短程硝化反硝化工藝過程控制及N2O釋放研究.pdf

1、短程硝化反硝化生物脫氮工藝是近年來發(fā)展的一種新型生物脫氮工藝。相比于傳統(tǒng)的生物脫氮工藝，具有節(jié)約曝氣量和碳源等優(yōu)勢。系統(tǒng)深入的研究短程硝化反硝化工藝的原理、調(diào)控及機(jī)制，有助于全面推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的工程化應(yīng)用。然而，短程硝化反硝化過程中產(chǎn)生的高濃度亞硝酸鹽積累被認(rèn)為是氧化亞氮(N2O)產(chǎn)生的重要原因。目前，關(guān)于短程硝化反硝化工藝在N2O的釋放尚缺乏系統(tǒng)的研究。因此，明確短程硝化反硝化工藝的過程控制及其運(yùn)行條件下N2O產(chǎn)生規(guī)律和釋放特性，對(duì)進(jìn)一

2、步了解該工藝并認(rèn)識(shí)該工藝，具有一定的理論意義。
　　針對(duì)以上問題，本論文開展了高氨氮廢水條件下短程硝化反硝化工藝的過程調(diào)控及N2O釋放研究，分析和考察了短程硝化反硝化反應(yīng)器影響因素及亞硝酸鹽積累的作用機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了短程硝化活性污泥和顆粒污泥工藝的啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行，探索了短程硝化運(yùn)行模式下的污泥胞外多聚物(EPS)物化特性，分析了短程硝化工藝N2O釋放效應(yīng)，為實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)良的生物脫氮性能和減少N2O溫室氣體釋放提供依據(jù)，主要結(jié)論如下:

3、r>　　(1)通過提高進(jìn)水氨氮負(fù)荷的控制策略，實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化和亞硝化工藝的啟動(dòng)與轉(zhuǎn)化。經(jīng)過150天的連續(xù)運(yùn)行，短程硝化和亞硝化工藝分別在進(jìn)水氨氮為400 mg/L和720 mg/L的濃度下成功實(shí)現(xiàn)。采用縮短沉降時(shí)間的控制策略，SVI指數(shù)逐漸由127.4 mL/g降低到63.4 mL/g，并且污泥平均粒徑有29.5μm增加到195.6μm。利用熒光原位雜交(FISH)技術(shù)證實(shí)了反應(yīng)器氨氧化菌(AOB)的富集和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)的

4、洗脫。FA和FNA的聯(lián)合調(diào)控是反應(yīng)器NOB菌種活性受到抑制的主要原因。
　　(2)分析了進(jìn)水pH、DO濃度和COD/N等參數(shù)對(duì)短程硝化反硝化工藝長期穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，控制較高的DO濃度可以快速的破壞反應(yīng)器的亞硝酸鹽積累（階段Ⅰ）;通過提高進(jìn)水pH7.5到8.3，反應(yīng)器亞硝酸鹽積累率(NAR)由1.68±1.51％恢復(fù)至35.46±7.86％(階段Ⅱ和Ⅲ);較低的DO濃度(0.5-1.0 mg/L)可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器穩(wěn)定的亞硝酸鹽

5、積累和較高的NAR（階段Ⅳ）;改變COD/N比會(huì)對(duì)短程硝化反應(yīng)器造成長期的影響，并且恢復(fù)時(shí)間較長（階段Ⅴ和Ⅵ）。FISH結(jié)果表明，AOB是短程硝化工藝運(yùn)行過程中的優(yōu)勢菌種。此外，污泥沉降性能通過縮短沉降時(shí)間的控制得到了有效改善，SVI指數(shù)由115.6 mL/g逐漸下降到56.6 mL/g，而污泥平均粒徑由74.57μm改善到428.8μm。
　　(3)解析了短程硝化反硝化工藝實(shí)現(xiàn)過程中的胞外多聚物(EPS)物化特性，在此基礎(chǔ)上分析

6、了短程硝化反應(yīng)器穩(wěn)定階段的N2O釋放特性。通過低DO實(shí)現(xiàn)短程硝化的控制策略，反應(yīng)器出水NH4+-N濃度始終低于1 mg/L，出水NO2--N和NO3--N濃度穩(wěn)定在139.82±11.19 mg/L和26.81±6.76 mg/L。污泥平均粒徑由102.6μm增加至258.5μm。污泥EPS的主要成分，包括蛋白質(zhì)和多糖，濃度分別增加至65.46±3.27 mg/g VSS和21.63±1.08 mg/g VSS。三維熒光光譜(3D-EE

7、M)表明，短程硝化污泥EPS的主要成分為色氨酸蛋白類和腐殖酸類物質(zhì)。穩(wěn)定運(yùn)行階段，N2O釋放量為N去除的11.67％。
　　(4)考察了短程硝化和全程硝化顆粒污泥處理高氨氮廢水過程中的N2O釋放特性。穩(wěn)定運(yùn)行階段，對(duì)比顆粒污泥反應(yīng)器對(duì)氨氮去除率分別為98.73±0.75％和99.15±0.44％。出水亞硝酸鹽和硝酸鹽分別是兩類反應(yīng)器的優(yōu)勢N化合物，并且短程硝化顆粒污泥的亞硝酸鹽積累率為87.79±2.03％。兩者在總氮(TN)去除

8、方面表現(xiàn)出明顯的差異，短程硝化的TN去除率（41.84±3.35％）明顯優(yōu)于全程硝化反應(yīng)器（19.91±2.12％）。典型運(yùn)行周期數(shù)據(jù)表明，N2O釋放量占短程硝化顆粒污泥反應(yīng)器進(jìn)水N負(fù)荷的11.48％，這一數(shù)值要比全程硝化反應(yīng)器的釋放量高約1.5倍(7.47％)。
　　(5)明確了短程硝化和全程硝化運(yùn)行模式下的活性污泥EPS差異，采用3D-EEM、熒光區(qū)域積分（FRI）、分子量分布和紅外光譜對(duì)污泥LB-EPS和TB-EPS進(jìn)行了定

9、性和定量分析。穩(wěn)定運(yùn)行階段，對(duì)比短程和全程SBR反應(yīng)器NH4+-N去除率分別為99.79±0.08％和99.68±0.20％，短程硝化NAR數(shù)值為88.35±0.96％，TN去除率分別為40.00±1.44％和17.49±0.18％。短程硝化污泥LB-EPS和TB-EPS含量均高于全程硝化污泥。3D-EEM識(shí)別了LB-EPS和TB-EPS的熒光強(qiáng)度和峰位位置，表明兩組EPS的主要化學(xué)組成具有一定的差異，F(xiàn)RI表明可溶性微生物代謝產(chǎn)物（區(qū)