UASB-MBR工藝短程硝化-同時甲烷化反硝化研究.pdf

1、在能源緊缺，全球氣候變暖的情況下，節(jié)能減碳和高效的污水治理技術已經(jīng)成為研究的熱點與重點。本研究采用UASB-MBR組合工藝系統(tǒng)試圖在實現(xiàn)同時有機碳與氮去除的前提下，最大化保證厭氧產(chǎn)甲烷的功能，目的在于為新加坡新生水廠提供可靠的進水來源，同時也為低濃度市政污水處理開辟一條高質、高效、產(chǎn)能的新路徑。 本研究中，MBR被選為UASB出水的后處理設施，在保障高效穩(wěn)定的出水質量的前提下，實現(xiàn)污水中NH4+-N的氨氧化-硝化過程；而前置的

2、UASB系統(tǒng)既要實現(xiàn)水體中反硝化的去除氮的功能，又要最大限度的保證UASB產(chǎn)甲烷的優(yōu)勢。鑒于甲烷化與反硝化是由兩類相互獨立的厭氧微生物完成，并且反硝化的底物以及中間產(chǎn)物對甲烷化有較大的抑制與毒害作用。因此，在組合系統(tǒng)操作前，首先采用批試驗的方法研究反硝化對甲烷化的抑制作用和甲烷菌的適應能力。試驗結果顯示：當?shù)孜镏械腘O2--N濃度高于15mg/L時，能對有機碳的降解速率產(chǎn)生一定的抑制作用；而當以NO3--N為反硝化底物時，顯著的抑制作用

3、發(fā)生在底物濃度高于60mg/L時；NO2--N比NO3--N對厭氧條件下有機碳的降解具有更強的抑制作用。但是以NO2--N為底物的反硝化過程具有較快的反應速率，相對抑制作用時間短，且對于環(huán)境pH和溫度的適應范圍更廣。 為了進一步驗證同時甲烷化/反硝化的長期穩(wěn)定性與可行性，本試驗中以不同濃度的反硝化底物NO2--N為代表，進行了長期抑制或適應性實驗研究。結果顯示：在較低的NO2--N濃度條件下，厭氧系統(tǒng)能夠很好的實現(xiàn)有機碳與氮去

4、除，并且甲烷的產(chǎn)生與回收利用僅受到較小的影響；而在較高NO2--N濃度條件下，盡管有機碳與氮的去除效率不變，但是產(chǎn)生的氣體中以N2為主，破壞了厭氧產(chǎn)能的功能。DGGE指紋圖譜也證明高NO2--N濃度條件下，系統(tǒng)中菌群分布以及優(yōu)勢菌群發(fā)生了顯著的變化。因此，要想在厭氧系統(tǒng)中實現(xiàn)反硝化的同時回收利用甲烷，就只能在相對較低的NO2--N濃度下進行，換言之，這種脫碳、脫氮、產(chǎn)能的一體化過程只適用于處理低氮負荷的廢水。 因此，UASB-

5、MBR組合工藝的操作適用于低濃度生活污水處理，不同運行條件的調(diào)查結果顯示：隨著循環(huán)比從50％增加到800％的過程中，TN的去除效率從48.1％增加到82.8％；在系統(tǒng)實現(xiàn)較高的有機碳與氮去除的同時，甲烷生成沒有因為反硝化的引入而受到顯著的影響，這主要是系統(tǒng)中實現(xiàn)了短程硝化反硝化的結果，在確保較低碳源競爭的同時，縮短了對甲烷菌的抑制時間；但當循環(huán)比從400％增加到800％時，TN的去除效率僅輕微增加，較大的上流速率和較高的DO條件卻破壞了

6、UASB系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。因此建議根據(jù)進水中氮含量將循環(huán)比控制在200-400％之間能夠達到比較滿意的效果。同時，研究了MBR中曝氣強度對系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性的影響：在較低的曝氣速率條件下，能夠維持系統(tǒng)中較高的甲烷產(chǎn)量，但是較低的硝化速率抑制了系統(tǒng)中TN的去除表現(xiàn)；在曝氣速率高于2.5L/min時，系統(tǒng)中TN去除能夠達到80％，并且UASB中存在的部分好氧菌，對厭氧環(huán)境起到了一定的保護作用，使得甲烷的產(chǎn)生量隨著DO濃度的升高僅輕微的降低。因

7、此，在控制適當?shù)难h(huán)比和曝氣強度的條件下，這種技術在處理生活污水中是可行的，在完成有機碳與氮去除的同時實現(xiàn)了甲烷氣的回收利用，并且系統(tǒng)污泥產(chǎn)量較低，后處理費用降低。 經(jīng)過進一步的實驗驗證：這種伴隨著甲烷產(chǎn)生的高氮去除過程主要是由于系統(tǒng)中實現(xiàn)了短程硝化反硝化。MBR中NO2--N的累積現(xiàn)象主要是由于活性污泥混合液在厭氧與好氧環(huán)境下的內(nèi)循環(huán)模式，較高的pH值以及較低的C/N比加速了對硝酸鹽氧化菌(NOB)的抑制和淘洗作用而實現(xiàn)的，

8、從而使UASB-MBR組合工藝在處理低濃度生活污水中實現(xiàn)了高出水質量、高處理效率和較高的甲烷能源回收。 最后，針對本UASB-MBR組合工藝中MBR的膜污染形成過程、膜污染物主要成份以及膜污染控制方法進行了初步的研究與探討，結果顯示：該運行條件下MBR的膜污染速率較高，幾乎呈線性增長趨勢，膠體粒子和溶解性有機物，尤其是分子量與膜孔徑相當?shù)奈镔|，比大的污泥絮體更容易沉積到膜表面，形成過濾凝膠層，加速膜污染進程：同時注意到當懸浮液