MBR在处理外源性有机物与氨氮废水中硝化污泥的驯化特性研究

【摘要】： 硝化反应是氨氮转化过程中的重要环节，目前国内外研究主要集中在常规的生物处理工艺(活性污泥法)中较低浓度氨氮的硝化反应特性，而对类似渗滤液环境中的高强度氨氮的硝化过程则研究较少。论文采用膜生物反应器(Membrane Bioreactor or MBR)，连续操作，以苯酚和三氯乙烯(Trichloroethylene or TCE)为典型的外源性有机化合物，系统地研究了驯化污泥在苯酚和TCE单一或共存条件下的硝化特性；并且为保证试验数据的准确性和运行的稳定性，对膜生物反应器常用的控制方式进行改进，成功地设计、安装和运行了具有自主产权的自动控制装置。主要内容如下： 一、设计、安装和运行由继电器、电磁阀和液位控制器等元件所构成自动控制装置，实现膜生物反应器的连续、稳定和无人运行。 该自控装置利用液面下降速率的快慢来表征膜污染的状况，以液位控制器为核心，将MBR的进水、出水、液控、曝气和反冲5个系统联系为一个统一的整体，其中进水、出水、液控和曝气分别为由时间继电器控制的周期性运行，定时开关各种泵类的运行，使各种泵都有足够的时间散热和停息，而反冲系统将及时地清除膜面污染物，维持膜通量的基本稳定。 该自控装置新颖的设计思路和很强的实用性与现有的各种MBR自动控制装置相比，性能价格比优越，已经申请，并且获得了国家专利。 二、以苯酚和TCE为代表性的外源性有机化合物，系统研究了驯化污泥的硝化反应特性。 (1)在无pH控制条件下驯化活性污泥，发现驯化污泥对氨氮的去除率可稳定在30～50％，同时对COD去除率可保持在80％以上，实验结果证明：污泥对有机物降解及氨氮硝化过程中产生的大量H~+使pH值稳定于低水平(5.4左右)，以及反应过程中亚硝酸盐氮的积累是导致硝化率低下的主要原因。 (2)研究以葡萄糖为代表的有机营养物对硝化过程的影响，结果表明：较低浓度葡萄糖驯化条件下，硝化菌富集效果明显，污泥中硝化菌的活性将逐步上升；而高浓度葡萄糖环境下，由于有机营养物可以迅速为异养菌所分解利用，污泥中的异养菌逐渐变为优势菌群，其COD_(Mn)降解活性逐步增大，但其硝化效率将逐渐下降，硝化菌的活性受到高浓度有机营养物的抑制作用，因此，异养菌的快速增 摘要 殖对硝化菌的活性形成一定程度的抑制作用。但随着时间的延长，污泥中无论硝 化菌还是异养菌，其活性都将逐渐地降低，其原因可以归结为膜对溶解性难降解 有机大分子的截留与累积，和长时间污泥没有更新的结果。 (3)研究了间歇投加三氯乙烯(TCE)，TCE及其共代谢中间产物对硝化菌和异养 菌活性的抑制情况，以及在TCE停止投加后，硝化污泥抗TCE抑制能力的变化情 况。结果表明:虽然TCE对异养菌酶活性有一定的抑制作用，使COD。的去除率 呈下降趋势，但仍然没有被大幅度地降低;硝化菌由于对环境比较敏感，在TCE 投加的初期，抑制作用比较明显，氨氮的去除率呈下降趋势，但当硝化菌慢慢适 应TCE共存环境后，其硝化活性将慢慢恢复，氨氮去除率将逐渐提高;而停止投 加TCE后，硝化菌仍然具有一定的耐TCE抑制的能力，而且较高浓度TCE驯化的 污泥的耐TCE抑制的能力也较高，但随着停止投加时间的延长，这种耐TCE抑制 的能力将逐渐下降直至消失。 (4)研究了苯酚和三氯乙烯(TCE)单一和共存体系中，污泥的硝化活性的变化 情况。结果表明:单一的低浓度的苯酚投加，苯酚降解菌逐渐地生长和富集，但 很可能是由于碳源的限制，苯酚降解菌不能成为优势降解菌，在维持对苯酚高降 解率的同时，也对硝化过程表现出较强的抑制作用;在TCE和低浓度苯酚的共存 体系中，TCE共代谢带来的抑制作用较为强烈，对苯酚降解菌和硝化菌都有一定 的抑制作用，其中对氨氮的硝化过程影响最大，而对苯酚降解菌的活性影响较小; 在TCE和高浓度苯酚的共存体系中，TCE对硝化菌最初的抑制作用强烈，但由 于高浓度的苯酚投加引起苯酚降解菌的快速增殖和富集，在苯酚被快速降解和利 用的过程中，高浓度苯酚诱导的苯酚降解菌酶的高活性使TCE共代谢过程对硝化 过程的抑制作用得到有效的缓解。 论文主要内容是膜生物反应器处理含高强度氨氮和外源性有机化合物的废 水的硝化特性，对类似垃圾渗滤液环境下的废水的有效生物处置和地下水的工程 技术修复措施有着很强的和针对性的指导意义;并且通过试验过程验证，说明膜 生物反应器在活性污泥的驯化中，是一种很好的硝化菌富集和驯化手段。