解过程主要集中在好氧段1、好氧段2和缺氧段1。一次性投加和分段投加下NH4+-N的平均去除率分别为88.46%和93.49%。分段投加时好氧段DO和p H值均维持在适宜范围,有利于硝化速率和NH4+-N去除率的提高。4)SBBR脱氮过程中N2O主要产生于硝化过程,其产生量占释放总量的80.18%84.5%。硝化过程中N2O的释放速率随着NO2--N浓度的增加而增加,不同投加方式的N2O的释放速率的最大值均出现在各好氧段结束时。一次性投加和分段投加时每4.5L污水的N2O累积释放量和转化率分别为4.0mg和2.17mg、6.26%和3.40%,分段投加有利于保证SBBR脱氮效果以及实现N2O的控制。论文研究结果可为针对碳源投加量和投加方式的SBBR的N2O减量化控制和N2O产生途径研究提供理论依据。
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