低基质浓度下UASB厌氧氨氧化的脱氮性能及颗粒污泥特性

书书书!第!卷!第#$期!!化!工!学!报!!!!!!!%&’(!!)&(#$!$##年#$月!!*+,-*!.&/012’!!!345&670!$######研究论文低基质浓度下!#$厌氧氨氧化的脱氮性能及颗粒污泥特性王俊敏#!王淑莹#!霍明昕!张树军8!马!斌9!甘一萍8!杨!武!彭永臻#!9!#北京工业大学北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室北京#$$#9#东北师范大学城市与环境科学学院吉林长春#8$$9#8北京城市排水集团有限责任公司北京#$$$#9哈尔滨工业大学市政环境工程学院黑龙江哈尔滨#:$$;$$摘要%采用升流式厌氧污泥床!/=’&?21270&6@4A’/BC76’21D75EF-G$反应器通过逐步提高进水流量考察低基质!)HI9=)为#!(!JC&KL#)3L=)为#;(MJC&KL#$条件下厌氧氨氧化!21270&6@42JJ&1@/J&N@B25@&1F)FOO3P$反应器的运行性能’实验结果表明%在低基质浓度条件下可以实现高效F)FOO3P脱氮并形成颗粒污泥’反应器对)HI9=)和)3L=)的平均去除率分别为;8(8Q和;9(!Q#逐步将EF-G反应器的水力停留时间!RSB02/’@4075715@&15@J7HTU$由#(!R缩短至$(#9R获得的容积氮去除速率为:(V8DC)&JL8&BL##在此工况下获得的厌氧氨氧化污泥颗粒呈红褐色粒径分布主要集中在$(:!$(;JJ平均粒径为$(V8JJ’关键词%低基质浓度#F)FOO3P#EF-G反应器#颗粒污泥%&’%#$(8;!;(W(@AA1($98M=##:V($##(#$($88中图分类号%PV$8!!!!!!!文献标志码%F文章编号%$98ML##:V!$##$#$L;#9L$!()*+*,-.+/0-/,0123+*456*+06573.*474/-+13.4+.819*6:.+21+8*4,./4;&=!#$+.*,-1+2.7?/-)61?0-+.43-)05@0-+*-.A;BC548/4D!A;B#)5E/43D!F!&/43G/4H!IF;B#)5J54K!$/4L!B;M/:/43K!M;BA5H!NO;BM143P).4D!L!#!#$%&’(%)’(#’*+,-,./0%)(12%3,)#45,.5%.60%)(7.8,(’.9.):5’8(#7./,.(,./+,-,./;.,8(,)#’*=5.’3’/#+,-,./#$$#9?,.%#45’’3’*;(&%.%.67.8,(’.9.)%345,.5@’()%)@’(9%3;.,8(,)#?%./52.#8$$9A,3,.?,.%#8+,-,./B(%,.%/C(’2D?’($)6(+,-,./#$$$?,.%#945’’3’*E2.,5,D%3%.67.8,(’.9.)%37./,.(,./F%(&,.G.),)2)’*=5.’3’/#F%(&,.#:$$;$F,3’./-,%./?,.%$@0-+*,-%UR770&0J2147&21270&6@42JJ&1@/J&N@B25@&1!F)FOO3P$?2A@1X7A5@C257B6S@14072A@1C@1’/715’&?0257A57?@A7@1/=’&?21270&6@4A’/BC76’21D75!EF-G$07245&0?@5R’&?A5071C5RA/6A50257!#;(MJC)3L=)&KL#21B#!(!JC)HI9=)&KL#$YUR707A/’5AAR&?7B5R25R@CRX&’/J750@41@50&C7107J&X2’02574&/’B6724R@7X7B21BC021/’20A’/BC74&/’B67&0J7B@1EF-G07245&07B?@5R’&?A5071C5RA/6A50257(UR72X702C707J&X2’7@4@714@7A&)HI9=)21B)3L=)?707;8(8Q21B;9(!Q07A745@X7’S(UR7RSB02/’@4075715@&15@J7!HTU$?2A0&C07AA@X7’SAR&05717B0&J#(!R5&$(#9R!!$#$L#L$8收到初稿$##L$VL#收到修改稿’联系人%王淑莹’第一作者%王俊敏!#;M8)$女硕士研究生’基金项目%国家自然科学基金项目!:$;VM$$8$#*城市水资源与水环境国家重点实验室+开放基金项目!ZF[$#$$!$’!!!Q.,./9.77*-.%$#$L#L$8((1++.0:147/43*5-)1+%\0&(]F)^-R/S@1C?AS6W/5(7B/(41!R1547*-/14/-.8%A/&057B6S5R7)25@&12’)25/02’-4@7147_&/1B25@&1&*R@12!:$;VM$$8$21B5R7-5257[7SK26&025&0S&E0621]2570T7A&/04721B,1X@0&1J715!H+U$!ZF[$#$$!$Y!21B?R71HTU?2A$(#9R5R7X&’/J750@41@50&C7107J&X2’0257?2A:(V8DC)&JL8&BL#(UR7F)FOO3PC021/’7A?7070/&/A@14&’&021B5R7J2W&0@5S!M#(M#Q$&C021/’7A?2A@15R7021C7&$(:)$(;JJ?@5R5R72X702C7&$(V8JJ(S.E?1+70%’&?A5071C5RA/6A50257#F)FOO3P#EF-G07245&0#C021/’20A’/BC7引!言随着水体富营养化的不断严重城市污水处理开始关注氮磷的去除’在传统生物脱氮工艺中为了维持将)HI9=)转化为)3L8=)的好氧环境在曝气过程中需要消耗大量的能量#将)3L8=)转化为)又需要消耗水中有机物作为异养反硝化的碳源特别是处理低*()污水时还需要投加甲醇等碳源,#-’有机物除被微生物自身增殖所消耗外大部分被转化为*3’从可持续发展的角度分析水中的有机物可以先经过生物吸附作用被活性污泥吸附吸附了大量有机物的活性污泥再经过厌氧发酵产生能源物质*H9’但由于反硝化需要消耗有机物所以现有脱氮工艺不但不能利用有机物产生能源反而有时需要投加有机物’厌氧氨氧化!21270&6@42JJ&1@/J&N@B25@&1F)FOO3P$技术的出现使水中有机物产生能源成为可能,=8-’在缺氧条件下F)FOO3P菌能以*3为碳源以)3L为电子受体将)HI9转化为),9-’F)=FOO3P细菌是自养菌反应过程中无需有机碳源的加入此外该技术还具有节省能耗.减少污泥产量等优点,:=!-’由于F)FOO3P菌生长缓慢!在8:‘时倍增时间为#$!#B$污泥在反应器内的有效持留就很关键而颗粒污泥被认为是实现污泥有效持留的方法之一,:-’目前国内外对F)FOO3P技术在高氨氮废水!如污泥消化液等$处理领域的研究已取得较多成果并且已将其应用于实际工程,V-但该技术在低基质条件下的应用还只停留在可行性研究上%本课题组,M-利用两段式!半短程硝化IF)F=OO3P$自养脱氮工艺处理城市生活污水在进水)HI9=)浓度为9:(;JC&KL#时得到的U)去除率为MM(9QF)FOO3P=EF-G的容积氮去除速率为$(9$DC)&JL8&BL##^R715大学%70=A502757教授的课题组,;-在:‘条件下利用3KF)a工艺处理模拟生活污水在进水)HI9=)浓度分别为!!和;JC&KL#对应的水力停留时间!RSB02/’@4075715@&15@J7HTU$分别为($R和#($R时获得的容积氮去除速率分别为$(99和$(8MDC)&JL8&BL#’这些成果的取得证明了F)FOO3P工艺处理城市污水是可行性的’而随着对低氨氮废水短程硝化研究的日益深入,#$=##-低氨氮废水F)FOO3P技术的应用也将成为一种可能’本文在成功启动F)FOO3P反应器的基础上研究了低基质浓度下EF-G反应器的运行性能及颗粒污泥特性探索了F)FOO3P技术在城市生活污水处理中应用的可行性’#!试验材料和方法DTD!试验废水本试验用水采用某城市污水处理厂二级出水另外再投加)H9*’和)2)3作为基质’进水的主要指标如表#所示’表D!;&=反应器进水水质指标U*@6.D!’4265.4-,)*+*,-.+/0-/,012;&=+.*,-1+(JC&KL#)HI9=))3L=))3L8=)*3a#!(!b(##;(Mb(9#(b(9V(#bM(8DTH!试验装置试验采用的升流式厌氧污泥床!/=’&?2127=0&6@4A’/BC76’21D75EF-G$反应器!图#$由有机玻璃制成有效容积MK反应器内径为M4J外裹黑色橡胶保温材料以避免光对F)F=OO3P菌的负面影响并对反应器进行保温’通过水浴加热将反应器温度控制在!8$b#$‘’DTK!试验污泥在进行该试验时EF-G反应器已经成功启动在)HI9=)和)3L=)的平均进水浓度分别为#:JC&KL#和#8#JC&KL#时容积氮去除速率平均为#(#:DC)&JL8&BL#’通过a)F提取和基因测序得知反应器内的F)FOO3P菌主要为?%.6,6%)2!2..,%)2))/%(),.,’污泥呈絮体&HIJK&!第#$期!!王俊敏等%低基质浓度下EF-G厌氧氨氧化的脱氮性能及颗粒污泥特性图#!试验装置图_@C(#!-4R7J25@4B02?@1C&F)FOO3P=EF-G07245&0!状未见颗粒污泥’初始污泥浓度!J@N7B’@c/&0A/A71B7BA&’@BAOK--$为;(MC&KL#’DTL!试验方法试验期间保持进水水质!表#$不变通过逐步增加进水流量来提高反应器的进水容积负荷’在负荷提高过程中以出水)HI9=)或)3L=)浓度作为控制指标%当出水)HI9=)或)3L=)浓度小于#JC&KL#证明反应器中基质基本被消耗完可提高进水流量’DTV!测定项目与方法)HI9=)%纳氏试剂分光光度法#)3L=)%@=!#=萘基$=乙二胺光度法#)3L8=)%麝香草酚分光光度法#U)%过硫酸钾氧化=紫外分光光度法,#-#*3a%:G=8*型快速测定仪#H和a3%]U]H(3N@89$@系列#OK--%滤纸称量法#颗粒粒径分布%湿式筛分析法,#8-’图!运行期间)HI9=)和)3L=)的进出水浓度及去除率的变化_@C(!\0&@’7A&@1’/7157’/7154&14715025@&1A21B07J&X2’7@4@714@7A&)HI9=)21B)3L=)!!结果与讨论HTD!;&=反应器运行性能在进水)HI9=)浓度为!#!(!b(#$JC&KL#)3L=)浓度为!#;(Mb(9$JC&KL#时得到运行期间)HI9=)和)3L=)的进出水情况!图$’由图可以看出在运行的前9$B)3L=)出水浓度基本都在#JC&KL#以下’从9$B到V$B随着进水)3L=)浓度的相对增加)HI9=)出水情况好转平均出水浓度为$(:JC&KL#’本试验在保持进水水质稳定的条件下通过不断提高进水流量来降低HTU进而提高反应器的容积氮去除速率’当HTU由#(!R缩短到$(#9R时反应器的容积氮去除速率由最初的$(:VDC)&JL8&BL#提升到最高的:(V8DC)&JL8&BL#!图8$此容积氮去除速率高于现有同类研究结果!表$这说明本试验反应器中F)=FOO3P菌富集程度更高’本试验运行期间F)FOO3P反应器对)HI9=)和)3L=)的平均表H!低基质浓度下;&=工艺脱氮性能对比U*@6.H!&9.+9/.?124/-+13.4+.819*6:.+21+8*4,.12;&=+.*,-1+2.7?/-)61?0-+.43-)05@0-+*-.T7245&0-’/BC75S7!!)HI9=)$(Q!!)3L=)$(Q)TT(DC)&JL8&BL#T7(-GTC021