基于两段式亚硝化-厌氧氨氧化工艺的沼液脱氮研究

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沼液的氨氮(NH4+-N)、COD含量高,可生化性差,且产生量大,对环境有相当强的污染作用。亚硝化-厌氧氨氧化(Nitrosation-Anammox)工艺作为一种近十几年发展起来的新兴污水生物处理手段,由于其自养除氮的特性,对碳氮比(C/N)低而NH4+-N含量高的废水有着极其高的处理能力,因此十分适合用于处理沼液,但实际生产中该工艺在实际污水处理工程中应用较少,且用于处理沼液的研究较少。本研究证实了高FA(游离氨)与低DO(溶解氧)双重抑制下亚硝化装置在各种工况下长期运行处理沼液上清液的可行性及稳定性,并探讨了以此为基础的两段式亚硝化-厌氧氨氧化装置的特性。(1)在亚硝化反应器运行过程中,试验通过控制曝气量维持DO(溶解氧)在极低范围(0~0.1mg/L),并通过调节p H使FA(游离氨)在96.6~201.1mg/L,使二者联合实现了对NOB(亚硝酸盐氧化菌)的抑制,保证了90%以上的NAR(亚硝酸盐氮积累率),表明低DO和高FA双重抑制下的亚硝化反应器可以长期稳定地实现亚硝化反应。亚硝化单胞菌为上述反应器中的优势菌属和主要功能菌属,相对丰度为7.38%,表现出极强的亚硝化能力。(2)通过序批式试验研究亚硝化反应时发现,当亚硝化反应进行而不断产生H+并使p H降低到7以下后,作为亚硝化反应底物的FA浓度几乎为0,亚硝化反应便会停止,由此认为p H变化的节点可以作为亚硝化反应调控的依据性指标;当环境p H回到7以上,亚硝化反应立即恢复原活性。此外,试验证明COD赋予了沼液良好的p H缓冲能力。微生物多样性测试结果表明2号反应器中的亚硝化单胞菌属丰度最高,为16.75%,表明经絮凝处理后的沼液更适宜亚硝化单胞菌的生长。(3)采用两段式亚硝化-厌氧氨氧化两段式反应器处理沼液时,使用外加厌氧氨氧化菌剂的方式在78 d内实现了适应沼液的亚硝化-厌氧氨氧化装置的启动。在随后的研究中发现厌氧氨氧化段对沼液的平均TN(总氮)去除率为72.42%,对系统的TN去除率贡献度达96.40%;亚硝化段去除了30%以上的COD,占两阶段COD去除率的82.29%。由于可生化的碳源在亚硝化段已经被大量消耗,导致厌氧氨氧化段的反硝化菌无法获得碳源进行反硝化反应,引起NO3--N积累,最终厌氧氨氧化阶段的COD去除率贡献率较低。(4)在厌氧氨氧化段反应器中有AOB(氨氧化菌)及NOB存在,其利用水中微量溶氧进行生命活动,使厌氧氨氧化段表观的NH4+-N消耗:NO2--N消耗:NO3--N生成的值平均为1:1.34:0.39,与1:1.32:0.26的理论值存在差异。在对两个试验周期内的各指标变化的分析中发现,每个运行周期中均存在p H变化的转折点,该时间点与底物消耗殆尽、反应停止的时间高度吻合,由此可以将p H值作为反映每个周期中厌氧氨氧化装置的运行终点的参考指标。厌氧氨氧化段的污泥中功能性的厌氧氨氧化菌(Candidatus_Kuenenia)占比仅为0.596%,但也表现出良好的厌氧氨氧化性能,反应器TN理论去除速率可达到18.0 mg/(L?h)。
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