碱度对常低温生活污水亚硝化的影响最新d800eef8910ef12d2af9e78c

碱度对常低温生活污水亚硝化的影响(1.哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室，150090哈尔滨，[e-mail]；2.北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室，100124北京)摘要：为了探究碱度对亚硝化过程的影响及通过碱度控制氨氮转化率的可行性，在SBR内快速启动亚硝化后考察了不同进水碱度/氨氮比下（A/a比）的氨氮转化率、氨氮氧化速率及微生物活性。结果表明，硝化污泥经高氨氮预驯化可以实现亚硝化的快速启动，亚氮积累率维持在96%以上。碱度不足时，氨氮转化率与进水碱度/氨氮比成线性关系，可以灵活控制出水亚硝化比例，在一个周期中，碱度对亚氮含量有很好的指示作用，碱度小于50mg/L时，氨氮氧化停止，比无机碳源浓度小于3.0mmol/mgVSS时将导致微生物数量下降，活性降低。碱度不足有利于保证亚硝化的稳定性，通过进水碱度/氨氮比的调节可以实现半亚硝化，但应适当定期补充无机碳源。关键词：SBR；生活污水；亚硝化；HRT；进水碱度/氨氮中图分类号：X703.1文献标志码：APartialnitrificationinasequencingbatchreactortreatingdomesticsewageatordinaryandlowtemperaturesZHANGXiao-jing1,LIDong2,WuDi2,ZhouLi-jun2,ZHANGJie1,2(1.StateKeyLaboratoryofUrbanWaterResourceandEnvironment，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150090,China,[e-mail];2.KeyLaboratoryofBeijingforWaterQualityScienceandWaterEnvironmentRecoveryEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)Abstract:Inordertoresearchthealkalinityeffectonpartialnitritation(PN)ofSBRtreatingdomesticsewageatordinaryandlowtemperaturesandthefeasibilitytocontroltheammoniaconversionrate,thePNwasrapidlystarted-upinasequencingbatchreactor.Theammoniaconversionrate,ammoniaoxidationrateandtheactivityofthemicroorganismswasinvestigatedindifferentratiooftheinflowalkalinitytoammonia.Resultssuggestedthatnitritationcouldbeachievedquicklybypre-cultivatingthesludgewithhighammonianitrogen,andover96%nitritationwassustained.50%partialnitritationcouldbeachievedwhentheHRTwasdecreasedto2hortheratioofalkalinity/ammoniaininflowwasdecreasedto3.6.However,thenumberandactivityofthemicroorganismdecreasedsharplyunderalong-termoperationwithinsufficientalkalinity,theoxidationofammoniawouldstopwhilethealkalinityreducedtolessthan50mg/L.CycleexperimentshowedFNAandFAasthekeyfactorsmaintainingthepartialnitrification.Keywords:SBR;domesticsewage;nitritation;HRT;alkalinity/ammonia水体中氮的去除是水处理研究的重点，亚硝化-厌氧氨氧化作为一种新型脱氮技术，由于其能耗少、污泥产量低等优点正受到各国研究学者的重视。亚硝化是指通过控制某种条件将硝化反应控制在亚硝化阶段，从而缩短反应历程，减少DO的消耗。厌氧氨氧化错误!未找到引用源。是在没有有机碳源的情况下，利用完全自养的厌氧氨氧化菌，以氨氮为电子受体，亚氮为电子供体，发生反应生成N2排放。厌氧氨氧化要求进水亚氮与氨氮的比例为1.31，因此亚硝化作为厌氧氨氧化的前体反应，其出水比例的控制及稳定性至关重要。目前一般通过调节ＨＲＴ或者碱度来实现亚硝化比例的控制，研究表明，HRT与氨氮氧化具有很好的相关性，ZhiweiLiang错误!未找到引用源。在固定床生物膜反应器中通过控制HRT为１２ｈ实现了半亚硝化，但是通过控制HRT实现的半亚硝化稳定性不强，亚硝化比例将随着进水基质、生物活性、生物数量等的改变而发生改变。在同一HRT下不能保证出水比例一直不变。进水碱度等。某某通过控制碱度为在某反应器中实现了半亚硝化错误!未找到引用源。，田智勇等通过控制进水HCO3-与NH4+的摩尔比为1：1在SBR中实现了半亚硝化。通过碱度控制实现的半亚硝化比较稳定，可行性较强。现有的研究中只是指明了碱度对出水比例控制的有效性，关于碱度对亚硝化反应过程／亚硝化稳定性／的影响以及其影响机尚未有充分的研究。另外，AOB作为一种完全自养菌，以无机碳源为营养，碱度作为重要的无机碳源，其改变将对微生物造成何种影响，也是值得探讨的问题。本文旨在研究进水碱度对氨氮转化率控制可行性的同时，考察碱度对亚硝化过程的影响，为半亚硝化的稳定实现提供技术支持。1材料与方法1.1实验装置实验装置采用圆柱形SBR反应器，材料为有机玻璃。反应器内径15cm，高50cm，有效体积为7L。反应器内置搅拌器，底部安装曝气环，在反应器一侧等距设置5个取样口。1.气泵2.便携式pH/DO测定仪3.pH探头4.DO探头5.曝气环6.搅拌器7.进水8.取样口1.2实验废水及接种污泥实验废水采用实验室内处理生活污水的A/O（厌氧/好氧）除磷工艺二级出水，实验期间A/O出水水质：氨氮75mg/L左右，COD50mg/L，NOx－1mg/L，水温15±3℃。进水中添加NaHCO3补充碱度。接种污泥为以A2/O工艺运行的某城市污水厂的回流污泥，污泥取回后，首先在高氨氮废水(NH4+-N浓度为200mg/L左右)中预驯化两周，之后取沉降后污泥接种至SBR反应器，接种时MLSS=7.1g/L，MLVSS=5g/L，接种量4L。1.3实验方法实验包括三部分：启动（0~30周期）、稳定运行（31～115）、碱度影响实验（116～）。SBR运行方案：进水5min，曝气5h，沉淀30min，排水5min，每天运行两个周期。启动成功后稳定运行阶段逐渐减少曝气时间，碱度影响阶段恢复曝气时间为4.5h，逐渐降低进水碱度/氨氮比为10、7.6、6.6、5.0、3.6、3.0、2.4考察不同比值下的亚硝化过程。整个实验过程曝气量恒定在0.15～0.18L/min之间，初始DO在0.8mg/L左右。1.4项目分析方法NH4+-N：纳氏试剂分光光度法；NO2--N：N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法；NO3--N：紫外分光光度法；碱度：电位滴定法；COD：5B-3B型COD快速测定仪；MLSS：ROYCEMODEL711快速测定仪；MLVSS：重量法；DO、pH、T、ORP：WTW多电极便携式测定仪。亚氮积累率、FA和FNA分别按照以下公式计算：223-100%--NONNONNON亚氮积累率（1）4[6344/(273)]-10171410pHTpHNHNFAe（2）2[2300/(273)]-471410TpHNONFNAe（3）2结果与讨论2.1亚硝化的快速启动启动阶段，投加NaHCO3补充碱度，使进水碱度/氨氮比为，pH和温度均不加控制。每天取第一个周期的进出水测定各项参数。从图1可知，从接种完成开始，NOB即受到很好的抑制，运行过程中硝氮除了在第3个周期有升高之外，之后一直在2mg/L左右，亚氮生成量一直较高，在70mg/L左右，亚氮积累率在最初的波动之后，第5个周期上升到98.74%，之后一直稳定在96%以上。这说明经过高氨氮预驯化的污泥中NOB已经受到很好的抑制，而反应器中较低的DO和合适的碱度（某某认为NaHCO3对NOB有抑制作用）保证了对NOB的持续抑制。051015202530020406080100进水氨氮硝氮生成量出水氨氮亚硝氮积累率氨氮去除率周期(个)三氮浓度（mg/L）020406080100积累率、去除率（%）图1启动期间三氮变化及积累率与去除率的变化与其他文献中的亚硝化启动时间相比（表1），本反应器在常低温下（15）经过两周预驯化后运行5个周期就达到了稳定的亚氮积累，积累率96%以上，缩短了启动时间，实现了快速启动。而且该方法简单低耗，不需要高温等条件。这说明硝化污泥经高氨氮预驯化后可以实现亚硝化的快速启动。表1国内外部分文献亚硝化启动时间对比反应器处理废水启动方式启动时间亚氮积累率作者气提式生物膜高氨氮配水1200mg/L加入部分亚硝化污泥25d接近100%AlbertBartrolí[1]SBR生活污水高低氨氮交替57周期（36d）接近100%李冬、陶晓晓SBR生活污水低氧高氨氮65d90%李冬、杜贺固定床生物膜人工配水逐渐增加氨氮30d85%ZhiweiLiangSBR生活污水28±0.5℃实时控制67d80%以上吴昌永等错误!未找到引用源。SBR高氨氮150～320mg/L温度35±1℃，DO：1.0～1.6mg/L44周期（22d）95%解庆林等错误!未找到引用源。SBR生活污水高氨氮预驯化14+5周期（14+3d）96%以上本文启动后反应器内AOB具有较好的活性，经过一周的运行，氨氮去除率从最初的64.59%稳定在95%以上，最大氨氮氧化速率达到8.33mg/gVSS/h。方士等错误!未找到引用源。研究表明，在最适条件下，氨氮最大氧化速率为8.17mgN/gVSS·h，这说明本文中经高氨氮预驯化的污泥不仅可以实现亚硝化的快速启动，而且具有较高的活性，这为亚硝化的快速启动提供了一条新思路。2.2进水碱度对氨氮转化率的控制碱度是亚硝化的重要基质，理论上氧化1g氨氮需要消耗7.14g碱度。厌氧氨氧化要求亚硝化过程氨氮转化率为50%左右，实验中保持曝气时间为4.5h不变，逐渐减少进水碱度，在平均进水碱度/氨氮比分别为10、7.6、6.6、5、3.6、3.0、2.4的条件下进行实验。其中第一个进水比值代表碱度过量，第二个碱度充足，后五个碱度不足。氨氮转化率随着碱度减少的变化情况见图3。在碱度过量及充足的条件下，氨氮几乎完全被氧化为亚氮，出水氨氮一直在3mg/L以下。当平均进水碱度/氨氮降为6.6时，由于碱度不足，出水氨氮有所升高，在碱度不足的第5d迅速升高到了9.7mg/L。此后，随着碱度的继续降低，出水氨氮持续升高，直至平均进水碱度/氨氮降为3.6时，出水氨氮升至36.8mg/L，平均氨氮转化率为51%，接近理想的厌氧氨氧化的进水比例。之后继续降低进水碱度，氨氮去除率随着碱度的减少线性降低，至比值为2.4时，氨氮转化率降低为32.8%。在整个过程中，亚氮积累率一直稳定在95%左右，这说明碱度的变化对亚氮积累率影响不大。1201301401501601701801902002100102030405060708090100氨氮浓度（mg/L）进水氨氮氨氮去除率亚氮