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污水脱氮工艺研究

短程硝化由于节省硝化过程25%氧气和减少反硝化过程40%碳源消耗的优点被广泛应用,在污水处理过程中,维持稳定的短程硝化成为短程脱氮工艺的关键.以往的研究主要集中在连续曝气的前提下,通过单一因素(温度、低DO、污泥龄、水力停留时间)来实现亚硝的稳定积累,而间歇曝气可以实现好/厌氧条件的快速交替,更有利于氨氧化菌(AOB)的富集和活性表达,而抑制了亚硝酸盐氧化菌(NOB)的生长,通过间歇曝气模式可以使AOB成为优势菌种,对于稳定短程硝化具有重要作用.短程硝化能够实现及长期稳定运行的实质在于AOB和NOB生理特性的差异,有学者研究发现在高温、低溶解氧、pH值等实时控制策略下可以实现短程硝化,张功良等采用SBR反应器在连续曝气的条件下,控制温度为21~23℃时无法实现短程硝化的稳定运行,在31~33℃时可以实现短程硝化的恢复并维持其稳定.而控制温度在间歇曝气条件下实现短程硝化的研究较鲜见,本研究采用SBR反应器在不同温度时,通过交替好氧/缺氧模式处理实际生活污水实现短程硝化,并探究AOB和NOB活性的变化规律,以期为短程硝化在实际工程中的应用提供理论参考.

1材料与方法1.1试验装置

SBR反应器采用有机玻璃柱制成(图1),直径15cm,高40cm,有效容积5L.其侧壁设有取样口,采用搅拌器搅拌,利用时间控制器实现间歇曝气,采用温度控制器调节温度.

图1

1.曝气泵;2.气体流量计;3.搅拌器;4.曝气头;5.排泥口;6.取样口图1SBR试验装置示意

1.2接种污泥

接种污泥取自兰州市七里河安宁区污水处理厂,浓度为3000mg·L-1左右,污泥MLVSS/MLSS(f值)为0.37,SV30为18,污泥具有良好的沉降性能.

1.3试验用水水质及检测方法

试验用水取自兰州交通大学家属区实际生活污水,其水质指标见表1.

表1

表1试验用水水质

取100mL混合污泥置于量筒中,静置30min,测定SV30.从反应器中取100mL水样,用定量滤纸过滤,滤纸残余物在105℃的烘箱内烘至恒重,冷却后测量MLSS.然后在600℃的马弗炉内烘至恒重,冷却后测量MLVSS.水样经滤纸过滤后根据国家标准方法[12]测定COD、NH4+-N、NO2--N、NO3--N.

1.4运行模式

温度分别为30℃和18℃,以下分别用T30℃和T18℃表示.采用单周期4次(T30℃)和7次(T18℃)交替好氧:缺氧=30min:30min模式,最后一次交替好氧后不再进行缺氧反应,之后沉淀30min后排水;每周期分别运行时间为240min和420min,每天运行2个周期,瞬时进出水;曝气量为80L·h-1,排水比为75%.

1.5计算方法

氨氮去除率、亚硝酸盐氮积累率、硝酸盐氮积累率、比氨氮氧化速率(SAOR)、比亚硝酸盐氮产生速率(SNiPR)和比硝酸盐氮产生速率(SNaPR)的计算参考孙洪伟等[13]的公式进行,氨氧化速率和亚硝酸盐氧化速率参考卞伟等[14]的公式.

1.5.1AOB和NOB的活性计算

AOB活性的计算[15]：

(1)

式中,ηAOB活性为AOB活性,%;SAORn为第n周期曝气结束时SAOR(以N/VSS计),g·(g·d)-1;SAORm为整个试验阶段SAOR的平均值(以N/VSS计),g·(g·d)-1.

NOB活性的计算[15]：

(2)

式中,ηNOB活性为NOB活性,%;SNaPRn为第n周期曝气结束时SNaPR(以N/VSS计),g·(g·d)-1;SNaPRm为整个试验阶段SNaPR的平均值(以N/VSS计),g·(g·d)-1.

1.5.2同步硝化反硝化计算

根据张建华等[16]提出的同步硝化反硝化(SND)率计算方法,在此公式中忽略了反应过程微生物的同化作用和细胞死亡的影响,计算公式如下：

(3)

式中,CSND率为同步硝化反硝化率,%;NOx--N进-出表示系统曝气前后NOx--N(NO2--N+NO3--N)的增加量,mg·L-1;NH4+-N进-出为系统曝气前后NH4+-N的减少量,mg·L-1.

2结果与讨论2.1不同温度间歇曝气模式下氨氮变化特征

对于好氧/缺氧脱氮工艺,从好氧池出来的混合液所携带的溶解氧必然会进入到缺氧池,导致缺氧池不能形成真正的缺氧状态,使反硝化不彻底,从而使得交替好氧/缺氧脱氮工艺在实际工程运用受到限制.因此,对于SBR工艺,运用间歇曝气交替好氧/缺氧脱氮模式,可以较好实现好氧/缺氧的条件,使硝化和反硝化均能够彻底进行,达到脱氮的目的.图2为30℃和1