序批式活性污泥法单级自养脱氮特性试验研究_吕永涛

15年前左右，VandeGraff等人发现了自养型厌氧氨氧化菌，为可持续废水生物脱氮处理提供了新思路[1]。随后基于氧氨氧化菌的几种新工艺被陆续开发，其中利用好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的协同作用将短程硝化和厌氧氨氧化置于同一反应器中完成氮素去除的工艺被命名为“基于亚硝化的自养脱氮工艺”（Completelyautotrophicnitrogen-removalovernitrite，CANON）[2]。尤其适合低C/N、高氨废水的脱氮处理[3-4]。其反应计量关系式为[5]：NH4++0.85O2→0.13NO3-+0.435N2+1.4H++1.3H2O。(1)但是，由于厌氧氨氧化菌的生长速率太慢（倍增时间11d），因此绝大多数研究者通过在短程硝化系统中接种厌氧氨氧化污泥来实现CANON工艺的启动[2,5-11]。国内郭劲松等人利用序批式生物膜反应器（SBBR）启动了单级自养脱氮，并对生物学特性、氮素转化和DO的影响进行了相关研究，但他们均通过连续或半连续操作方式进行研究的[12-15]。对间歇操作条件下的单级自养脱氮性能鲜见报道。另外，据报道Nitrosomonas属的好氧氨氧化菌在限氧条件下能同时进行短程硝化-反硝化，即某些好氧氨氧化菌种能单独进行自养脱氮，但其活性较低，能引起系统中少量氮损失[16-18]。本试验在序批式活性污泥法（SBR）系统中（间歇式运行）短程硝化运行过程中发现TN不明损失后，通过调整运行条件获得了单级自养脱氮的效果[19]。在此基础上对系统的脱氮性能以及单周期中氮素的转化特性进行了研究，并通过氮元素守恒和计量关系探讨了其可能的脱氮途径。1材料与方法1.1试验装置试验采用圆柱形SBR反应器，材质为有机玻璃。总容积6L，有效容积4.6L，其中沉淀区容积2.1L。利用空气压缩机进行曝气，通过玻璃转子气体流量计控制供气速率，使DO的质量浓度为0.3～0.5mg·L-1；搅拌器转速控制在200r·min-1；通过水浴夹套热水循环的方式将温度控制在30～31℃；运行周期为8h，单周期进出水时间各为2.5min，曝气、沉淀和静置时间分别为450、20和5min。1.2污泥和试验用水污泥为短程硝化过程中实现的具有单级自养脱序批式活性污泥法单级自养脱氮特性试验研究吕永涛1，王磊1，孙婷2，王旭东1，王韬1，王志盈1（1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安710055；2.西安地质矿产研究所，陕西西安710054）摘要：为使序批式活性污泥法系统中单级自养脱氮获得稳定运行效果，对脱氮性能、单周期氮素转化特性进行了研究，并通过氮元素守恒和计量关系探讨其脱氮途径。结果表明，进水氨氮负荷为0.494kg·m-3·d-1（n=50）时，TN平均去除率、最高去除负荷和去除速率分别达81.8%、0.493kg·m-3·d-1和0.201kg·kg-1·d-1。单周期过程中氨氮和TN几乎呈线性去除；ρ(NO2--N)变化不大，维持在4mg·L-1以下；ρ(NO3--N)则由12.9逐渐升高最终达到28.6mg·L-1。ρ(DO)由0.4降低到0.2最后升至0.3mg·L-1，pH先由8.02升高到8.15后缓慢降低至7.98。系统中产生的硝酸盐与消耗的氨氮质量比为0.08～0.12，小于“基于亚硝化的自养脱氮工艺”。通过计量关系分析系统中除短程硝化和厌氧氨氧化的协同脱氮作用外，还存在自养反硝化的辅助脱氮途径。关键词：序批式活性污泥法；单级自养脱氮；短程硝化；厌氧氨氧化；自养反硝化中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)04-0053-004收稿日期：2010-06-07基金项目：国家水体污染与治理科技重大水专项河流主题（2009ZX07212-002-004）作者简介：吕永涛（1980－），男，博士研究生，研究方向为废水的厌氧生物处理联系电话：15991657440；E-mail：hybos2000@126.com第37卷第4期2011年4月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.4Apr.,201153DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.04.016氮功能的污泥；试验用水为人工无机配水，主要成分有NaHCO3（提供碳源和调节pH）和NH4Cl，进入反应器中初始氨氮的质量浓度和pH分别控制在(160±30)mg·L-1和8.0±0.2。1.3分析项目及测定方法氨氮：纳氏试剂光度法；亚硝酸盐氮：N-(1-萘基)-乙二胺光度法；硝酸盐氮：紫外分光光度法；MLSS、MLVSS：称量法；DO含量：便携式溶解氧仪法；pH：pHS-3C精密pH计[20]。因未添加有机物，TN通过分别测定NH4+-N、NO2--N和NO3--