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一体化生活污水处理设备有什么使用的技巧
时间:2020-09-11 点击次数:324

一体化生活污水处理设备作为新型生物脱氮工艺存在节俭能耗、污泥产量低、脱氮效力高等优点,已经胜利利用于污泥水、渗滤液等高氨氮废水处理。而如何将一体化生活污水处理设备利用于城镇污水的脱氮处理是目前国内外的研究热点。实现一体化生活污水处理设备反应的前提是获得牢固的亚硝酸氮作为电子受体,而城镇污水中氨氮浓度低,出水水质请求高,通过低溶氧、游离氨或游离亚硝酸克制等传统方法很难实现牢固的局部亚硝化,且局部亚硝化与一体化生活污水处理设备联用技巧仍不能解决出水中含有大量硝态氮的问题。因此,有研究提出将局部污水中的氨氮首先完全硝化为硝酸盐氮,而后将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮,从而为一体化生活污水处理设备的实现供给牢固的电子受体,有望成为将来城镇污水高效低耗脱氮处理工艺,于是对城镇污水的一体化生活污水处理设备脱氮研究转化为如何将硝酸盐还原与一体化生活污水处理设备进行高效地耦合。目前认为可能的途径有3条:1)利用一体化生活污水处理设备菌自身可进行局部硝酸盐异化还原的partial DNRA-anammox耦合工艺;2)利用反硝化甲烷古菌进行局部反硝化的DAMO-anammox耦合工艺;3)利用异养反硝化菌进行局部反硝化的partial denitrification-anammox耦合工艺。

  DNRA-anammox耦合工艺与DAMO-anammox耦合工艺存在把持艰苦、氧化速率慢、效力低、功能微生物难富集等问题,在实际污水脱氮中的利用还有一定的难度。在反硝化进程中,亚硝酸盐积聚是一个普遍存在的景象,可通过抉择适合的碳源、把持适合的碳氮比跟反应时光等前提,较易筛选出将硝酸盐仅还原到亚硝酸盐的局部反硝化异养菌,实现亚硝酸盐的牢固积聚。局部反硝化与一体化生活污水处理设备技巧联用可能实现同步脱氮除碳,避免了出水中硝酸盐的积聚,同时通过局部反硝化途径为一体化生活污水处理设备反应供给了亚硝酸盐,存在操作简单、运行牢固等优点,有望实现一体化生活污水处理设备技巧在城镇污水处理主流工艺中的利用。

  本研究以接种存在高效局部反硝化才干的局部反硝化菌跟厌氧氨氧菌在同一反应器中形成耦合体系,以乙酸钠为碳源,在COD/NO3−-N比为2.5,进水NO3−-N/NH4+-N比为1.2的前提下,通过2种污泥的活性盘算,使得接种到耦合体系的2种污泥能同时产生局部反硝化与一体化生活污水处理设备反应,以达到在低COD情况下可同时去除氨氮与硝酸盐的目标。

  1 资料与方法

  1.1 接种污泥

  一体化生活污水处理设备接种污泥取自牢固运行5年的SBR,总氮去除负荷为1.7 kg·−1,TN去除率为%,污泥呈红棕色,颗粒化水平良好。宏基因组测序[12]结果表明污泥中的上风菌为Candidatus Brocadia 。

  局部反硝化接种污泥取自牢固运行1年的SBR,进水COD/NO3−-N比为2.5,NO3−-N浓度为50 mg·L−1,NO2−-N的积聚率牢固在95%。宏基因组测序结果表明,污泥中的上风菌为Thauera 。

  1.2 实验装置与运行方法

  实验装置为工作容积1 L的SBR,通过恒温水浴把持反应器温度为30 ℃左右。实验方法分为批式实验跟连续实验。批式实验分4批进行,各批次的一体化生活污水处理设备菌跟局部反硝化菌的污泥浓度及进水前提雷同,但NO3−-N/NH4+-N比不同,考察不同NO3−-N/NH4+-N比下TN去除后果。在批式实验的基本上,以更佳NO3−-N/NH4+-N比进行连续实验,考察一体化生活污水处理设备菌跟局部反硝化菌的活性变更。SBR的运行周期为130 min,其中,进水2 min,曝气搅拌100 min,积淀20 min,出水3 min,闲置5 min。

  1.3 实验废水

  实验反应器采取人工配制的进水,组分组成:NH4Cl 20~40 mg·L−1,NaNO3 20~50 mg·L−1,乙酸钠 60~120 mg·L−1,KHCO3 500 mg·L−1,KH2PO4 50 mg·L−1,CaCl2·2H2O 180 mg·L−1 ,MgSO4·7H2O 100 mg·L−1,微量元素Ⅰ、Ⅱ[14]各1 mL·L−1。

  1.4 反应活性的测定方法

  一体化生活污水处理设备反应、反硝化反应及一体化生活污水处理设备耦合局部反硝化反应的活性测定方法雷同,具体操作步骤如下:反应周期结束时,从反应器中取200 mL颗粒污泥混淆液,经无氧水淘洗后置于500 mL用锡箔纸包裹的广口瓶中,依据测定的活性不同,加入相应的基质,而后用含微量元素的无氧水定容至400 mL,用橡胶塞塞紧后向瓶内通入高纯氮气以坚持厌氧前提。反应pH由PBS缓冲溶液把持在7.5,定时取样,剖析测定样品中的NH4+-

  N、NO3−-

  N、NO2−-N等指标。一体化生活污水处理设备反应活性测定时起始基质浓度为NH4+-N 30 mg·L−1,NO2−-N 40 mg·L−1,KHCO3 0.5 g·L−1;反硝化活性测定时起始基质浓度为NO3−-N 30 mg·L−1,COD 75 mg·L−1;一体化生活污水处理设备耦合局部反硝化反应活性测定时所加起始基质浓度为NH4+-N 30 mg·L−1,NO3−-N 36 mg·L−1,COD 90 mg·L−1。耦合反应中用氨氮的氧化速率跟硝酸盐的还原速率分辨代表一体化生活污水处理设备菌与局部反硝化菌的活性。

  1.5 剖析方法

  1.5.1 通例指标剖析

  各项指标均按文献中的方法[15]进行测定:NH4+-N:纳氏试剂分光光度法;NO2−-N:-乙二胺分光光度法;NO3−-N:紫外分光光度法;pH采取雷磁PHS-3C型pH计;MLSS跟MLVSS采取分量法。

  1.5.2 荧光原位杂交

  接种的一体化生活污水处理设备颗粒污泥中的微生物菌群采取荧光原位杂交法进行剖析,具体操作参照文献中的方法[16]进行。农村污水处理设备主要目的是将生活污水和与之相类似的工业有机废水处理后达到回用水质要求,使废水处理后资源化利用。在总结国内外先进经验的基础上,不断改进污水处理工艺,促进了污水处理设备的大发展。 颗粒污泥采取冷冻切片机进行切片,杂交后的样品通过激光共聚焦显微镜进行察看,并在100倍的物镜下采集图像。实验所用探针如表1所示,总细菌采取Eub338mix,一体化生活污水处理设备菌采取Amx368。一体化生活污水处理设备菌的定量是在每个污泥样品共随机采集 50 张图像,经 Image-Pro Plus 软件处理后,统计目标微生物占总生物量的比例。

 

  表1 荧光原位杂交实验中监测一体化生活污水处理设备菌所用探针

  1.6 速率及转化效力盘算

  局部反硝化进程的速率及亚硝氮积聚率按式 ~盘算:

  R H, NO 3 − −N =−dC NO 3 − −N dt X RH, NO3−-N=−dCNO3−−NdtX

  R S, NO 2 − −N =dC NO 2 − −N dt X RS, NO2−−N=dCNO2−−NdtX

  R J, NO 2 − −N =C tNO 2 − −N −C 0NO 2 − −N C 0NO 3 − −N −C tNO 3 − −N × RJ, NO2−−N=CtNO2−−N−C0NO2−−NC0NO3−−N−CtNO3−−N×

  一体化生活污水处理设备进程的速率按式 ~盘算:

  R O, NH 4 + −N =−dC NH 4 + −N dt X RO, NH4+−N=−dCNH4+−NdtX

  R H, NO 2 − −N =−dC NO 2 − −N dt X RH, NO2−-N=−dCNO2−−NdtX

  R S, NO 3 − −N =dC NO 3 − −N dt X RS, NO3−-N=dCNO3−−NdtX

  式中:R H, NO 3 − −N RH, NO3−-N 与R H, NO 2 − −N RH, NO2−-N 分辨为NO3−-N与NO2−-N还原速率,mg·−1;R O, NH 4 + −N RO, NH4+-N 为NH4+-N氧化速率,mg·−1;R S, NO 2 − −N RS, NO2−-N 为NO2−-N生成速率,mg·−1;R J, NO 2 − −N RJ, NO2−-N 为NO2−-N积聚率,%;CNO3−-N与CNO2−-N分辨为NO3−-N与NO2−-N浓度,mg·L−1;C0NOx−-N与CtNOx−-N分辨为取样起始与取样t时刻NO2−-N或NO3−-N浓度,mg·L−1;X为污泥浓度,g·L−1,以VSS计。

  2 结果与探讨

  2.1 一体化生活污水处理设备接种污泥种群结构

  接种的一体化生活污水处理设备污泥荧光原位杂交照片如图1所示。图1中显示红色荧光信号与绿色荧光信号的重合度较高,且颗粒污泥的荧光信号呈环形,外部荧光信号比内部强,这是因为受传质阻力的影响,使得颗粒污泥外部基质浓度较高,颗粒内部基质不足而引起细胞自融所致。由局部放大图)可见颗粒污泥微生物以渺小的菌落群聚集散布,各群落间可能含有大量胞外聚合物,而胞外聚合物有利于污泥颗粒化。一体化生活污水处理设备菌的含量占总细菌含量的%,说明接种污泥中一体化生活污水处理设备菌为上风菌属,接种该污泥有利于耦合实验的进行。

 

  图1 接种一体化生活污水处理设备颗粒污泥FISH剖析

  2.2 耦合前局部反硝化与一体化生活污水处理设备污泥活性

  图2为局部反硝化污泥的反应活性测定结果。实验结果显示,随着反应的进行,硝酸盐浓度逐步降落,同时亚硝酸盐浓度逐步增加。反应起始时测得NO3−-N与NO2−-N浓度分辨为32.45 mg·L−1与0.68 mg·L−1,反应60 min时测得NO3−-N与NO2−-N浓度分辨为0.81 mg·L−1与29.22 mg·L−1,反应进程中硝酸盐的还原量与亚硝酸盐的积聚量大抵雷同,可实现亚硝酸盐的牢固积聚。由式 ~式 盘算可得硝酸盐的还原速率为257.68 mg·−1,亚硝酸盐的积聚速率为225.76 mg·−1,亚硝氮的积聚率高达90.19%。

 

  图2 局部反硝化反应进程中NO3−-N与NO2−-N浓度随时光的变更.

  图3为一体化生活污水处理设备污泥的反应活性测定结果。反应进程中NH4+-

  N、NO2−-N的降解与NO3−-N的产生均为零级反应,线性关联良好。其中,ΔNO2−-N/ΔNH4+-N为1.36±0.11,ΔNO3−-N/ΔNH4+-N为0.25±0.04,比LOTTI等[20]报道的实际值偏大。反应结束后测得MLVSS为2 067 mg·L−1,由式 ~式 盘算得氨氮与亚硝氮的降解速率分辨为9.13 mg·−1 跟12.84 mg·−1,硝氮的生成速率为3.02 mg·−1。

  由活性测定结果可知,局部反硝化进程中亚硝酸盐的积聚速率是一体化生活污水处理设备进程中亚硝酸盐还原速率的17.58倍,为保障耦合进程中两者的速率均衡,按此比例向反应器中接种一体化生活污水处理设备污泥与局部反硝化菌污泥量。一体化生活污水处理设备是多净化几遍的问题,而是整个净化工艺都要发生变化,这需要大量的资金。有位从事多年污水处理行业的人士给出了一个计算模型,一个污水处理厂从一级B排放标准到一级A排放标准的追加投资,等于该处理厂原始投资成本的50%-70%。具体接洽污水宝或参见http://www.dowater.com更多相干技巧文档。


  图3 一体化生活污水处理设备反应进程中NH4+-

  N、NO2−-N跟NO3−-N浓度随时光的变更

  2.3 不同NO3−-N/NH4+-N比下耦合批式实验结果

  不同NO3−-N/NH4+-N比的批式实验结果见图4。当NO3−-N/NH4+-N比在0.8~1.6的范畴时,随着反应的进行,NH4+-N跟NO3−-N浓度均呈降落趋势,表明反应器中一体化生活污水处理设备作用与反硝化作用同步进行,实现了两者的耦合。

  进水NO3−-N/NH4+-N比不同,各反应物的去除率也不雷同。图4跟图4是NO3−-N/NH4+-N比分辨为0.8跟1.0的情况。当NO3−-N被完全消耗后,尚有局部残余NH4+-N存在,且比值越高,残余越少。这是因为进水硝酸盐量太少不能为一体化生活污水处理设备反应供给足够的NO2−-N,使得一体化生活污水处理设备反应因为缺乏电子供体而终止。当NO3−-N/NH4+-N比值为1.2时),反应进程中局部反硝化反应产生的NO2−-N恰好被一体化生活污水处理设备反应所利用,两者协同脱氮。当NO3−-N/NH4+-N比值连续增大为1.6时),硝酸盐经局部反硝化供给的NO2−-N已超过一体化生活污水处理设备反应所需数值,NH4+-N被完全消耗后,尚有局部残余的硝酸盐,此后,一体化生活污水处理设备反应终止,残余的NO3−-N被连续还原。因为水中无氨氮存在,妨碍了反硝化菌的合成,因此,相应的硝酸盐利用速率也随之降落,由6.83 mg·−1降为1.89 mg·−1。残余NO3−-N一局部还原为NO2−-N,另一局部被完全反硝化还原为N2。诚然此时TN的去除率仍高达91.98%,但在该前提下长期运行,因为存在完全反硝化功能的异养菌增殖,将不利于耦合体系的牢固。

  批式实验结果表明,NO3−-N/NH4+-N的更佳比值为1.2,此时NH4+-

  N、NO3−-N及TN的去除率分辨为92.85%、99.68%跟96.42%。


  图4 不同进水NO3−-N/NH4+-N比下耦合反应中各氮素浓度变更

  2.4 耦合体系的连续运行状况

  耦合体系连续运行20个周期, 进出水三氮变更及结果见图5。在起始的2个周期进水NO3−-N/NH4+-N比较小,分辨为0.96跟0.99,以便反硝化菌跟一体化生活污水处理设备菌逐步适应培养环境;其后,进水NO3−-N/NH4+-N比值均把持在更佳范畴。在实验前提下,耦合体系在低浓度氨氮下获得了牢固的脱氮后果。在进水NH4+-N浓度20~30 mg·L−1、NO3−-N浓度为25~35 mg·L−1时,出水NH4+-N浓度从12 mg·L−1逐步降落到3 mg·L−1以下,NO3−-N与NO2−-N浓度均在1.5 mg·L−1以下,NH4+-

  N、NO3−-N跟TN的均匀去除率分辨为86.5%、95.2%跟94.88%。


  图5 局部反硝化一体化生活污水处理设备耦合反应器运行期间脱氮机能

  图5为运行期间耦合体系中一体化生活污水处理设备反应与局部反硝化反应的活性变更情况。在耦合反应器运行进程中,一体化生活污水处理设备菌对氨氮的氧化速率基本恒定,坚持在 mg·−1;而局部反硝化菌对硝酸盐的还原速率在呈逐步增大的趋势,由 mg·−1增加到 mg·−1,这是因为局部反硝化菌的增殖速率 [21]一体化生活污水处理设备菌[22]较快,单位体积中的局部反硝化菌含量增高所致。

  一体化生活污水处理设备从耦合体系典范周期内各氮素变更的趋势)也可能看出,随着培养周期的增加,耦合体系中微生物降解氨氮的曲线斜率基本不变,而硝酸盐还原的曲线斜率逐步增大,这与耦合体系中2种不同的微生物的脱氮途径有关,可能用参加耦合反应的ΔNO3−-N/ΔNH4+-N的比值来衡量。当NO3−-N通过局部反硝化全部还原为NO2−-N为氨氧化供给电子受体时,在不考虑细胞合成的前提下,ΔNO3−-N/ΔNH4+-N的比值与一体化生活污水处理设备的ΔNO2−-N/ΔNH4+-N的比值雷同,即1.146;在考虑局部反硝化菌的合成时,因为局部反硝化菌的增殖会消耗局部氨氮,从而导致ΔNO3−-N/ΔNH4+-N的比值降落,由本实验第2周期的结果可见,ΔNO3−-N/ΔNH4+-N的比值约为0.99,与KALYUZHNY等[23]的研究结果相近。随着培养时光的增加,参加耦合反应的ΔNO3−-N/ΔNH4+-N比值逐步增大,并且牢固在1.15±0.21,出水中并未检测到NO2−-N积聚,说明超出的亚硝酸盐被连续还原为氮气,经盘算,该局部NO3−-N占进水NO3−-N的15.7%。

一体化生活污水处理设备工艺处理低浓度市政废水时同样发明异养反硝化与一体化生活污水处理设备共存,且通过反硝化去除的氮占进水总氮的20%。诚然在低氨氮浓度下一体化生活污水处理设备耦合局部反硝化进


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