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好氧颗粒污泥同步硝化反硝化过程研究

阮文权  
【摘要】:利用厌氧颗粒污泥通风培养驯化获得具有同步硝化反硝化功能的好氧颗粒污泥,使异 养菌、硝化菌和反硝化茵等共存于一个颗粒中,微生物间形成相互协作、互为共生的关系, 构成一个具有同步硝化反硝化功能的反应体系。 本文研究了同步硝化反硝化好氧颗粒污泥特性、反应过程以及微生物相分布,硝化反 硝化反应模式及通氧优化,好氧颗粒污泥的动力学常数及传质模式,温室气体N2O的产生 过程及控制方法。主要研究内容如下: i.好氧颗粒污泥的培养 利用厌氧颗粒污泥好氧培养,93d后转化获得的好氧颗粒污泥具有良好的生物活性和同 步硝化反硝化特性,在反应过程中COD去除率达90%,氨氮去除率近98%,几乎检测不到 NO2--N和NO3--N,好氧颗粒污泥建立了良好的硝化反硝化反应体系。在过程研究中,2h 反应后73. 6%有机物被代谢去除,3h反应后COD浓度降至87m/L,NO2--N和NO3--N在反 应液中的浓度继续下降,6h的反应显示好氧颗粒污泥具有良好的同步硝化反硝化能力。 稳定状态下颗粒的平均直径为2. 26mm,好氧颗粒污泥粒径在2. 1~2. 8mm范围的占全部 颗粒污泥的60%,污泥停留时间约22d;1. 5L反应器中颗粒污泥数量约1. 1×104个,比表面 积为389m2/m3:好氧颗粒污泥的最大沉降速度约9cm/min,所能承受的最大力为23. 236N; 反应器内MLSS 8g/L,SV 15~28%,SVI 20~38ml/g。观察发现好氧颗粒污泥具有适合好氧 和厌氧反应的微环境,颗粒污泥表面结构紧密,主要是球状细菌,内部有较大的空隙,主 要为杆状细菌。 ii.好氧颗粒污泥生长特性 颗粒污泥最适宜硝化反硝化反应的温度范围为25~38℃,最适的pH范围在7~8之间, 最佳的溶解氧浓度在1-2mg/L。好氧颗粒污泥对有机物和氨氮的亲和常数分别为100mg/L 和2mg/L。当COD浓度为1500mg/L时,好氧颗粒污泥对氨氮的利用率下降;当氨氮浓度 超过400mg/L时,有机物降解速率下降,高的氨氮浓度引起硝化中间产物硝酸盐和亚硝酸 J.~_…“_........一一一止生垫鱼丝宜全丝‘一一一 盐的积累,抑制好氧微生物活性。 Luongs模型,仔=叮~ 二〕卫二旦己丝{2二,较好地拟合了底物抑制实验过程,模型对coD C:+Ks 拟合性护为0.9932,对N场+一为尸为0.9916。氨氮对颗粒污泥降解CoD的抑制常数为 凡=lll.lmg几,a=0.836;对氨氮降解的抑制常数为凡=103.lm叭,a=1.08。流加培养过程 中,采用低氨氮浓度(30m叭)流加,过程很少积累N仇一和NOZ一;氨氮流加浓度为200m叭 时,No3一和NoZ一的积累量分别为12m泌和3om叭;氨氮浓度400m叭时,2h后N仇一 的量增加到60m叭,硝化反硝化过程受抑制。 COD吸附实验发现,反应Zh后颗粒污泥吸附COD量达每g干污泥56.7mg。同时,颗 粒污泥中微生物在胞内积累PHAs,积累的PHAs以电子供体的形式参与了颗粒污泥的反硝 化反应。 111.好氧颗粒污泥生物相分析 根据分离获得的细菌形态特征和初步的生理生化特性,初步鉴定出颗粒污泥中含假单 胞菌属(Ps eudomonas)5株,亚硝化单胞菌属(Nitros口monas)7株,硝化杆菌属(从如胡ira)4株、 气单胞菌属(A eromonas)3株、黄单胞菌属〔枷nth口monas)2株、抱杆菌属(加‘illus)4株、黄色 杆菌属(知nthobacter)2株、产碱菌属(A lealigenes)2株。分离获得的菌属中包含了硝化反应 的亚硝化单胞菌属和硝化杆菌属微生物,以及具有好氧反硝化性能的Pseudomonas和 通Icaligenes菌。 摇瓶培养混合微生物进行脱氮实验,30h内有机物去除率在75%,氮去除率近50%。 无菌条件下在多孔载体上培养混合微生物,30d后,微生物在多孔载体上附着生长,氨氮去 除率达到84%,总氮(含氨氮、硝基氮和亚硝基氮)去除率63%。经过培养,含载体的反应器 利用分离得到的微生物逐步形成具有同步硝化和反硝化功能。 iv.好氧颗粒污泥同步硝化反硝化反应机制及溶解氧条件影响 用Monod方程拟合分析不同溶解氧浓度情况下的比硝化反应速率,得硝化反应半饱和 常数(尤浏)和最大比硝化反应速率常数(彻玩工)分别为1.osm叭和40.2助吮MLSS/I nin。拟合 比反硝化速率实验数据,得反硝化反应氧抑制常数(凡动和最大比反硝化反应速率常数 仇加巴)分别为o.806mg几和36.38知岁gMLSS/min。利用动力学参数,可以计算完全同步硝化 反硝化反应所需的溶解氧浓度,为o.927m妙。 不同DO情况下反应CoD去除率均在90%以上,出水cOD低于60 mg几,好氧颗粒 污泥具有良好的有机物代谢能力。高溶解氧浓度份3,omg几)可提高硝化反应速率,但易造成 反应过程积累NoZ一N和No3一N;低溶解氧浓度(夕.omg/L),反应积累的硝化产物少,颗粒 污泥具有更好的反硝化反应能力。 中文摘要 在好氧颗粒污泥脱氮过程中,短程硝化反硝化与全程硝化反硝化途径并存。高DO情 况下,大部分NOZ一被氧化为NO3一,NO3一N再在颗粒污泥内部还原为气态氮。而在低 DO情况下,NOZ一通过短程反硝化反应直接还原为气态的NZO和NZ。同样情况通过”N 同位素实验可证实,低COD加比由于缺乏有机物而影响颗粒污泥的反硝化反应。研究反应 过程中各中间产物’SN量变化,发现部分氨氮不通过NO3一’加而直接通过 NOZ一’SN?


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