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上流厌氧流化床反应器的反硝化效率研究。

西纽供应 2020-09-24 187人浏览

与传统的硝化和反硝化技术相比,厌氧氨氧化技术的优点是在处理低碳氮比和高氨氮废水时不需要额外的碳源和节能,这一点引起了越来越多的关注.目前,厌氧氨氧化技术主要用于污泥消化液和高氨氮工业废水的处理,技术发展相对成熟,在美国,德国和瑞士都有成功的应用案例.

根据厌氧污泥的不同形式,可将其分为三种过程形式:絮凝法,生物膜法和颗粒法.其中,基于生物膜的厌氧氨氧化工艺因其稳定,高效的反硝化性能而备受关注.其核心技术是使用填料长时间富集并保持厌氧细菌,以有效增加反应器中厌氧细菌的丰度和丰度.反应器的反硝化效率.

基于移动床生物膜反应器(MBBR)的厌氧氨氧化技术已成功应用.厌氧氨氧化MBBR工艺的总脱氮负荷高达8 kg /(m3·d),并且脱氮的优势非常明显.

填料是厌氧菌生长的载体,厌氧反应器的反硝化效率也与填料的种类密切相关.高大文等人将填料,聚氨酯泡沫和三维弹性纤维结合起来作为载体,启动了上流式固定床厌氧氨氧化反应器.结果表明,组合填料具有较高的比表面积和较好的亲水性,微生物易于附着,生长,不易脱落,脱氮总负荷可达1.32 kg /(m3·d),并且负载抗冲击性明显优于以聚氨酯泡沫和三维弹性填料开始的反应器.

此外,亚硝酸盐和游离氨可在一定程度上抑制厌氧氨氧化菌的活性,而高浓度的进水基质引起的高负荷冲击也影响了厌氧氨氧化反应器的运行稳定性和反硝化作用.效率的重要因素,如何避免底物对厌氧菌的抑制已成为研究的重点.

在这项研究中,以悬浮的生物填料为载体,并启动并建造了上流厌氧氨氧化流化床反应器(UAFB-厌氧氨氧化).以人工配水为研究对象,研究了进水基质的浓度.回流和UAFB-厌氧氨氮对UAFB-厌氧氨氮反硝化效率的影响为提高厌氧氨氧化工艺的效率提供了理论依据.

01测试材料和方法

1.1测试设备

测试设备使用上流厌氧流化床反应器(UAFB),如图1所示.显示.

UAFB反应器的工作容积为5 L,高度为1 m,内径为0.08 m,是有机玻璃材料.使用市售的流化床填料(直径25 mm,厚度12 mm,堆积密度100 kg / m3,比表面积500 O / m3)用作薄膜载体,反应区中填料的填料速率为30 %.通过加热带将反应器的温度控制在(30±1)℃.原水不进行脱气,而是从反应器底部通过蠕动连续进入UAFB反应器,并从反应器的上端通过回流泵泵送到反应器的底部,出水是从反应堆溢流堰排出,并将产生的气体从三相中分离出来.该装置被排放到空气中.

1.2接种污泥和模拟废水

接种污泥是普通好氧活性污泥,取自深圳盐田污水处理厂测序分批生化池.总体污泥为黄褐色,悬浮固体(MLSS)的质量浓度为4 500 mg / L,挥发性悬浮固体(MLVSS)的质量浓度为3500 mg / L.

反应器进口采用人工模拟废水,不添加有机碳源,模拟废水成分为:NH4Cl(按需制备),NaNO2(按需制备),NaHCO3 0.6 g / L,维氏盐微量元素I和微量元素II为0.2 mL / L,1 mL / L,用NaOH或HCl将进水的pH值调节至7.7.维氏盐溶液组成:KH2PO4 5 g / L,MgSO4·7H2O 2.5 g / L,NaCl 2.5 g / L,FeSO4·7H2O 0.05 g / L,MnSO4·7H2O 0.05 g / L.痕量元素I:EDTA 5克/升,FeSO4·7H2O 5克/升.微量元素II:MnCl2·4H2O 0.99 g / L,CuSO4·5H2O 0.25 g / L,EDTA 15 g / L,H3BO4 0.014 g / L,ZnSO4·7H2O 0.43 g / L,NiCl2·6H2O 0.19 g / L,Na2MoO4· 2H2O 0.22 g / L,Na2SeO4·10H2O 0.21 g / L.

1.3测试方法

在反应器启动阶段,污泥驯化期采用低基质浓度进水模式.NH4 + -N和NO2--N的适应性第一阶段(0-130 d)分别为60 mg / L和50 mg / L.第二阶段(131〜208 d)的入水NH4 + -N和NO2--N分别调整为100和140 mg / L.在-N和NO2--N的去除率高于85%并稳定反应器后,研究了负载冲击和回流对反应器反硝化效率的影响.

在负荷冲击研究中,进水量控制为19.2 L / d,水力停留时间为6.25 h,初始进水NH4 + -N和NO2--N为60 mg / L,分别为90 mg / L,逐渐增加至400、450 mg / L.当反应器的反硝化效率开始降低时,打开回流并以150%的回流比运行,以研究回流对UAFB-厌氧氨氧化反应器运行效率的影响.

1.4分析方法

指标的确定参照"水和废水监测与分析方法":NH4 + -N采用Nessler分光光度法测定;用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法测定NO2--N.NO3--N采用苯酚二磺酸分光光度法测定.用赛多利斯Y31-038酸度计测量pH值.定期取水以测定水样的pH,NH4 + -N,NO2--N和NO3--N.

02结果与分析

2.1厌氧菌的驯化和反应器的启动

在UAFB-厌氧反应器启动过程中,氨气中NH4 + -N和NO2--N的变化趋势和去除率.进水和出水如图2所示.

UAFB-厌氧氨氧化反应器的启动持续了150天,并且启动过程经历了裂解延迟,活性增强和活性稳定性.阶段.0〜35 d为裂解滞后阶段,出水NH4 + -N高于进水NH4 + -N,出水NO2--N低于进水NO2--N,去除率约为15%;在污泥驯化的初始阶段,由于反应的原因,容器中的微生物不适应厌氧和无机营养条件.发生细菌裂解,释放出氨氮和有机物.内源性反硝化利用有机物作为碳源将亚硝酸盐转化为氮,因此出水NH4 + -N高于进水NH4 + -N,出水NO2--N低于进水NO2--N.

36〜150 d是活动促进阶段,同时稳定地去除氨氮和亚硝酸盐氮.在活性促进的后期,NH4 + -N和NO2--N的去除率约为60%,化学计量比为NO2--N / NH4 + -N稳定在1.2〜1.如图5所示(见图3),反应器底部污泥的颜色从棕黄色变为砖红色,并且在填料上出现砖红色絮状物.

151〜208 d是主动稳定阶段,可增加进水口的氨氮和亚硝酸盐浓度.UAFB-厌氧氨氧化反应器运行稳定,NH4 + -N和NO2--N的去除率约为80%〜100%,NO2--N / NH4 + -N稳定在1.2〜1.5,NO3--N / NH4 + -N稳定在0.3〜0.5.

经过150天的培养和适应后,UAFB-厌氧氨氧化反应器成功启动.在UAFB-厌氧氨氧化反应器的启动和稳定阶段,反应器中出现明显的气泡,抬升底部污泥,部分污泥随水流从反应堆堰中流出,部分污泥附着在反应区的填料上,使填料悬浮.砖红色逐渐加深,并在填料的表面和内部形成致密的生物膜.

2.2进水负荷冲击和回流影响的研究

通过逐渐增加进水氨氮和亚硝酸盐氮浓度,增加进水负荷,以及负荷冲击对进水的影响研究了UAFB-厌氧氨氧化.反应器运行效率的影响.

在低基质浓度范围(NH4 + -N61.54〜297.35 mg / L,NO2--N 96.01〜355.70 mg / L)下,总氮体积负荷增加从0.61到2.52 kg /(m3·D),总脱氮负荷已从0.39 kg /(m3·d)稳步增加到1.29 kg /(m3·d),NH4 + -N和NO2--N的去除率可达90%左右;进水NH4 + -N时当氮和NO2--N分别增加到390和446 mg / L,总氮体积负荷增加到3.22 kg /(m3·d)时,总氮去除负荷降低到1.08 kg /(m3·d),NH4 + -N和NO2--N的去除率分别降至31.91%和44.51%(见图4),表明反应器的脱氮性能此时开始下降.

在低基质浓度范围内,随着进水基质浓度和体积负荷的增加,UAFB-厌氧氨氧化反应器总氮去除负荷稳步增加,NH4 + -N和NO2--N的去除率保持稳定,表明反应器中的厌氧菌具有较高的活性,可以迅速适应底物浓度适当增加所引起的环境变化.厌氧氨氧化反应器具有一定的抗负荷冲击性.NH4 + -N和NO2--N是厌氧菌的主要营养成分,但是当反应器中的NO2--N达到100 mg / L而游离氨达到13-90 mg / L时,会影响厌氧氨.氧化细菌的活性受到抑制.

测试结果表明,当进水NH4 + -N和NO2--N分别为297.35和355.7 mg / L时,反应器中的NO2--N达到147.55 mg / L,游离氨达到21.37 mg / L(见图5),已经超过了厌氧氨氧化菌对NO2--N和游离氨的抑制浓度,反应器的总氮体积去除负荷保持在1.29 kg /(m3·d),NH4 + -N去除NO2和NO2--N的比例降低到60%左右;随着进水NH4 + -N和NO2--N分别增加至390.18和446.23 mg / L,反应器中的NO2--N达到247.49 mg / L.游离氨为26.45 mg / L,此时厌氧氨氧化细菌的活性受到强烈抑制.因此,NO2--N和游离氨的双重抑制是减少总氮去除负荷和降低反应器的反硝化效率的主要原因.

流入基质抑制厌氧氨氧化细菌的活性已成为限制反应器效率的主要原因.因此,在启动和提高许多厌氧氨氧化反应器的反硝化效率的过程中,进水NH4 + -N和NO2--N被控制在200〜300 mg / L,这在一定程度上限制了厌氧氨的产生.氧化工艺处理高氨氮废水的独特优势.

在这项研究中,UAFB厌氧氨氧化反应器的高基质浓度给水(NH4 + -N 390 mg / L,NO2--N 446 mg / L)运行20天,然后回流开始回流,回流比为150%.运行后,经过约10天的恢复期,反应器流出物中NH4 + -N和NO2--N的去除率开始稳定增加,平均去除率分别约为62.49%和60.50%.同时,反应器的总脱氮体积负荷增加到1.76 kg /(m3·d),与回流前相比增加了60%.

150%的回流可有效降低反应器中NO2--N和游离氨的浓度,NO2--N从247.49 mg / L降低至175.43 mg / L,游离氨从26.45降低mg / L至10.57 mg / L(见图5).

虽然NO2--N和游离氨的浓度仍高于抑制浓度,但它们有效地减轻了对厌氧氨氧化细菌活性的抑制,提高了UAFB-厌氧氨氧化反应器的反硝化效率.%,回流效果显着.

03结论

(1)悬浮填料被用作上流厌氧流化床反应器的膜载体,以培养厌氧菌.适应36天后,它可以同时去除NH4 + -N和NO2--N.孵育150天后,NH4 + -N和NO2--N的同时去除率稳定在80%以上,并且成功启动了上流厌氧氨氧化流化床反应器,并附着了悬浮填料的表面和内部空隙致密的砖红色生物膜.

(2)在低基质浓度下运行时,上流厌氧氨氧化流化床反应器具有一定的抗负荷冲击能力,总氮体积负荷为0.61〜2.52 kg /(m3・当d)在该范围内增加时,总脱氮负荷从0.39kg /(m3·d)增加到1.29kg /(m3·d);当总氮体积负荷增加到3.2 kg /(m3·d)时,总氮去除负荷降低到1.08 kg /(m3·d).

(3)150%的回流比可有效减轻基质对厌氧氨氧化细菌活性的抑制作用,提高反应器的反硝化效率,并将总脱氮负荷提高到1.76 kg /(m3·d )反硝化效率提高了63%.

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