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都会污水处理脱氮除碳工艺

公布工夫:2019-3-15 8:51:39  中国污水处理处置惩罚工程网

随着水体中氮素净化日益严峻,曾经影响到了人类康健,我国控制N、P的排放也越来越严酷.新的排放尺度对脱氮工艺提出了更高的要求,传统脱氮工艺已无法满意可连续生长的要求,经济高效的新型脱氮工艺亟需开辟.厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation, ANAMMOX)反响是指在厌氧或缺氧条件下,厌氧氨氧化微生物以NO2--N为受体,氧化NH4+-N为氮气的历程,依附工艺流程冗长、无需外加无机碳源、曝气能耗低、污泥产量高等上风,成为污水处理生物脱氮范畴的研讨热门.比年来,海内外研讨开辟了多种以厌氧氨氧化为主体的污水处理处置惩罚工艺,此中最为遍及的为亚硝化-厌氧氨氧化工艺(Sharon-ANAMMOX).该工艺在亚硝化阶段将原废水中50%~60%的NH4+-N转化为NO2--N,在ANAMMOX阶段,ANAMMOX菌将剩余的NH4+-N与在亚硝化天生的NO2--N举行厌氧氨氧化反响天生氮气.

现在亚硝化-厌氧氨氧化工艺已在高氨氮废水范畴失掉了遍及使用,而在低氨氮废水处置惩罚范畴的使用尚不可熟.本课题组基于后期的研讨结果,构建一连流完全混淆反响器(CSTR)亚硝化-膜生物反响器(MBR)厌氧氨氧化体系,且为淘汰无机碳源对亚硝化及厌氧氨氧化的影响,在CSTR-MBR前端设置ABR除碳体系,将三者耦分解一体化ABR除碳-CSTR亚硝化-MBR厌氧氨氧化工艺处置惩罚生存 污水处理 ,同时接纳MiSeq高通量测序技能对体系内微生物举行检测,从分子生物学角度剖析菌群布局变革,以期为ABR除碳-亚硝化-厌氧氨氧化工艺处置惩罚都会生存污水处理提供微观和微观根据.

1 质料与要领1.1 实行安装

本实行安装由无机玻璃制成,如图 1,总有用体积16.24 L,反响器长63 cm,宽8 cm,有用高度30 cm,由ABR除碳体系、CSTR亚硝化和MBR厌氧氨氧化体系构成. ABR体系每隔室升流区和降流区隔间宽度比为4:1,折流板导向角为45℃,有用容积为8.8 L.亚硝化体系为一连流完全混淆式反响器,分为曝气池和沉淀池两部门构成,有用容积辨别为2.64 L和0.96 L.厌氧氨氧化反响器中设置帘式中空纤维微滤膜组件,膜孔径0.1 μm,膜面积为0.2 m2,有用容积为3.84 L. MBR厌氧氨氧化进水由ABR除碳体系出水和亚硝化出水两部门构成,以此包管厌氧氨氧化进水NH4+-N:NO2--N浓度在1:1左右.一体式反响器经过蠕动泵一连进水,由蠕动泵经中空纤维微滤膜间歇抽吸出水,抽吸周期为10 min(8 min抽吸和2 min反冲洗).整个反响器一直置于恒温水浴箱中,温度控制在(30±1)℃.

图 1

 
图 1 实行安装表示

1.2 接种污泥和实行进水

ABR除碳污泥取自苏州某生存污水处理处置惩罚厂缺氧池污泥,ABR反响器各隔室接种污泥约占各隔室容积的2/3,污泥浓度(MLSS)为7.9 g·L-1.亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥均泉源于实行室的亚硝化反响器和厌氧氨氧化反响器,MLSS辨别为4.5 g·L-1和6.9 g·L-1.

接纳人工配水模仿都会污水处理,以(NH4)2SO4为氮源(NH4+-N浓度为50 mg·L-1左右),以乙酸钠为碳源(COD浓度为300~400 mg·L-1),加碳酸氢钠以调治pH至7.5左右.别的还包罗生物所需的其他养分元素氯化钙(10 mg·L-1)、硫酸镁(10 mg·L-1)、磷酸氢二钾(4 mg·L-1 )及微量元素.微量元素分为微量元素Ⅰ和微量元素Ⅱ,微量元素根据1 mL·L-1添加.微量元素Ⅰ组分(g·L-1):EDTA 5,FeSO4 5;微量元素Ⅱ组分(g·L-1):EDTA 15,ZnSO4·7H2O 0.43,CoCl2·6H2O 0.24,MnCl2·4H2O 0.99,CuSO4·5H2O 0.25,NaMoO4·2H2O 0.22,NiCl2·6H2O 0.19,NaSeO4·10H2O 0.21,H3BO40.014.

1.3 剖析要领

本实行历程中每隔1 d打水样测定,测定项目重要包罗:NH4+-N;纳氏试剂分光光度法;NO2--N:N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法;NO3--N:紫外分光光度法;MLSS、MLVSS:尺度分量法;SVI:30 min沉降法;pH:pHS-9V数显酸度计;溶解氧:YSI550A溶氧仪.

1.4 微生物高通量测序剖析

辨别将实行前后的CANON体系中污泥收罗送样,接纳FastPrep DNA提取试剂盒(QBIOGENE,USA)DNA,完成基因组DNA抽提后,使用1%琼脂糖凝胶电泳检测抽提的基因组DNA.用16S rRNA基因引物338F(ACTCCTACGGGAGGCAGCAG)和806R(GGACTACHVGGGTWTCTAAT)对细菌16S rRNA基因举行PCR扩增,PCR仪接纳ABI GeneAmp®9700型,接纳TransGen AP221-02;TransStart Fastpfu DNA Polymerase,20 μL反响体系.反响步伐为95℃预变性3 min,95℃变性30 s,55℃退火30 s,72℃延伸45 s,27个循环后,72℃延伸10 min,每个样品反复3次.

利用AxyPrepDNA凝胶接纳试剂盒(AXYGEN公司)切胶接纳PCR产品,委托上海美吉生物医药科技无限公司完成对PCR扩减产物的高通量测序,微生物多样性剖析于上海美吉医药生物科技无限公司所提供的I-Sanger生信剖析云平台上完成.

2 结果与讨论2.1 亚硝化体系

由于厌氧氨氧化反响的基质配比NH4+-N:NO2--N浓度为1:1左右,以是亚硝化和厌氧氨氧化的团结工艺的要害在于怎样完成稳固的部门亚硝化,而完成恒久稳固的部门亚硝化好不容易.本实行废水先经ABR除碳体系除碳后,一部门ABR除碳出水进入亚硝化举行完全亚硝化,另一部门ABR出水间接进入厌氧氨氧化体系中与亚硝化出水归并作为厌氧氨氧化进水,工艺门路如图 2.本工艺门路异样可以包管厌氧氨氧化的进水中NH4+-N和NO2--N浓度比为1:1,而控制完全亚硝化比部门亚硝化要容易得多.

图 2

 
图 2 一体式亚硝化-厌氧氨氧化工艺门路

在ABR除碳-亚硝化耦合厌氧氨氧化一体式工艺启动历程中,人工模仿都会污水处理,控制一体式反响器进水COD浓度300~400 mg·L-1、NH4+-N浓度50 mg·L-1、pH值7.5左右,一体式反响器HRT 18 h.此时ABR除碳体系出水COD浓度为120 mg·L-1,不会对后续亚硝化体系孕育发生倒霉影响[13, 14].如图 3,控制亚硝化体系HRT为3 h、DO浓度为0.8~1.2 mg·L-1,亚硝化体系出水NH4+-N浓度在前5d后敏捷低落至10 mg·L-1以下,这与李田等[15]接种贮存亚硝化污泥实行结果同等,出水NO2--N渐渐由20 mg·L-1以下提拔至35 mg·L-1左右,出水NO3--N浓度一直在6 mg·L-1以下,出水COD浓度在40 mg·L-1左右.在接上去的70 d的一体式反响器启动历程中,亚硝化体系出水NH4+-N浓度维持在6~10 mg·L-1,氨氮去除率在80%~90%,氨氮去除率并未进一步进步,是由于NH4+-N出水浓渡过低,会低落亚硝化体系中游离氨(free ammonia,FA)浓度.有研讨发明,FA对氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria, AOB)和亚硝酸盐氧化菌(nitrite oxidizing bacteria, NOB)孕育发生克制的浓度辨别为10~150 mg·L-1和0.1~1.0 mg·L-1,本实行亚硝化体系出水NH4+-N浓度维持在6~10 mg·L-1,FA浓度控制在2~10 mg·L-1,这也是本实行亚硝化体系出水NO3--N较低的缘故原由之一,亚硝累计率(NAR)在85%~93%.

图 3

 
图 3 亚硝化出水氮浓度变革

值得一提的是,在亚硝化体系的整个启动历程中,一直有10%~15%的氮损存在,这是由于亚硝化反响器存在部分去世区,形成部分厌氧情况,且亚硝化体系中同时有氨氮和亚硝态氮的存在,为厌氧氨氧化菌的生活提供了条件,产生了厌氧氨氧化反响,故而呈现氮损的征象.在启动的前5 d,乃至呈现了出水总氮大于进水总氮的征象,这是由于部门接种的亚硝化污泥,不克不及顺应地点情况的转变而产生细胞自溶,开释出少量的NH4+-N.详细接洽污水处理宝或拜见http://www.jd1598.com更多相干技能文档。

2.2 厌氧氨氧化体系

厌氧氨氧化体系的进水由亚硝化体系出水和ABR除碳体系出水两部门构成,在一体式反响器启动的前37 d中,控制亚硝化体系出水和ABR除碳体系出水比例为(1.5:1)、厌氧氨氧化体系HRT 4.5 h,如图 4,此时厌氧氨氧化体系出水即一体式ABR除碳-亚硝化-厌氧氨氧化反响器出水NH4+-N出现先降落后上升的变革,出水NO2--N不停处于较低程度(1~3 mg·L-1).这是由于本实行厌氧氨氧化体系中接种的是造就成熟的厌氧氨氧化污泥,污泥活性精良,故接种后一体式反响器呈现出水NH4+-N浓度敏捷降落的征象;而ABR除碳体系出水中NH4+-N浓度为50 mg·L-1,NO2--N浓度为0 mg·L-1,而厌氧氨氧化体系进水中固然亚硝化出水所占比例为ABR除碳体系的1.5倍,但是亚硝化出水中NO2--N浓度只要35 mg·L-1左右,且还存在6~10 mg·L-1左右的NH4+-N,经盘算此时厌氧氨氧化进水中NO2--N:NH4+-N浓度为0.6~0.8:1,而现在,学术界广泛担当的厌氧氨氧化反响方程式如式(1)所示.从中可知,该反响NO2--N和NH4+-N斲丧量的实际比为1.32:1,而本实行厌氧氨氧化体系进水中NO2--N浓度所占比例较小,ANAMMOX菌恒久得不到平衡的基质,故而出水NH4+-N浓度又呈现上升的征象.

图 4

 
图 4 厌氧氨氧化收支水氮浓度变革
(1)

在一体式反响器运转37 d后,将厌氧氨氧化体系进水比例中亚硝化体系出水:ABR除碳体系出水(1.5:1)调解为2:1.经盘算,此时厌氧氨氧化体系进水NO2--N:NH4+-N浓度为1:1左右,基本满意厌氧氨氧化反响所需基质,在之后40 d的实行运转中,厌氧氨氧化体系出水即一体式反响器出水NH4+-N、NO2--N浓度稳固在3 mg·L-1以下,出水NO3--N浓度在4 mg·L-1左右,总氮去除率在86%~92%.

别的,如图 5,厌氧氨氧化体系进水经亚硝化体系出水和ABR除碳体系出水混淆后COD浓度在60~80 mg·L-1,出水COD浓度在20~40 mg·L-1,无机物并未对厌氧氨氧化孕育发生不良影响.比年来,研讨者在无机物对ANAMMOX影响方面睁开了少量研讨,150 mg·L-1以下无机物浓度可使异养菌与ANAMMOX菌共存,并到达互相促进的作用,这也是本实行厌氧氨氧化体系可以或许稳固运转的缘故原由.

图 5

 
图 5 一体式反响器各体系COD浓度变革

2.3 微生物菌群布局变革

使用MiSeq高通量测序平台对实行前后亚硝化体系和厌氧氨氧化体系污泥中微生物多样性举行剖析,本次研讨中4个样品的笼罩度均大于99.99%,可确保本次测序结果可以或许代表样本中微生物群落构成.如表 1所示,ACE指数和Chao1指数表征菌群品貌[24],实行后亚硝化体系和厌氧氨氧化体系的Chao1和ACE指数均有所增长,评释实行后亚硝化体系和厌氧氨氧化体系均拥有更高的微生物物种品貌. Shannon指数和Simpson指数表征菌群多样性,Shannon值越大则表征微生物菌群构成庞大水平越高,亚硝化体系和厌氧氨氧化体系实行后Shannon指数均略有增长,是由于在一体式ABR除碳-亚硝化-厌氧氨氧化反响器启动历程中,前置体系中有部门微生物随水流至下一体系中,从而形成微生物构成庞大水平变高.而Simpson指数表征微生物多样性,Simpson指数越大,则评释上风菌群占微生物量的比重越大,反响器功能提拔的紧张缘故原由是反响器中功效菌群不停镌汰弱势菌群成为反响器的上风菌群,实行后亚硝化体系和厌氧氨氧化体系Simpson指数均失掉提拔,这也从微生物角度表征了亚硝化体系和厌氧氨氧化体系功效失掉提拔.

表 1 实行前后微生物多样性变革

图 6为亚硝化体系实行前后各菌群在纲程度上的绝对品貌,从中可以看出γ-Protebacteria纲失掉明显提拔,而Protebacteria门险些涵盖了全部范例的AOB,且γ-Protebacteria纲包罗兼具呼吸、发酵代谢方法的兼性异养菌,它们是COD降解的重要到场者,这也从微生物角度表明了亚硝化体系降解COD的原理,且γ-Protebacteria纲与反硝化亲昵相干,反硝化菌斲丧无机物将亚硝化体系中NO2--N、NO3--N氧化为N2,这也表明了亚硝化体系中存在氮损的缘故原由. Sphingobacteria(鞘脂杆菌纲)数目有所淘汰,Sphingobacteria纲与排泄EPS有关,这大概与亚硝化污泥接种前后生活情况变革有关,接种前亚硝化污泥地点种泥反响器更容易构成颗粒状,而颗粒污泥与EPS亲昵相干,故Sphingobacteria纲在实行后有所淘汰.

图 6

 
图 6 实行前后,亚硝化体系中各菌群在纲级别上的绝对品貌

如图 7,厌氧氨氧化体系实行前后重要菌群均为Anaerolineae(厌氧绳菌纲)、norank_p_WWE3、β-Proteobacteria和Sphingobacteria纲. Anaerolineae纲是厌氧生物反响器中罕见的微生物菌群,比拟实行前,实行后厌氧氨氧化体系中Sphingobacteria纲有明显增长,有研讨评释[27]Sphingobacteria纲具有进步微生物生长速率和脱氮速率的功效,故从微生物角度表明了实行后厌氧氨氧化体系脱氮功能进步的缘故原由.

图 7

 
图 7 实行前后,厌氧氨氧化体系中各菌群在纲级别上的绝对品貌

3 结论

(1) 控制亚硝化体系HRT为3h、DO为0.8~1.2 mg·L-1,FA浓度2~10 mg·L-1,亚硝化体系出水NH4+-N浓度6~10 mg·L-1,氨氮去除率80%~90%,NAR 85%~93%,出水COD浓度在40 mg·L-1左右,不会对后续ANAMMOX体系孕育发生不良影响.

(2) 控制亚硝化体系出水和ABR除碳出水比例为2:1作为厌氧氨氧化体系进水,满意ANAMMOX所需NO2--N和NH4+-N基质比1:1左右.一体式反响器出水NH4+-N、NO2--N浓度稳固在3 mg·L-1以下,出水NO3--N浓度在4 mg·L-1左右,出水COD浓度在20~40 mg·L-1,总氮去除率在86%~92%,COD去除率85%以上,ABR除碳-亚硝化耦合厌氧氨氧化工艺可以或许有用用于处置惩罚都会污水处理脱氮除碳.

(3) 实行后,亚硝化体系和厌氧氨氧化体系均拥有更高的微生物物种品貌,亚硝化体系中与反硝化亲昵相干的γ-Protebacteria纲有所增长,厌氧氨氧化体系中具有较高微生物生长速率和加强脱氮速率功效的Sphingobacteria纲明显增长,从微生物角度表明了实行后一体式反响器脱氮功能进步的缘故原由.(泉源:情况迷信 作者:李田)

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