MBR系统中同步硝化反硝化试验研究林燕

第二届全国环境化学学术报告会论文集MBR系统中同步硝化反硝化试验研究林燕何义亮孔海南李春杰王崇上海交通大学环境科学与工程学院,上海,200240摘要:在以限制混合液溶解氧浓度方式运行的MBR反应器中,通过改变进水COD汀KN、混合液DO浓度等工艺参数,研究了对系统中SND过程的影响因素。同时对系统中分离的异养硝化菌进行了硝化性能检测分析。试验结果表明:影响系统SND的主要因素是进水COD厅KN和反应器中混合液DO浓度。系统中存在一定量的异养硝化菌。关键词:SND,异养硝化,MBR,万肖化特性0前言同步硝化反硝化作用有生物学和物理学两方面的解释。生物学认为,硝化过程不仅由自养菌完成,异养菌也可以参与硝化作用,即存在异养硝化菌和好氧反硝化菌。物理学强调溶解氧浓度和污泥絮体尺寸的作用,认为只要恰当地控制系统中溶解氧浓度,就可以在污泥絮体内外分别形成缺氧和好氧环境(即所谓“微环境论”),实现同步硝化一反硝化作用。本文根据试验结果探讨了MBR系统中所实现的SND机理,同时对系统中存在的异养硝化菌进行了分离培养,并对其硝化特性进行了初步检测分析。1研究方法1.1试验装置试验装置为一体式MBR反应器,结构如图1所示,膜生物反应器有效容积15L,膜组件为聚丙烯中空纤维膜,有效面积为0.4厅,操作压力控制在0.olkgf,为更好防止膜污染,膜出水采取“运行1omin一停Zmin”间歇抽吸方式进行。1.2试验分析方法1.3试验用水水质及条件1.4接种污泥接种污泥取自阂行污水处理厂A一O系统的好氧段回流活性污泥,接种后反应器内污泥浓度为7.2591/,经过近一个月的驯化后达到稳定。时间挤〔衷)姿匣匣圣}}}}}}}}}遗水系图几实脸愁丘示忘图丧1分折项屡及方法一览表项目浓皮COD`飞(m旦八)25}750饭玩几N〔二咨幻30一36NO:一入(二醉〕*O一Zj刀q〔边日.11)曝5一丘0r哎N(坦日尹1)咯5一5055(m郭已夕口一玉0卫H75选昼j表2试验用水水质及条件一览表一一一硕万一一一一一一一一一一蕊COO重铬淤钾法TN过凌险钾机化一紫外分光光度法丁KN念L氏石公XH扩一N纳氏试剂分光光度法NO犷一N紫外分光光度法NO犷河林〔卜蔡基)一己二胺分光光度法55105℃烘千称重法州、pH导3精密数显淤度计DOg30A里伽油溶解级,仪4一42第二届全国环境化学学术报告会论文集结果与讨论硝化菌的富集与同步硝化反硝化现象试验在进水NT容积负荷为0.2kgTN/am(.)d,HRT为h6,SRT为6d0的条件下分阶段进行。在DO浓度控制在1.Ogm1/,进水CODT/NK为or与15时均获得了较高的同步脱氮率,分别为:50.1%以及90.6%,氮平衡试验结果也显示了较高的NT损失,且其中以气态去除的NT比例为80%左右。2.2进水COD/TKN和混合液DO浓度对SND效果的影响表3不同进水COD/TKN以及0D浓度条件下系统脱氮效率比较试验组COD汀K入00(双堪八)1,亚55悟玛效率(均NH4兮奴TN门9_42石_Osx,156ù立钻即九58卯犯石.-ss3鸿51--00.651.`ōJ9379959,499旦旦卫,4.`了7221了410……475卫7999,999,9).;夕石石ù二习户力1135,6ó.孟,Ji引”.们:价”.”“乃必ù刃力jj刃ó力凸1ǎU111几八妙11ù。5功功功巧巧巧、二,`怕、45矛O一沪S8个试验组中,分别得到表3中列出的MLSS浓度以及CODo.、N0H+一、NT的去除率的相应试验数据,本文通过表3列出的实验数据,解析MBR中产生的同步硝化反硝化现象及其影响的相关因素:其一,8个试验组的COD的去除率均可达到92%以上,除CODT/NK为5,DO浓度为1.Omg1/试验组的TN去除率在2%6以外,其余试验组的TN去除率在49.4一90.%6范围内,平均去除率达到76.6%。在不同运行条件下,不同程度的观察到了SND现象,但系统SN’D效果相差极大。其二,在不同进水CODT/NK下,伴随着0D浓度由低升高,硝化率均逐渐升高,因此在反硝化有机碳源充分的情况下(如进水CODT/NK为功和巧时),其NT去除率也随混合液0D浓度的升高而相应升高。但当0D浓度继续升高时,即使硝化率仍然可以保持着较高水平,但较高的DO浓度却破坏了反硝化的缺氧环境,从而使NT去除率受到负面影响,有了较大程度的降低。其三,在反应器中0D浓度相同的情况下,进水C/N的升高可以促进反硝化反应的进行,因此也可以在很大程度上增大TN去除率。其四,在本研究中显示出与上述传统理论不同的现象,即在0D浓度为1.omg1/,当COD/TKN由10升高至15时,其氨氮转化率维持在93.6一94.6%的较高水平。在0D为0.5gmL/,当COD/TKN由10上升到巧时,氨氮转化率出现由59.5%微升至61.6%的现象。结合增殖的异养菌同化合成需要消耗一定量氨氮的事实,对其中情况做进一步分析,结果表明,排除同化合成作用所消耗的氨氮后,通过硝化作用引起的氨氮减少量在COD/TKN值上升至巧时与10时仍十分接近(分别为2.0459/d及2.1069/d)。并且当系统在COD/KTN值为巧的条件下稳定后,表现出来的氨氮转化率仍然很高(94.6%)。由于在稳定的污泥浓度和较长的SRT条件下获得的氨转化主要是由硝化作用进行的,因此推测系统中氨氮转化率以及4一43第二届全国环境化学学术报告会论文集TN去除率的提高很可能与具有快速增殖速率且具有硝化作用的异养硝化菌有关,而正是这部分特殊微生物的存在使得系统在进水COD/TKN升高的情况下氨氮转化率仍保持上升的趋势。2.3异养硝化菌的分离及其硝化特性试验2.3.1高效脱氮菌株的分离筛选将取样的活性污泥稀释后,用稀释分离法以牛肉膏蛋白陈、高氏一号、硝化培养液等培养基分离培养。由MBR反应器系统中的混合菌群分离了三株细菌(分别命名为B,、氏及B3)和三株真菌。2.3.2异养硝化菌性能检测截至目前,对其中分离的三株细菌进行了异养硝化性能实验研究。在采用葡萄糖一蛋白陈和氯化钱做氮源及碳源检验微生物硝化性能时,BZ硝化产生的Nox一浓度最高最快。在7天培养后产生的Nox一N浓度为3.30mgL/,并且7天后的硝化率和TN去除率分别为86.75%和87.31%。在硝化过程中观测到了较为明显的COD降解过程,在7天的好氧培养后,COD浓度降低了约75一90%,证明系统中的纯种菌为异养菌,可以充分利用有机碳进行有氧呼吸,同时具有较强的硝化能力。本实验中观察到的MBR中的出现的异养硝化现象对MBR中的SND理论是一个补充和完善,因此,对异养硝化过程的进一步的研究是必要的3结论(1)当进水COD浓度在250与750mg1/时,在获得92一99%的COD去除率的同时可以观察到较强的同步硝化反硝化效果。(2)进水COD/TKN和混合液溶解氧浓度是影响SND效果的主要因素。(3)分离出三株具异养硝化效果的细菌,其中BZ产生的Nox一浓度最高最快。七天培养后的Nox一N浓度达到3.30mgfl,并且氨氮和NT的去除率分别为86.7%5和57.3%1。参考文献【1]齐唯,李春杰,何义亮,浸没式膜生物反应器的同步硝化反硝化效应,中国给水排水,2003,(19):77一11〔2]陈金声,史家梁,徐亚同,稍化速率测定和稍化细菌计数考察脱氮效果的应用,上海环境科学,1996,(15)3:18一20[3]R.Witzig,etal.MieorbiologiealasPeetsofabioreaeotrwithsubmegredmembranesofraerobietreatmentofmunieiPalwastewaterWat.Res.,38(4一5):421一428【4]BehrtoldGt一nder,etal.RePlaement.ofseeondaryeliarifcationbymembraneseParation一resultswithtubular,Plateandhollowifbermodules[J].V人沈tSeieTeh,1999.40(4一5):311一320.4一44第二届全国环境化学学术报告会论文集Studyons血nultaneousNitr访cationandDenitr苗eationinMembraneBio代aCtorLinYan,HeiYliang,KongHianan,LiChunjie,认厄ngChongSchoolofEnviornmentalSeieneeandEngineierng,ShanghiaJiaooTngUinvesriyt,Shanhgia,200240Abstraet:nI面5ilteratuer,hteacfotsraffecintgSNDinMBRweersutidde.PeirbnnaneeofMBR(membranebioeractor)underdi月七rentlevelsofCOD汀KN(eabron一inotrgen)valuesandDO(idssofvdeoxygen)eoncentraO0nswasevaluatde.Bacietraweerisolatedfromhtesystem.eRsulstsuggesthtatbacteiraPerseininhetsystemaerableotin创fyviaaheteortt’OihPePahtwaywihchisn田的edheterootrPiheinitrifeiaton.hTeafctorswiheha月七ctSNDinMBRaerCOD汀KNvalue,DOeoncentraitonand50on.KeyW心rds:simultaneousnitirifcationanddenitriifeation:heterotroPhieniitrifeation:MembraneBioeracotr;niitrfyingeharacterisite4一45