自养短程硝化系统启动及污泥絮体微生态物质迁移转化规律试验研究_王磊

第４３卷第４期２０１１年８月西安建筑科技大学学报（自然科学版）Ｊ．Ｘｉ′ａｎＵｎｉｖ．ｏｆＡｒｃｈ．＆Ｔｅｃｈ．（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．４３Ｎｏ．４Ａｕｇ．２０１１自养短程硝化系统启动及污泥絮体微生态物质迁移转化规律试验研究王磊１，２，叶静陶１，吕永涛１，２，王旭东１，２（１．西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安７１００５５；２．西部建筑科技国家重点实验室（筹），陕西西安７１００５５）摘要：通过改变反应器曝气量、氨氮浓度与适时排泥可缩短自养短程硝化时间．利用微电极监测技术，测定反应器内好氧活性污泥絮体微观环境物质浓度变化规律．结果表明，逐步降低曝气量、增加氨氮浓度和适时排泥可以提高系统的ＮＯ－２－Ｎ积累浓度：在ＮＨ＋４－Ｎ浓度由２００ｍｇＮ／Ｌ提高到４００ｍｇＮ／Ｌ，曝气量由３５Ｌ／Ｈ降到２５Ｌ／Ｈ，污泥浓度稳定在２１００～２４００ｍｇ／Ｌ，历时２３ｄＮＯ－２－Ｎ积累率由３．４％提高到９１．８６％．经过三个阶段，实现了全程硝化到短程硝化的转换过程；通过对污泥基团物质迁移转化的微生态监测发现，ＮＯ－２－Ｎ生成过程主要在污泥基团０～５００μｍ内进行．试验条件下絮体内ＮＯ－２－Ｎ总产量从１．４８μｍｏｌ（ｃｍ２·ｈ）－１增加到３．８μｍｏｌ（ｃｍ２·ｈ）－１，ＮＯ－３－Ｎ总产量从２．６μｍｏｌ（ｃｍ２·ｈ）－１降低到０．９５μｍｏｌ（ｃｍ２·ｈ）－１；随着曝气量降低和氨氮浓度的提升，ＮＯ－２－Ｎ生成区域向污泥絮体表面迁移，亚硝氮氧化区域主要存在于氨氮氧化区域絮体更深处部位．测试发现物质在污泥界面迁移过程中明显衰减，表明污泥结构过于密实会影响物质迁移和净化效率．关键词：单级自养短程硝化；启动；微生态；迁移转化；微电极中图分类号：Ｘ７０３文献标志码：Ａ文章编号：１００６－７９３０（２０１１）０４－０５２２－０７．＊以高氨氮废水为代表的污染已经给水生态环境造成了非常严重和潜在的危害．以硝化反硝化来降低氨氮含量的方法存在着曝气量大、历时长等问题．短程硝化反硝化提供了降低能耗、缩短反应历程和时间的有效途径．李亚峰等［１］通过投加高质量浓度污泥种泥，高气量淘汰培养，淘洗，低气量短程硝化驯化等手段，实现短程硝化ＳＢＲ反应器的快速启动．ＨａｙｄéｅＤｅＣｌｉｐｐｅｌｅｉｒ等［２］以低容积交换率控制手段来快速启动反应器，达到高自养氨氮去除的目的并成功估计了ＡｅｒＡＯＢ和ＡｎＡＯＢ间微生物平衡点．解庆林等［３］在进水氨氮浓度为２８０～３００ｍｇ／Ｌ，ＨＲＴ为１２ｈ，控制ｐＨ值为７．５～８．５、温度在２８±１℃、溶解氧浓度为０．８～１．２ｍｇ／Ｌ条件下，氨氮去除率达到９０％以上，亚硝酸氮积累率高达９５％．张小玲等［４］从曝气量和外加碳源量等方面启动并讨论了短程硝化－反硝化工艺的优点．国内学者关于短程硝化启动与维持的研究，大多从宏观来调节控制反应器运行条件，达到快速启动的目的．将系统条件与体系内ＮＨ＋４－Ｎ起转化功能以及转化规律联系起来，为系统调控提供依据的研究报道尚不多见．本试验旨在通过宏观和微观相结合的方法对ＳＢＲ反应器内活性污泥絮体内物质转化和条件之间的变化规律进行定性与定量分析研究，研究系统条件转变污泥絮体内部物质转化规律以及氨氧化率、亚硝氮和硝氮总产量等以及与环境条件的关系．为实现良好的单级短程硝化条件的优化控制提供依据．＊收稿日期：２０１０－１２－２３修改稿日期：２０１１－０６－０８基金项目：国家水体污染与治理科技重大水专项基金资助项目（２００９ＺＸ０７２１２－００２）；陕西省“１３１１５”科技创新工程重大科技专项基金资助项目（２０１０ＺＤＫＧ－５６）；教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（２００９６１２０１１００１０）作者简介：王磊（１９７１－），男，陕西铜川人，教授，博士生导师，主要从事水污染控制原理与技术．DOI:10.15986/j.1006-7930.2011.04.005１材料与方法１．１反应器运行条件ＳＢＲ有效容积为４．６Ｌ，采用间歇方式运行．排水率为５０％，每周期为进水５ｍｉｎ；曝气、搅拌同时进行３２０ｍｉｎ；沉降３０ｍｉｎ；排水５ｍｉｎ．控制温度在３０±０．５℃，ｐＨ：７．８～８．５，水力停留时间为１２ｈ．１．２试验用水及接种污泥试验用水人工配制，进水中含无机碳源、氮源、磷源和微量元素［５］．微量元素溶液质量浓度为０．５ｍｇ／Ｌ（其中：Ｍｎ２ＳＯ４·Ｈ２Ｏ０．１１７ｍｇ／Ｌ，ＮａＭＯ４·２Ｈ２Ｏ０．１１ｍｇ／Ｌ，ＣｏＣｌ２·６Ｈ２Ｏ０．１２０ｍｇ／Ｌ，Ｚｎ２ＳＯ４·７Ｈ２Ｏ０．１１０ｍｇ／Ｌ，ＮｉＣｌ２·６Ｈ２Ｏ０．１０４ｍｇ／Ｌ和ＦｅＣｌ３·６Ｈ２Ｏ０．１２４ｍｇ／Ｌ）．试验接种污泥取自西安市第四污水厂倒置Ａ２／Ｏ二沉池回流混合液，平均污泥浓度（ＭＬＳＳ）为３６７０±１０ｍｇ／Ｌ