低C/N氨氮废水的沸石SBR反应器亚硝化性能及其耦合厌氧氨氧化脱氮研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haose1989
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众多氨氮废水中,低C/N氨氮废水的低碳高效脱氮一直是废水处理领域研究的重点和难点。与传统硝化反硝化生物脱氮工艺相比,部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺耗氧量低、碱度投加少、无需外加有机碳源、能大幅减少温室气体N2O的排放,在低C/N氨氮废水处理领域具有广阔的应用前景。寻找高效稳定的亚硝化调控手段是该工艺技术推广应用的关键和难点所在。基于上述问题,本研究使用沸石SBR反应器(ZSBR)启动亚硝化,考察了ZSBR处理低C/N氨氮废水的稳定性,并将其与厌氧氨氧化上流式厌氧过滤床反应器(UBF)进行联合处理低C/N氨氮模拟废水,研究其处理效能,旨在为低C/N氨氮废水的实际处理提供理论基础和技术参考。ZSBR反应器仅运行14个周期便成功启动了亚硝化,亚硝氮积累率(NAR)稳定在97%以上。成功启动亚硝化后,重点探究了ZSBR在不同进水C/N(COD/NH4+-N)和有机物种类条件下的运行特性。单因素试验结果表明,整个试验过程中,NAR始终维持在较高水平,但进水中加入有机物会影响ZSBR反应器的亚硝氮产率(NPR)。进水COD/NH4+-N值从0升至1.5时,反应器NPR从0.43±0.07 kg NO2--N/(m~3·day)下降至0.05±0.04 kg NO2--N/(m~3·day);控制进水C/N相同,进水有机物种类为葡萄糖、乙醇、乙酸钠条件下反应器NPR分别为0.30±0.03 kg NO2--N/(m~3·day),0.27±0.02 kg NO2--N/(m~3·day)和0.24±0.01 kg NO2--N/(m~3·day)。通过高通量测序技术发现,Nitrosomonas菌属在ZSBR中具有较高的相对丰度,这是保障亚硝化的关键,但有机物的加入使Nitrosomonas菌属相对丰度变低,亚硝化效果变差。同时,有机物的加入也使ZSBR中出现反硝化细菌的常见菌属Thauera。通过研究分析,总结了ZSBR亚硝化的实现和有机物影响亚硝化性能的可能机制。游离氨(FA)对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制作用是ZSBR实现稳定亚硝化的关键。但在进水中加入有机物会造成ZSBR中NPR的改变。一方面,有机物的存在为ZSBR中异养细菌的繁殖提供了能量,异养细菌与硝化细菌竞争反应所需要的溶解氧,导致硝化反应速率降低;另一方面,由于SBR工艺的特殊性,有机物的存在使反应器中发生反硝化反应,部分积累的NO2--N被消耗。使用ZSBR部分亚硝化-UBF厌氧氨氧化组合工艺处理低C/N氨氮废水发现,进水NH4+-N浓度300 mg/L,COD浓度150 mg/L的模拟废水经该组合工艺处理后,出水NH4+-N最低可达0.02 mg/L,对应的平均氨氮去除率(ARE)和氨氮去除负荷(ARR)分别为98.7±1.2%和0.59±0.02 kg N/(m~3·day),最高可达99.9%和0.62 kg N/(m~3·day)。同时,组合工艺平均总氮去除率(NRE)和总氮去除速率(NRR)分别可达88.9±1.7%和0.53±0.02 kg N/(m~3·day)。ZSBR部分亚硝化-UBF厌氧氨氧化组合工艺在处理低C/N氨氮模拟废水(C/N=0.5)中表现出良好的脱氮性能。
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