厭氧氨氧化反應(yīng)器的啟動優(yōu)化和過程調(diào)控研究.pdf

1、厭氧氨氧化工藝可在氮循環(huán)中實(shí)現(xiàn)“短程”現(xiàn)象，以亞硝態(tài)氮作電子受體直接將氨氮氧化成氮?dú)?，無需提供有機(jī)碳源和氧氣，工藝流程短、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行調(diào)控簡單，同時(shí)避免了CO2、N2O等溫室氣體的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了高效低耗，在可持續(xù)發(fā)展及循環(huán)經(jīng)濟(jì)方面具有廣闊前景。
　　但受限于菌種自身一些缺點(diǎn)和問題，該工藝的進(jìn)一步推廣及應(yīng)用受到了顯著影響。一是厭氧氨氧化菌的倍增時(shí)間（t1/2=ln2/μmax）約為11天，最大生長比速率（μmax）也僅為0.065

2、 d-1，啟動耗時(shí)較長。二是厭氧氨氧化菌需要嚴(yán)格的生長代謝環(huán)境，如溶解氧大于0.5 mg/L時(shí)即能抑制厭氧氨氧化活性。
　　隨著認(rèn)識的不斷深入和研究的不斷發(fā)展，研究人員已經(jīng)探索設(shè)計(jì)出了一系列可用于厭氧氨氧化快速啟動的方案，主要思路如下:(1)改進(jìn)或構(gòu)建合適的反應(yīng)器，盡可能減少其中生物量的流失;(2)創(chuàng)造合適的培養(yǎng)環(huán)境和培養(yǎng)條件，優(yōu)化其生長代謝的環(huán)境;(3)選取適宜的接種污泥，提高接種污泥的質(zhì)量。
　　本論文擬從改良培養(yǎng)生境和

3、強(qiáng)化截留污泥能力的角度出發(fā)，對厭氧氨氧化工藝的啟動優(yōu)化及過程調(diào)控進(jìn)行研究，以期為該工藝的推廣應(yīng)用提供理論支持及技術(shù)參考。一方面，通過向反應(yīng)器內(nèi)投加零價(jià)鐵(ZVI)來強(qiáng)化厭氧氨氧化反應(yīng)器，零價(jià)鐵可促進(jìn)微生物生長增殖，還可通過還原能力消耗溶解氧，創(chuàng)造最適生境，從而縮短厭氧氨氧化的啟動用時(shí)并提高氮素去除負(fù)荷。另一方面，通過采用新型無紡布MBR，減少污泥流失，實(shí)現(xiàn)生物量保持，從而加速厭氧氨氧化啟動，并通過生物膜的作用提高氮素去除負(fù)荷。同時(shí)針對二

4、者存在的污泥流失和總氮去除率低問題，構(gòu)建ZVI組裝厭氧氨氧化反應(yīng)器（下端固定海綿鐵，上端固定聚酯海綿），在實(shí)現(xiàn)污泥截留的同時(shí)，提高總氮去除率。主要結(jié)論如下:
　　(1)投加零價(jià)鐵（微米級零價(jià)鐵mZVI、納米級零價(jià)鐵nZVI）可顯著加速啟動厭氧氨氧化工藝，特別是nZVI，可在84天內(nèi)完成啟動，用時(shí)縮短約33％。零價(jià)鐵的投加可顯著增加微生物在厭氧氨氧化成熟階段的胞外聚合物分泌量，其中nZVI效果尤為顯著。150天時(shí)，投加mZVI和nZ

5、VI的反應(yīng)器內(nèi)微生物EPS量分別達(dá)142.8和149.3 mg/g VSS。零價(jià)鐵的投加還可顯著促進(jìn)厭氧氨氧化菌的增殖，qPCR結(jié)果顯示:投加mZVI和nZVI可使厭氧氨氧化片段數(shù)由1.82×107增高至1.09×108和1.44×108 copies/ml。
　　(2)兩種MBR均可有效減少生物量流失，運(yùn)行時(shí)間內(nèi)tMBR出水SS均小于15 mg/L; nMBR出水SS均小于35 mg/L，形成附著生物膜后，其出水SS可降低至7

6、mg/L。使用tMBR在56天可實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化啟動，但其氮素去除效率不穩(wěn)定;而nMBR44天即可實(shí)現(xiàn)啟動，隨HRT的縮短，在短暫波動后即可穩(wěn)定脫氮，氮去除負(fù)荷最高可達(dá)245.4 mg N/L/d。與tMBR相比，使用nMBR可形成明顯生物膜，后期幾乎不存在懸浮態(tài)污泥。
　　(3)使用新型ZVI組裝反應(yīng)器可在低氮素負(fù)荷條件下，16天內(nèi)兩反應(yīng)器均實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化活性恢復(fù)。在較高污泥濃度條件下，該新型反應(yīng)器特別是負(fù)載有海綿鐵的R1對冬季低