磁性顆粒誘導(dǎo)厭氧氨氧化菌富集及自營養(yǎng)脫氮體系快速啟動研究.pdf

1、氮元素是污染水體的主要元素之一，廢水脫氮處理可有效防止水體富營養(yǎng)化。傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝中的硝化過程需要曝氣供氧，低有機(jī)物濃度廢水在反硝化過程需外加碳源，這些都增加了此工藝的能耗與處理成本。厭氧氨氧化反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，為高效低耗的生物脫氮工藝奠定了基礎(chǔ)。厭氧氨氧化菌以二氧化碳作為碳源，以亞硝酸鹽作為電子受體將氨氮氧化，這極大的降低了污水廠的曝氣與碳源投加成本。但厭氧氨氧化菌的世代周期較長，對生存環(huán)境要求苛刻，導(dǎo)致厭氧氨氧化技術(shù)推廣緩慢。

2、>　　本課題針對厭氧氨氧化工藝啟動較慢的問題，探究了投加磁性材料溶液中磁場的分布規(guī)律，并以此為基礎(chǔ)制備出改進(jìn)型磁性顆粒。利用溶液中磁性顆粒的磁場誘導(dǎo)厭氧氨氧化菌富集，促進(jìn)氨氧化菌（AOB）與厭氧氨氧化菌的耦合，開展自營養(yǎng)脫氮體系的快速啟動研究。取得主要研究成果如下：
　　通過容器外安裝磁鐵等方式形成的外加磁場，反應(yīng)器內(nèi)的磁場強(qiáng)度分布不夠均勻，磁場強(qiáng)度隨測試點(diǎn)與磁場源的距離增加而快速衰減；將磁場源以磁粉方式加入溶液中，能有效提升反應(yīng)

3、器內(nèi)磁場分布的均勻性。容器內(nèi)投加Fe3O4（11.68~54.97um粒徑）、Fe3O4（20nm粒徑）、鐵鈷鎳(178 um粒徑)三種磁粉時，其內(nèi)平均磁場強(qiáng)度均隨投加磁粉質(zhì)量（20~120g/L）的增加而增加。同等投加質(zhì)量條件下，三種磁粉產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度在溶液中均有所下降。Fe3O4（11.68~54.97um粒徑）磁粉產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度高于Fe3O4（20nm粒徑）磁粉產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度小于鐵鈷鎳磁粉產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，但鐵鈷鎳磁粉在水中易被氧化

4、而引起磁場強(qiáng)度的下降。因此Fe3O4（11.68~54.97um粒徑）磁粉更適于作為反應(yīng)器內(nèi)加磁場源材料。試驗(yàn)中嘗試采用Fe3O4（11.68~54.97um粒徑）磁粉、水泥等材料制備粒徑1mm~2mm的磁性顆粒，制備的磁性顆粒可進(jìn)一步提高反應(yīng)器內(nèi)的磁場強(qiáng)度，磁性顆粒相較于磁粉具有更高的比表面積，有利于微生物的富集，也大大減少了磁性材料的流失。
　　研究了在磁性顆粒誘導(dǎo)下不同磁場強(qiáng)度對厭氧氨氧化菌富集規(guī)律。將六組不同質(zhì)量的磁性顆粒

5、置于改裝的小試裝置中，形成的磁場強(qiáng)度依次為：0.00mT、0.30mT、0.60mT、0.78mT、0.95mT、1.10mT。經(jīng)過60天的厭氧小試培養(yǎng)后，檢測進(jìn)水36h后水質(zhì)的變化。結(jié)果表明，當(dāng)磁場強(qiáng)度為0.78mT時總氮去除效果最佳，容積負(fù)荷為0.304kg/m3· d。磁場強(qiáng)度增加至0.95mT、1.10mT時，容積負(fù)荷下降至為0.26kg/m3·d。
　　采用對比小試方式研究了不同磁場強(qiáng)度、接種污泥與進(jìn)水氨氮濃度條件下，厭

6、氧氨氧化菌的富集規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行穩(wěn)定后厭氧反應(yīng)器內(nèi)磁場強(qiáng)度在0.30mT~0.78mT范圍內(nèi)總氮去除率得到提升。當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)磁場強(qiáng)度分別為0.78mT、0.95mT、1.10mT時，分別接種硝化污泥與反硝化污泥進(jìn)行厭氧氨氧化菌富集對比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)接種反硝化污泥反應(yīng)器的氨氮去除效果略優(yōu)于接種硝化污泥的反應(yīng)器。在反應(yīng)器接種反硝化污泥且其磁場強(qiáng)度分別為0.78mT、0.95mT、1.10mT的條件下，研究了氨氮濃度為20~45mg/L、50~

7、75mg/L時對厭氧氨氧化菌富集的影響，研究發(fā)現(xiàn)高氨氮進(jìn)水反應(yīng)器的生成硝態(tài)氮與去除氨氮之比較接近以厭氧氨氧化反應(yīng)為主導(dǎo)時的理論值。
　　試驗(yàn)中采用序批式反應(yīng)器研究了自營養(yǎng)脫氮反應(yīng)器的啟動規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)采用厭氧氨氧化菌富集污泥與反硝化污泥混合接種方式相較于單純接種反硝化污泥方式能更快速啟動自營養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，且其總氮去除能力更優(yōu)。pH值為8.5~8.9時會抑制厭氧氨氧化菌的活性，引起反應(yīng)器亞硝態(tài)氮的積累。自營養(yǎng)脫氮反應(yīng)器的最優(yōu)溶解氧濃

8、度是0.5~0.9mg/L。溶解氧濃度過低會抑制鹽硝酸鹽氧化菌的活性，使得反應(yīng)器內(nèi)亞硝酸鹽不足，抑制厭氧氨氧化反應(yīng)。溶解氧過高會抑制厭氧按氧化菌的活性，同樣會影響到厭氧氨氧化反應(yīng)。
　　對不同階段且不同培養(yǎng)條件下的污泥進(jìn)行分子生物學(xué)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：1）接種的硝化污泥和反硝化污泥的相似性達(dá)到55.3％，通過兩個月的厭氧運(yùn)行相似性下降至27.7%；2）通過PCA分析圖看出，培養(yǎng)條件相近其微生物種群的相似性也較高；3）接種污泥在厭氧條件下