论文部分内容阅读
针对餐厨垃圾发酵废水氨氮浓度高、脱氮碳源不足的问题,研发餐厨垃圾发酵废水短程硝化脱氮技术。研究以序批式生物膜反应器(SBBR)为研究对象,重点探究了种源、填料类型、微生物生长方式、氨氮提升方式、温度对高氨氮废水短程硝化脱氮系统构建的影响,得出脱氮系统稳定构建的方法和关键控制参数;并利用16S r RNA高通量测序技术,解析了所构建系统的微生物种群结构及优势功能菌属;同时,考察了不同温度下溶解氧浓度(DO)、碳氮比(C/N)、氨氮负荷对系统短程硝化脱氮效能的影响,阐明了游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)在短程硝化脱氮系统中的作用机制,得出了系统高效运行的关键工况参数;在此基础上,探究了在最优工况下,餐厨垃圾发酵废水短程硝化脱氮系统的处理效能,并揭示了系统的微生物作用机制。主要研究结论如下:种源、填料类型、微生物生长方式、氨氮提升方式、温度对高氨氮废水短程硝化脱氮系统的构建影响显著。城镇污水厂脱水污泥系统的短程硝化构建过程更稳定;SBBR系统脱氮效能高于SBR系统;与逐步提升进水氨氮浓度的构建方式相比,直接提升方式构建的系统NOB起始氨氮抑制作用更强,高浓度NO2-的积累成为脱氮的限制因素;与30℃相比,40℃系统积累的NO2-浓度更高,有机物消耗量更高,但脱氮效能较低。接种城镇污水厂脱水污泥、逐步提升氨氮浓度构建的纤维丝组合填料SBBR系统,短程硝化反硝化脱氮效能较佳。30℃系统的NH4+-N、TN、COD去除率及亚硝酸盐累积率(NAR)分别为82.7%±0.1%、78.7%±0.4%、86.2%、88.4±0.9%;40℃系统的NH4+-N、TN去除率及NAR较30℃系统分别下降了3.6%、3.4%、2.7%,而COD去除率升高了6.1%。30℃、40℃下,接种城镇污水厂脱水污泥构建的SBBR系统均为短程硝化、厌氧氨氧化、反硝化等多种脱氮路径耦合的系统。系统中AOB功能菌属主要有Nitrosomonas、Nitrosospira,NOB功能菌属丰度较低,主要有Nitrospira、Nitrobacter;40℃下NOB群落结构有向Nitrospira演替的趋势;同时,30℃、40℃系统中富集的An AOB均为Candidatus Brocadia;构建的系统中反硝化菌由缺氧和好氧反硝化菌属构成,好氧反硝化功能菌属主要有Bacillus、Pseudomonas。30℃、40℃下,DO、C/N、氨氮负荷对高氨氮废水短程硝化脱氮系统效能影响显著,发现系统中厌氧氨氧化协同短程硝化反硝化脱氮。30℃下,在DO为7.0±0.5mg/L、C/N为5.2、氨氮负荷为0.25kg N/(m~3·d)时,系统的短程硝化脱氮效能最佳,TN去除率为85.0%;当氨氮负荷降为0.10kg N/(m~3·d)时,系统中FA和FNA对NOB活性的抑制减弱,硝化路径由短程硝化转向全程硝化。40℃下,在DO为5.0±0.5mg/L、C/N为5.2、氨氮负荷为0.10kg N/(m~3·d)时,系统的短程硝化脱氮效能最佳,TN去除率为89.9%;C/N为5.2时,30、40℃系统仍检测到Anammox活性,分别为1.53、2.10(mg TN/(L·h))。前期FA对NOB的较高抑制及后续的FNA抑制是高氨氮系统实现短程硝化的关键。高温对NOB活性的更强抑制也是40℃系统短程硝化实现的重要因素。FA和FNA抑制也成为限制反应器脱氮效能提升的因素。各单因素最佳条件下,30℃系统的FA抑制率(γFA)峰值及FNA抑制率(γFNA)终值分别为10.0%和6.6%、14.2%和0.3%、0.2%和5.4%;40℃系统分别为21.5%和3.3%、27.6%和0.2%、7.6%和6.1%。40℃系统的FA峰值增加,抑制增强,成为除高温之外的活性抑制因素;但是,40℃系统的Anammox活性也提高。最佳工况下,餐厨垃圾发酵废水短程硝化脱氮效能较高。其中,30℃、40℃系统的NH4+-N、TN、COD去除率分别为99.7%、94.3%±0.1%、91.6%±0.2%和99.5%、96.3%±0.1%、91.7%±0.1%;系统的NAR分别高达95.5%和88.0%以上,表明系统均实现了较高的短程硝化效能。16S r RNA高通量测序结果表明:30℃和40℃脱氮系统内共有的AOB和NOB功能菌属分别为Nitrosomonas、Nitrospira;2个系统中均检测到Anammox功能菌属Candidatus Brocadia。同时,30℃系统的优势反硝化功能菌属为Thauera、Burkholderiales_unclassified、Dechloromonas、Pseudomonas,40℃系统中为Rhodocyclaceae_unclassified、Thermomonas、Dechloromonas、Pseudomonas,包含缺氧和好氧反硝化菌属。