论文部分内容阅读
目前,氮素污染造成的危害依然存在,传统的生物脱氮工艺存在能耗高,投药量大,处理效率较低,污泥产量高等问题。因此许多新兴工艺逐渐涌现出来,有同步硝化反硝化工艺、短程硝化反硝化工艺、异养硝化-好氧反硝化工艺、厌氧氨氧化工艺等,其中厌氧氨氧化工艺受到了广泛关注。但是,厌氧氨氧化工艺存在反应条件苛刻（基质浓度、p H、有机物、溶解氧无机碳源等都有要求）、厌氧氨氧化菌世代周期长、反应器启动时间较长、生成硝态氮降低总氮处理效率等问题。因此,为了促进厌氧氨氧化菌的快速富集及维持后续长期稳定的Anammox脱氮效率,可通过相对应的策略来协同实现厌氧氨氧化工艺的启动及菌种的富集。铁作为一种廉价易得,具有多方面优势的材料,在脱氮方面发挥着越来越重要的作用,同时,针对城镇污水的低碳氮比特征,研究铁和碳源对厌氧氨氧化的影响是有必要的。本研究主要是为了探究海绵铁投加量、碳源浓度以及海绵铁及碳源协同作用对厌氧氨氧化的影响研究,启动阶段按照NH4+-N/NO2--N化学计量比1:1.32配置,以普泥R0为空白对照组,RSFe#为海绵铁投加量体系（分别为RSFe-1、RSFe-2、RSFe-3、RSFe-4）,RC#为碳源投加量体系（分别为RC15、RC30、RC45、RC60）,RSFe+C#为海绵铁及碳源协同作用体系（分别为RSFe+C0、RSFe+C30、RSFe+C60）,并在启动成功后,按照实验所需的化学计量比提升进水浓度,进行氮负荷对各体系中效果较优反应器的影响研究。实验过程中通过定期测定各反应体系中的氮素变化特征,计算各反应器内的反应化学计量摩尔比及比厌氧氨氧化活性,观察各反应器中的p H变化,得到适合厌氧氨氧化反应进行的最佳海绵铁投加量、碳源浓度,及最佳的协同作用影响,为实际应用提供一定的借鉴作用。主要结论如下所示:（1）海绵铁投加量对普泥体系Anammox启动影响研究海绵铁投加量对各反应器厌氧氨氧化启动影响的结果表明,启动速度方面,R0＞RSFe-1＞RSFe-2,RSFe-3、RSFe-4未启动成功;运行稳定后,各个反应器TN去除率为RSFe-2＞RSFe-1＞R0;比厌氧氨氧化活性表现为R0＞RSFe-1＞RSFe-2;p H表现为RSFe-2＞RSFe-1＞R0。启动成功后,RSFe-1、RSFe-2的NO2--N/NH4+-N化学计量比接近理论值1.32,NO3--N/NH4+-N化学计量比小于理论值0.26。氮负荷提升后,脱氮效果表现为RSFe-2＞RSFe-1（92.46%＞91.97%）,RSFe-1、RSFe-2反应器的NO3--N/NH4+-N化学计量比小于理论值0.26,NO2--N/NH4+-N化学计量比接近理论值1.32。结果表明投加海绵铁后,对比厌氧氨氧化活性产生抑制,进而延长启动时间,但海绵铁存在缓释硝氮积累,对启动成功后及后续氮负荷提升后的脱氮效率产生了促进作用,对厌氧氨氧化脱氮效率的提升提供了帮助,弥补了厌氧氨氧化脱氮的弊端,对以后的实际应用提供了一定借鉴作用。（2）碳源浓度对普泥体系Anammox启动影响研究碳源浓度对各反应器厌氧氨氧化启动的影响结果表明,启动速度方面,RC30＞RC45=RC15＞R0＞RC60;运行稳定后,各个反应器的TN的去除率为RC60＞RC45＞RC30＞RC15＞R0;比厌氧氨氧化活性表现为0-45d,RC60＞RC45＞RC30＞RC15＞R0,第90d,RC30＞RC45＞RC15＞R0＞RC60（60mg/L未启动成功）;p H表现为RC60＞RC45＞RC30＞RC15＞R0。启动成功后,RC15、RC30、RC45、RC60反应器的NO2--N/NH4+-N化学计量比接近理论值1.32,而NO3--N/NH4+-N化学计量比均小于理论值0.26。氮负荷提升后,脱氮效果表现为RC45＞RC30（98.00%＞94.90%）,由于存在不同浓度的碳源,RC30、RC45反应器的NO3--N/NH4+-N化学计量比均小于理论值0.26,NO2--N/NH4+-N化学计量比均接近于理论值1.32。本实验得出,投加碳源后,适量的碳源对厌氧氨氧化启动是有促进作用,而且对启动成功后及后续氮负荷提升后的脱氮效率产生了促进效率,厌氧氨氧化耦合异养反硝化对处理低碳氮比废水可以提供一定的借鉴作用。（3）海绵铁及碳源协同作用对Anammox影响研究海绵铁及碳源协同作用对各反应器厌氧氨氧化启动的影响结果表明,相同海绵铁投加量下,不同碳源浓度下的厌氧氨氧化启动时间为RSFe+C30＞RSFe+C60＞RSFe+C0;运行稳定后,TN的去除率表现为RSFe+C60＞RSFe+C30＞RSFe+C0;启动成功后,RSFe+C0、RSFe+C30、RSFe+C60反应器的NO2--N/NH4+-N化学计量比的平均值分别为1.40、1.30、1.23,而NO3--N/NH4+-N化学计量比的平均值分别为0.47、0.40、0.10。氮负荷对海绵铁及碳源协同作用反应器的影响,总体的脱氮效果表现为RSFe+C60＞RSFe+C30＞R SFe+C0（95.62%＞90.71%＞83.73%）。对典型运行周期内厌氧氨氧化反应器内氮素变化分析,0-6h,RSFe+C0主要反应为厌氧氨氧化反应、海绵铁介导的生物化学反应以及硝化反应,而RSFe+C30、RSFe+C60还存在一定程度的异养反硝化;6-9h,RSFe+C0主要反应为海绵铁介导的生物化学反应,RSFe+C30、RSFe+C60主要反应为异养反硝化及海绵铁介导的生物化学反应;9-12h,12-24h三个反应器内主要反应均为海绵铁介导的生物化学反应。本实验得出,海绵铁及碳源协同作用对厌氧氨氧化启动及脱氮效果均有促进作用,但协同作用在进行低进水摩尔比时表现并不显著,提升进水摩尔比后可以更好地发挥协同作用的优势。对典型运行周期内厌氧氨氧化反应器内氮素变化分析,协同作用在不同时间段主体反应并不相同,对氮素进行了一系列去除。因此,可以利用海绵铁及碳源协同作用对实际废水的深度处理提供一定的借鉴作用。