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固体碳源对MBBR短程硝化反硝化脱氮性能的影响研究

史晓林  
【摘要】:传统生物脱氮工艺处理低C/N生活污水时因碳源的不足导致出水水质难以达标。移动床生物膜反应器(MBBR)所需曝气量小,可降低碳源的无效利用率和能耗。本文以MBBR为研究对象,基于生物膜生物相、生物膜中胞外聚合物(EPS)成分及含量、NH4+-N和COD去除效果等指标,研究2种填料(Kaldnes填料(K2)和多面空心球填料)的挂膜启动特征和短程硝化动力学特性,建立适于氨氧化细菌(AOB)稳定生长的短程硝化体系。为进一步提高MBBR处理低碳源污水的反硝化脱氮性能,选择廉价且易得的芦苇、荻、玉米芯和柚子皮作为固体碳源,对其静态和动态条件下的释碳、释氮、吸附及反硝化性能等进行了测定和研究,筛选稳定提供碳源且不会对环境造成二次污染的固体碳源。将其投加至MBBR中实现短程硝化反硝化与固相反硝化的结合。主要结论如下:(1)以K2为填料的MBBR反应器对NH4+-N和COD的去除率分别达94.46%和82.51%,相比于多面空心球填料,K2填料表面生物膜结构更为紧实,EPS中蛋白质和多糖含量更高,能实现稳定且高效的短程硝化反应。动力学分析亦表明填充K2填料的MBBR具有更好的底物降解能力。(2)固体碳源释放实验表明芦苇释碳量较低,而柚子皮本身质地较软,结构过于松散,不适合作为外加碳源;玉米芯和荻的释碳量和释氮量均不会明显增加水体负荷,且浸出液中含有大量有益于微生物生长的微量元素和易降解利用的类蛋白物质,玉米芯和荻适于用作MBBR反硝化碳源。(3)固体碳源吸附实验证实玉米芯所含微生物对废水中的氮吸附转化能力较强,且随进水NO2--N浓度的增加而逐渐增强;荻对废水中氮的去除主要是通过吸附作用,其所含微生物的作用小。(4)在反硝化实验中,K2填料生物膜和玉米芯固体碳源的反硝化体系较荻在氮的去除上更具优势,当NO2--N浓度为10-30 mg/L时,氮的去除率达99%以上;但NO2--N浓度为30-60 mg/L则对体系的反硝化性能产生不利影响。随水停留时间的增加,NO3--N浓度逐渐降低至10mg/L以下。玉米芯粗糙多孔的表面结构具有良好的微生物附着性,故选择玉米芯作为MBBR反硝化固体碳源和微生物的载体。(5)采用聚乙烯填料将玉米芯固定后投加到MBBR中,处理无其它碳源的合成废水,结果表明较以蔗糖和乙酸钠为碳源的MBBR脱氮效果更好;反应器出水NH4+-N和NO3--N平均浓度均小于1 mg/L,NO2--N平均浓度降低至3.65 mg/L,降低了69.78%;且出水COD平均浓度为30 mg/L。添加玉米芯的MBBR生物膜中EPS的主要成分含量明显增加,紧密型胞外聚合物(TB-EPS)中蛋白质和腐殖质含量分别为原来的1.51和1.53倍。这表明以玉米芯为MBBR反硝化固体碳源和微生物载体有利于构建短程硝化反硝化与固相反硝化相结合的高效脱氮体系。


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