论文部分内容阅读
部分亚硝化——厌氧氨氧化和短程硝化——反硝化是近年研发的短程生物脱氮工艺,具有需氧量低、有机碳源投加量少、生物反应历程短、污泥产量低等优点,尤其适用于高氨氮、低COD/N废水的处理,被誉为“可持续生物脱氮工艺”。短程硝化是指将氨氮氧化控制于亚硝酸盐阶段,其出水可直接作为短程反硝化的进水;部分亚硝化是指将大约50%的氨氮氧化为亚硝酸盐,其出水可直接作为厌氧氨氧化的进水。目前,有研究通过低溶解氧、缩短水力停留时间（HRT）等方法控制并实现部分亚硝化,但存在稳定性差且增大了强温室气体——氧化亚氮（N2O）的释放,使污染物由水环境转嫁到大气环境中,大大降低了其脱氮处理的可持续性。本课题以人工配水为处理对象,以普通活性污泥为接种污泥,采用小试SBR反应器,在常温条件下分别启动并实现了（部分）亚硝化和亚硝酸型反硝化的稳定运行。在此基础上,一方面在好氧（不限制溶解氧）条件下考察了HCO3-/NH4+-N等因素对氨氧化进程的影响,并获得了基于碱度的（部分）亚硝化的稳定控制策略与方法。另一方面,研究了亚硝酸型反硝化过程中N2O释放特性以及p H值、COD/N对亚硝酸型反硝化脱氮过程中N2O释放的影响规律,为亚硝酸型反硝化过程中N2O的减量化控制提供了理论基础,所得成果如下:（1）好氧条件下,进水HCO3-/NH4+-N是氨氧化进程的重要影响因子。当HCO3-/NH4+-N为0.5和1时,氨氧化反应不彻底,氨氮的转化率分别为34%、58%;随着HCO3-/NH4+-N的增加,氨氮的氧化率不断提高,当HCO3-/NH4+-N为1.5和2时,氨氧化反应彻底,氨氮的转化率均为100%。因此,通过控制进水HCO3-/NH4+-N可获得稳定的部分亚硝化出水。（2）维持进水HCO3-/NH4+-N不变并通过改变进水p H值以及将HCO3-替换为HPO42-分别研究了碱度及碳源对氨氧化进程的影响,结果表明,系统内的氨氧化细菌仅利用曝气过程提供的少量的二氧化碳就可以保证氨氧化菌（AOB）生长所需碳源,进水的CO2-HCO3--CO32-体系在亚硝化过程中主要是提供了缓冲作用。（3）当进水BOD/NH4+-N由0.5升高至1、2、3、4时,氨氮的氧化率由38%下降至23%。进水中含有的BOD会影响亚硝化的氨氧化进程,进而影响反应器性能,是因为有机物氧化过程中产生的二氧化碳会使系统的缓冲能力降低,造成氨氮的转化率下降。（4）利用SBR反应器,以普通活性污泥为种泥,采用逐步提高SBR的进水NO2--N浓度（由20 mg·L-1提高至500 mg·L-1）的方法,出水NO2--N、NO3--N浓度接近0 mg·L-1,表明在SBR中成功实现了亚硝酸型反硝化。系统稳定运行期间,反硝化脱氮率达98%。（5）亚硝酸型反硝化SBR启动前后,污泥形态变化:接种污泥结构松散,丝状菌很多;驯化后污泥形态一致,主要由短杆菌组成,菌体饱满,没有发现丝状菌。DGGE条带显示驯化前污泥菌种多样性丰富,驯化后优势菌种变少。测序结果显示亚硝酸型反硝化系统中红杆菌属Rhodobacter,陶厄式菌属Thauera sp.等典型反硝化菌成为系统中优势微生物。（6）研究结果得到了不同进水p H值（7.1、8.2和9.3）对亚硝酸型反硝化系统N2O释放的影响。结果表明,随着p H值增大N2O释放量逐渐减小。p H值依次为7.1、8.2、9.3时,N2O释放量依次为0.564、0.200、0.070 mg,N2O-N转化率（N2O-N释放量/进水NH4+-N量）分别为0.5、0.2、0.006%。（7）研究得到了不同COD/N（0、0.375和2）对亚硝态氮反硝化系统N2O释放特性的影响。当COD/N分别为0、0.375及2时,N2O释放量依次为3.45、4.64、0.22 mg,N2O-N转化率（N2O-N释放量/系统去除的NOX--N量）依次为6.00、5.13、0.21%。