氨氧化細(xì)菌強(qiáng)化倒置反硝化生物池深度處理城市污水中的試研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市用水供需矛盾日益加大。進(jìn)一步開(kāi)發(fā)城市污水，實(shí)現(xiàn)污水資源化和中水回用，對(duì)于保障城市安全供水和環(huán)境資源的可持續(xù)利用具有重大的戰(zhàn)略意義。近年來(lái)，曝氣生物濾池(Biological aerated filter，BAF)技術(shù)在污水處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但作為三級(jí)單元深度處理城市污水，BAF技術(shù)仍然存在硝化細(xì)菌生長(zhǎng)緩慢、脫氮性能不穩(wěn)定等問(wèn)題。生物強(qiáng)化技術(shù)通過(guò)向生物處理系統(tǒng)中引入具有特定功能優(yōu)勢(shì)微生物能夠起到

2、快速增加細(xì)菌數(shù)量并提高系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)污染物去除效率的作用。研究利用生物強(qiáng)化來(lái)改善和提高BAF技術(shù)對(duì)低濃度污水深度處理的性能具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文結(jié)合我國(guó)城市污水處理廠出水的實(shí)際水質(zhì)特征，采用由好氧硝化濾池和缺氧反硝化濾池串聯(lián)組成的BAF工藝(即倒置反硝化曝氣生物濾池工藝，O/ABAF)進(jìn)行污水深度處理，并從南四湖濕地植物根際和活性污泥中篩選高效氨氧化細(xì)菌構(gòu)建優(yōu)勢(shì)菌群對(duì)O/A BAF工藝進(jìn)行強(qiáng)化，重點(diǎn)研究了強(qiáng)化

3、前后O/A BAF工藝運(yùn)行特性的變化特征以及工況條件的改變對(duì)生物強(qiáng)化后O/A BAF工藝性能的影響。在注重工程實(shí)際應(yīng)用的同時(shí)，從理論上闡述了采用高效氨氧化細(xì)菌強(qiáng)化O/A BAF工藝對(duì)低底物濃度廢水的脫氮性能的可行性。在此基礎(chǔ)上，采用臭氧技術(shù)對(duì)O/A BAF工藝出水做進(jìn)一步脫色強(qiáng)化處理，探討了工藝參數(shù)。主要工作如下：
　　 1.對(duì)生物強(qiáng)化前O/ABAF工藝深度處理城市污水二級(jí)出水的運(yùn)行特征進(jìn)行了研究，包括工藝的掛膜啟動(dòng)方法和在低曝

4、氣量條件下的硝化反硝化特性。
　　 (1)在傳統(tǒng)悶曝掛膜方法的基礎(chǔ)上，增加了單池內(nèi)循環(huán)回流工序，維持硝化濾池在低曝氣量條件下(0.3m3/h)進(jìn)行掛膜培養(yǎng)。25天后，O/A BAF工藝正式啟動(dòng)。此時(shí)，硝化濾池最大亞硝酸鹽積累率為60％，對(duì)應(yīng)著反硝化濾池13mg/L的甲醇投加量，O/A BAF工藝對(duì)總氮的最大去除率為30％。
　　 (2)對(duì)于進(jìn)水氨氮負(fù)荷為0.04-0.26kgNH4-N/m3.day，有機(jī)負(fù)荷為0.21-

5、0.65kgCOD/m3·day，控制硝化濾池在低曝氣量條件下運(yùn)行能夠維持O/A BAF工藝的短程硝化反硝化特性。當(dāng)曝氣量為0.4m3/h時(shí)，硝化濾池實(shí)現(xiàn)最大亞硝酸鹽積累率(66.9％)。此時(shí)硝化濾池中對(duì)應(yīng)的平均溶解氧濃度為1.5mg/L，氨氮去除率為37.2％。
　　 (3)硝化濾池在低曝氣量條件下(0.3-0.5m3/h)表現(xiàn)出一定的同步硝化反硝化特性。反硝化濾池對(duì)總氮的去除與硝化出水中氧化態(tài)氮的濃度和甲醇投加量有關(guān)。對(duì)于曝

6、氣量為0.4m3/h的硝化出水，當(dāng)甲醇投加量為20mg/L時(shí)，反硝化濾池出水總氮平均濃度為14.1mg/L，可以滿足《城市污水再生利用.景觀環(huán)境用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18921-2002》的要求，但出水水質(zhì)不穩(wěn)定，部分時(shí)段出水總氮濃度超標(biāo)。
　　 2.優(yōu)勢(shì)氨氧化細(xì)菌的分離、篩選及特性研究。
　　 (1)從活性污泥和南四湖濕地植物蘆竹、三棱草、柳絮等根際土壤中共篩選獲得4株高效氨氧化細(xì)菌，其中，活性污泥2株(YH-1，YH-

7、2)；蘆竹1株(YL-1)：三棱草1株(YS-2)。四株細(xì)菌的格蘭仕染色結(jié)果均呈陰性。通過(guò)透射電鏡檢測(cè)確定YL-1為橢球菌、YS-2為短桿菌、YH-1為螺菌、YH-2為長(zhǎng)桿菌。
　　 (2)四株優(yōu)勢(shì)氨氧化細(xì)菌在較高的pH值(8.5)和游離氨濃度(18.2mg/L)下均表現(xiàn)出良好的氨氮去除特性，但對(duì)高負(fù)荷氨氮的去除受氧濃度條件的抑制。
　　 3.維持硝化濾池在曝氣量為0.4m3/h條件下運(yùn)行，利用篩選獲得的四株高效氨氧化菌

8、株構(gòu)建優(yōu)勢(shì)菌群并投加至硝化濾池，重點(diǎn)研究了優(yōu)勢(shì)菌群的投加對(duì)O/A BAF工藝短程硝化和脫氮性能的影響。
　　 (1)采用人工投加的方式快速提高了硝化濾池中氨氧化化細(xì)菌的數(shù)量。
　　 (2)高效氨氧化細(xì)菌的投加提高了硝化濾池對(duì)氨氮的去除率和亞硝酸鹽積累率，而硝化濾池硝化性能得到改善的同時(shí)也提高了O/A BAF工藝整體對(duì)總氮的去除效率。
　　 (3)在進(jìn)水流量為2.0m3/h，硝化濾池曝氣量為0.4m3/h，反硝化濾

9、池甲醇投加量為20mg/L的條件下，對(duì)應(yīng)著投加前后26.5％的氨氧化細(xì)菌增加率，硝化濾池對(duì)氨氮的去除率和亞硝酸鹽的積累率分別提高了12.1和13.3％，O/A BAF工藝整體對(duì)總氮的去除率提高了9.2％。此時(shí)，O/A BAF工藝出水總氮平均濃度為11.9mg/L，能夠穩(wěn)定達(dá)到《城市污水再生利用-景觀環(huán)境用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18921-2002》的要求。
　　 4.研究了曝氣強(qiáng)度、甲醇投加量和溫度等因素對(duì)生物強(qiáng)化后O/A BAF工

10、藝硝化和脫氮性能的影響。
　　 (1)生物強(qiáng)化后，O/A BAF工藝對(duì)氨氮的去除效率隨著硝化濾池曝氣量的增加得到明顯提高，但短程硝化特性遭到破壞。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)曝氣量為0.6m3/h時(shí)，硝化濾池內(nèi)仍有局部短程硝化現(xiàn)象發(fā)生，但當(dāng)曝氣量提高至1.0m3/h時(shí)，短程硝化完全消失。曝氣量的增加在提高工藝氨氮去除效率的同時(shí)，也增強(qiáng)了工藝硝化性能的穩(wěn)定性。
　　 (2)在甲醇投加量受限的條件下，硝化濾池曝氣量的提高對(duì)反硝化濾池的脫氮性

11、能有明顯的抑制。對(duì)于進(jìn)水流量為2.0m3/h，當(dāng)反硝化濾池甲醇投加量為20mg/L時(shí)，控制硝化濾池曝氣量在1.0m3/h，O/A BAF工藝可以同時(shí)取得較為理想的硝化和脫氮效果。此時(shí)，O/A BAF工藝出水氨氮和總氮平均濃度分別為0.79mg/L和13.2mg/L。完全滿足《城市污水再生利用-景觀環(huán)境用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18921-2002》的要求。
　　 (3)曝氣量的增加改變了硝化濾池中氨氧化細(xì)菌在固著生物膜和懸浮生物體上的

12、空間分布格局，促使更多的氨氧化細(xì)菌集中在具有固定生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)的生物膜上生長(zhǎng)，而固著態(tài)生物膜能夠憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和龐大的食物鏈系統(tǒng)，有效地保護(hù)氨氧化細(xì)菌免予被原生動(dòng)物捕食和反沖流失，從而維持其高效生長(zhǎng)。這也是導(dǎo)致生物強(qiáng)化后，O/A BAF工藝硝化性能穩(wěn)定性隨曝氣量的增加而提高的主要原因。
　　 (4)生物強(qiáng)化提高了O/A BAF工藝對(duì)低溫環(huán)境的承受力。工藝冬季運(yùn)行結(jié)果表明，在進(jìn)水流量為2.0m3/h，曝氣量為1.0m3/h，甲醇投

13、加量為20mg/L條件下，對(duì)于最低溫度范圍(水溫6.4-11.9℃)，O/A BAF工藝出水氨氮和總氮平均濃度分別為4.4mg/L和13.8mg/L，能夠滿足《城市污水再生利用-景觀環(huán)境用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18921-2002》的要求。
　　 5.考察了臭氧對(duì)O/A BAF工藝出水的脫色作用
　　 (1)在臭氧投加量為2.0mg/L，汽水接觸時(shí)間為18min的條件下，O/A BAF工藝出水中10-18倍的色度可以降至1倍

14、以下。
　　 (2)臭氧在對(duì)O/A BAF工藝出水進(jìn)行脫色的同時(shí)，對(duì)水中的有機(jī)物和氨氮也具有一定的去除作用。
　　 本研究的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：
　　 (1)建立的生物強(qiáng)化O/A BAF+O3組合工藝，解決了BAF在三級(jí)處理中硝化細(xì)菌增長(zhǎng)緩慢，脫氮性能不穩(wěn)定的問(wèn)題，確保出水穩(wěn)定達(dá)到《城市污水再生利用-景觀環(huán)境用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18921-2002》，為城市污水深度處理與污水資源化提供了一種新的工藝模式。
　　

15、(2)提出了單池內(nèi)循環(huán)回流+悶曝組合方式進(jìn)行O/A BAF工藝掛膜啟動(dòng)的新方法，不僅省卻了傳統(tǒng)循環(huán)掛膜方法中單獨(dú)設(shè)立的污泥外流池，而且解決了悶曝掛膜過(guò)程中出現(xiàn)的污泥沉積問(wèn)題，為需要在不同氧條件下運(yùn)行的濾池工藝的快速啟動(dòng)提供了新的技術(shù)途徑。
　　 (3)篩選并培養(yǎng)了優(yōu)勢(shì)氨氧化菌，提高了BAF中生物膜的氨氧化菌的濃度及活性，強(qiáng)化了O/A BAF工藝對(duì)總氮的去除效率，闡明了優(yōu)勢(shì)氨氧化菌強(qiáng)化短程硝化與脫氮的作用機(jī)制。
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