耦合反硝化的CANON生物濾池脫氮研究

李 冬,楊 卓,梁瑜海,高偉楠,吳 青,蘇慶嶺,張 杰,2 (.北京工業(yè)大學(xué)水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 0024；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱50090)

目前的污水處理廠除氮采用的工藝多基于傳統(tǒng)硝化反硝化原理,但因其存在能耗大、投資運(yùn)行費(fèi)用高、污泥產(chǎn)量大等缺點(diǎn)已不能適應(yīng)水處理行業(yè)的發(fā)展要求.1999年,Third等[1]首先提出了全程自養(yǎng)脫氮工藝(CANON),它因無(wú)需外加有機(jī)碳源、節(jié)省曝氣量、占地面積小、污泥產(chǎn)量低等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛關(guān)注.國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要對(duì)于CANON工藝的啟動(dòng)及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了研究,例如Qiao等[2]利用biofix填料研究CANON工藝快速啟動(dòng)及高負(fù)荷運(yùn)行,7d總氮去除負(fù)荷達(dá)到0.46kgN/(m3·d),最高去除負(fù)荷為 0.92kgN/(m3·d);張杰[3]等利用序批式生物膜 CANON 工藝研究溫度的影響,得出在 26～35℃之間可以得到較好的 TN去除效果,TN去除率達(dá) 88.3%.研究表明,CANON工藝能夠用于高基質(zhì)、不含有機(jī)碳源的水質(zhì)條件.但是,實(shí)際廢水往往基質(zhì)濃度存在一定的波動(dòng)且含有機(jī)碳源,因此研究不同基質(zhì)濃度下 CANON工藝的運(yùn)行效果及有機(jī)碳源對(duì)于CANON工藝的影響是十分必要的.此外, CANON工藝?yán)碚撋系氐娜コ龢O限僅為89%,使得CANON工藝難以實(shí)現(xiàn)對(duì)于含氮較高污水的達(dá)標(biāo)處理,若能通過(guò)有機(jī)碳源的引入在該反應(yīng)器中培養(yǎng)一定量的反硝化菌,將生成的予以去除,則能夠獲得更高的脫氮效率.

本研究采用上向流火山巖填料反應(yīng)器研究CANON工藝處理高低氨氮濃度廢水的效果及穩(wěn)定性,在此基礎(chǔ)上研究不同濃度有機(jī)物條件下CANON反應(yīng)器的脫氮效果.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)采用上向流火山巖填料生物濾柱反應(yīng)器,如圖 1所示.反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成,內(nèi)徑9.4cm,高 100cm,總?cè)莘e 5.3L,有效容積 2.63L.柱內(nèi)裝填級(jí)配火山巖填料,裝填高度為 0.73m,填料粒徑由下及上為 10～12mm、8～10mm,對(duì)應(yīng)裝填高度分別為 0.43,0.3m.濾池壁上每 100mm設(shè)有一個(gè)取樣口,最上端設(shè)有出水口,并在對(duì)側(cè)設(shè)有取料口.反應(yīng)器底部設(shè)有曝氣裝置,由轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制曝氣量大小.反應(yīng)器外部設(shè)有水浴控制整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程恒溫(25±2)℃.

圖1 試驗(yàn)裝置示意Fig.1 Schematic diagram of the experimental equipment

1.2 材料

反應(yīng)器接種污泥取自實(shí)驗(yàn)室成熟運(yùn)行的CANON 生物膜反應(yīng)器,接種濃度為 9.9g/L,接種總體積為1.67L.

試驗(yàn)采用的火山巖填料其主要成分為硅、鋁、鈣、鈉、鎂、鈦、錳、鐵、鎳、鈷和鉬等幾十種礦物質(zhì)和微量元素,且表面帶有正電荷,有利于微生物固著生長(zhǎng),具有惰性、抗腐蝕性,對(duì)所固定的微生物元素,無(wú)抑制性作用.

1.3 試驗(yàn)方法

啟動(dòng)階段(階段Ⅰ),首先采用進(jìn)出水循環(huán)的SBR運(yùn)行方式對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行掛膜,利用蠕動(dòng)泵將容器中的模擬廢水打入反應(yīng)器中,同時(shí)反應(yīng)器出水回流至上述容器中,HRT為24～34h,運(yùn)行5個(gè)周期.接著采用連續(xù)流低曝氣方式強(qiáng)化掛膜.降基質(zhì)階段(階段Ⅱ),通過(guò)調(diào)節(jié)HRT與曝氣量尋找使反應(yīng)器去除率及去除效果均達(dá)到最佳值的運(yùn)行工況.引入有機(jī)物階段(階段Ⅲ),在進(jìn)水中投加葡萄糖,觀察不同有機(jī)物濃度下反應(yīng)器的脫氮效果.試驗(yàn)各階段水質(zhì)如表1所示.

表1 各階段反應(yīng)器進(jìn)水水質(zhì)Table 1 Influent water quality of each stage

1.4 分析方法

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)器啟動(dòng)階段運(yùn)行效果

上向流火山巖填料生物濾池首先經(jīng)過(guò) 5個(gè)周期的厭氧 SBR掛膜階段,平均總氮去除率為63.86%,去除負(fù)荷最終可達(dá) 0.74kgN/(m3·d).

如圖 2所示,反應(yīng)器自掛膜至啟動(dòng)成功共64d,其中 11～35d為強(qiáng)化掛膜階段,采用低曝氣,連續(xù)流的運(yùn)行方式,該階段進(jìn)水氨氮與亞硝態(tài)氮的濃度比為 3:1,進(jìn)水 TN=400mg/l,自第 29d～35d的7d內(nèi)平均總氮去除率為69.36%(＞65%),平均總氮去除負(fù)荷為 0.76kgN/(m3·d),該負(fù)荷值大于SBR掛膜階段,此時(shí)認(rèn)為反應(yīng)器掛膜成功.從第36d起進(jìn)水中不包含亞硝態(tài)氮.曝氣量由原來(lái)的0.1L/min逐步提升至 0.4L/min.至第 64d總氮去除率連續(xù) 7d大于 70%,總氮去除負(fù)荷達(dá)到1kgN/(m3·d),反應(yīng)器啟動(dòng)成功.

反應(yīng)器啟動(dòng)用時(shí) 64d,總氮去除負(fù)荷超過(guò)1kgN/(m3·d),無(wú)論是啟動(dòng)時(shí)間及處理效果均明顯優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道水平[10-12].本反應(yīng)器采用火山巖填料,它表面粗糙,孔隙發(fā)達(dá),比表面積較其他硬質(zhì)填料大,更適合生物膜富集,因此可累積較大的微生物量,同時(shí)有利于CANON的復(fù)雜菌種分層次附著,各自存在于適宜的環(huán)境下.如表 2所示,火山巖填料反應(yīng)器較其他形式的生物膜反應(yīng)器具有較好的處理效果[13].本試驗(yàn)采用分級(jí)式濾料(級(jí)配濾料),下部濾料粒徑較大,孔隙率較高,有利于積累更高的微生物量并延長(zhǎng)堵塞周期,上部粒徑較小,更大的比表面積有利于生物截留,從而減少生物量流失.其次,試驗(yàn)采用上向流氣水流態(tài),進(jìn)水中的基質(zhì)在氣體的推動(dòng)下更容易與生物膜充分接觸,從表2中可以看出,氣提式反應(yīng)器的去除負(fù)荷普遍高于其他運(yùn)行方式的反應(yīng)器;第 3,反應(yīng)器高徑比較大,配合上向流的運(yùn)行方式,使得各濾層的微生物與基質(zhì)接觸充分;第4,反應(yīng)器接種的是成熟的CANON污泥,該污泥在運(yùn)行時(shí)負(fù)荷較高,可穩(wěn)定在 2kgN/(m3·d),其內(nèi)包含的AOB與ANAMMOX的比例較為適宜,適合該運(yùn)行條件.

圖2 啟動(dòng)階段反應(yīng)器運(yùn)行效果Fig.2 Performance of reactor during start stage

2.2 降基質(zhì)階段運(yùn)行效果

研究表明,CANON反應(yīng)器的影響因素主要為溫度、pH、HRT、DO、FA、基質(zhì)濃度等[20].試驗(yàn)在溫度(25±2)℃、pH(7.60～8.00)的條件下,通過(guò)調(diào)整 HRT與曝氣量,尋找最佳運(yùn)行工況.試驗(yàn)設(shè)定總氮去除率連續(xù)7d大于70%為降低HRT的節(jié)點(diǎn),設(shè)定總氮去除量與硝氮生成量的比值在8以上,且出水亞氮10mg/L以下為提高曝氣的節(jié)點(diǎn),以此為標(biāo)準(zhǔn)逐步降低HRT,提高曝氣量.

反應(yīng)器先在高氨氮下探尋最優(yōu)工況,在此基礎(chǔ)上探尋低氨氮下最優(yōu)工況.由于HRT過(guò)小會(huì)導(dǎo)致菌種代謝緩慢,沒(méi)有足夠的時(shí)間對(duì)氮素進(jìn)行去除[21],而HRT過(guò)大又不能實(shí)現(xiàn)較高的氮素去除負(fù)荷,因此HRT的調(diào)節(jié)遵循2個(gè)基本原則:兼顧氮素去除率及去除負(fù)荷達(dá)到最佳水平;不致使生物膜流失造成去除效果下降.曝氣量的調(diào)節(jié)亦遵循 2個(gè)原則:根據(jù)效果反饋盡可能使氨氧化率達(dá)到最大;在滿足反應(yīng)器所需最大曝氣量的同時(shí)控制特征比值△TN/△不小于 8,防止 NOB積累影響系統(tǒng)菌群平衡.

表2 不同反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間及負(fù)荷值

Table 2 Start time and nitrogen removal rate of different reactors

注:NRR表示總氮去除負(fù)荷,NRR=NRR = ,式中ΔTN為總氮去除量mg/L,Q為進(jìn)水流量L/min, V為反應(yīng)器容積;NRE表示總氮去除率,NRE=,式中TN為進(jìn)水總氮濃度mg/L;-表示文中未注明in

圖3 高、低氨氮反應(yīng)器運(yùn)行效果Fig.3 Performance of reactor during substrate changing

試驗(yàn)在高、低氨氮共11次調(diào)節(jié)HRT,如圖3所示,其中高氨氮階段的5次調(diào)節(jié)幅度較大,基質(zhì)濃度轉(zhuǎn)為低氨氮以后的HRT是基于高氨氮找到的最優(yōu)工況基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)的,僅為微調(diào).

65d～132d,反應(yīng)器的進(jìn)水 HRT由啟動(dòng)階段末期的7.92h經(jīng)5次調(diào)整,調(diào)整情況如表3所示,前4次調(diào)節(jié)后 NRE均能大于70%,說(shuō)明水力停留時(shí)間足夠使微生物與氮素充分接觸,因此 NRR還有提升空間.此后繼續(xù)降低HRT至1.94h,雖然NRR升至3.51kgN/(m3·d)的較高水平,但NRE已低于70%的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn),因此提升HRT至之前的2.27h,曝氣量仍為4.0L/min,但NRE未恢復(fù)至之前此HRT下的水平,分析原因?yàn)樯锬どL(zhǎng)過(guò)多,堵塞火山巖表面,致使氧傳質(zhì)速率降低,遂 125d對(duì)濾池進(jìn)行氣水反沖洗,沖洗過(guò)后反應(yīng)器處理效果立即恢復(fù),NRE連續(xù)7d大于70%,NRR升至3.32kgN/(m3·d).

至此,確定TN=400mg/L時(shí)濾柱的最佳運(yùn)行工況,即HRT為2.27h,曝氣量為4.0L/min,此時(shí)反應(yīng)器處理效果達(dá)到最高水平.

自 133d起,反應(yīng)器進(jìn)入低基質(zhì)階段,進(jìn)水氨氮基質(zhì)濃度降為200mg/L,且HRT縮短為原來(lái)的1/2.該階段5次調(diào)整HRT情況如表4所示.192～198d反應(yīng)器去除效果達(dá)到最佳,總氮去除率平均值為 76.73%,氨氮去除率為 94.98%,總氮去除負(fù)荷為 2.82kgN/(m3·d),氨氮去除負(fù)荷為 3.32kgN/(m3·d).此后的實(shí)驗(yàn)均值此工況下進(jìn)行.該階段對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行了3次反沖,分別在第146,170,189d.

表3 高氨氮工況調(diào)節(jié)及處理效果Table 3 Working conditions regulation and performance during high ammonia concentration stage

表4 中氨氮工況調(diào)節(jié)情況Table 4 Working conditions regulation during medium ammonia concentration stage

如圖3所示,當(dāng)TN=400mg/L時(shí),有效負(fù)荷(本試驗(yàn)規(guī)定滿足總氮去除率大于 70%時(shí)的總氮去除負(fù)荷為有效負(fù)荷)從 1.37kgN/(m3·d)升至3.37kgN/(m3·d).TN=200mg/L時(shí)的初始進(jìn)水負(fù)荷與高氨氮階段相同,但有效負(fù)荷僅從 2.31kgN/(m3·d)提升至 2.85kgN/(m3·d),這是因?yàn)楦甙钡A段生物量處于不斷生長(zhǎng)的狀態(tài),而低氨氮階段雖然生物量的生長(zhǎng)仍在繼續(xù),但生物量在高氨氮末期就已經(jīng)達(dá)到反應(yīng)器所適合的最佳值,即不至使填料間發(fā)生堵塞斷層的生物量,因此處理負(fù)荷達(dá)到反應(yīng)器的極限值,提升空間較小.

如表2所示,對(duì)比國(guó)內(nèi)外其他CANON文獻(xiàn)的研究,氣提式及上向流的反應(yīng)器形式相對(duì)于其他反應(yīng)器形式來(lái)說(shuō),能夠達(dá)到更高的氮素去除負(fù)荷,而本研究在所有上向流反應(yīng)器能達(dá)到的負(fù)荷中屬于較高水平,說(shuō)明分級(jí)配填裝的火山巖填料上向流反應(yīng)器較為適合 CANON菌種的生長(zhǎng)和穩(wěn)定運(yùn)行.加有機(jī)物前的連續(xù) 7d,即第 192～198d的反應(yīng)器總氮去除量與硝酸鹽氮生成量(△TN/△)均值為8.87,大于CANON工藝的理論值8,說(shuō)明反應(yīng)器中的全程硝化所占比例極少,可以忽略,且可能存在內(nèi)源反硝化.

2.3 加入葡萄糖后反應(yīng)器運(yùn)行效果

2.3.1 C/N=0.2 第199d開(kāi)始,向進(jìn)水中加入有機(jī)物(葡萄糖),如圖4所示,199～270d控制進(jìn)水有機(jī)物值為40mg/L,C/N為0.2,進(jìn)水氮素濃度不變.第 202d起反應(yīng)器氮素去除效果開(kāi)始下降,至第212d,反應(yīng)器總氮去除率由原來(lái)的 80.11%降至64.32%,氨氮去除率(NREA)由原來(lái)的 95.80%降至 79.14%,總氮去除負(fù)荷也由原來(lái)的 2.62kgN/(m3·d)降至 2.11kgN/(m3·d).第 213d 對(duì)濾柱進(jìn)行反沖,反沖后效果恢復(fù),總氮去除率最高可達(dá)78.33%,氨氮去除率最高可達(dá) 94.36%,總氮去除負(fù)荷最大值為2.70kgN/(m3·d).

圖4 C/N0.2階段運(yùn)行效果Fig.4 Performance of reactor during C/N0.2stage

自 229d開(kāi)始,濾池氮素去除效果再度下降,238d總氮去除率降至66.85%,氨氮去除率降至83.10%,總氮去除負(fù)荷降為 2.32kgN/(m3·d).為進(jìn)一步確定濾池處理效果下降原因,探究有機(jī)碳源對(duì)濾柱的抑制情況,239～248d去掉進(jìn)水中的有機(jī)物,特征比值△TN/△由14.51降為9.74,總氮去除率平均值為65.93%,平均氨氮去除率為84.90%,總氮去除負(fù)荷均值為2.25kgN/(m3·d). 249d對(duì)濾柱進(jìn)行反沖,效果立即恢復(fù)至總氮去除率 74.08%,氨氮去除率90.96%,總氮去除負(fù)荷2.63kgN/(m3·d).

圖5為C/N=0.2時(shí)反沖及去掉有機(jī)物前后的沿層效果對(duì)比,處理效果惡化后,有機(jī)物的撤出并未使效果得到改善,其沿層規(guī)律和去掉有機(jī)物前相似,而反沖后反應(yīng)器的處理效果得到明顯改善,恢復(fù)到前一次反沖后的水平,其沿層規(guī)律與前一次反沖后相似,說(shuō)明該濃度有機(jī)物的引入未對(duì)反應(yīng)器處理效果產(chǎn)生影響,相反,撤出有機(jī)物反沖后的效果略低于未撤出有機(jī)物反沖后的效果,進(jìn)一步證明了該濃度的有機(jī)物可作為反硝化底物對(duì)氮素的處理起到一定的促進(jìn)作用.基于此,試驗(yàn)在該 C/N 基礎(chǔ)上改變運(yùn)行工況,將 HRT增加,使得微生物有更充分的時(shí)間將基質(zhì)消耗,從而實(shí)現(xiàn)總氮去除率超過(guò)了89%的極限值.如圖4所示,反應(yīng)器自257d起HRT先后增至1.61h和1.96h, 261～ 270d的10天內(nèi)總氮去除率穩(wěn)定在89.82%,最高可達(dá)91.37%,成功實(shí)現(xiàn)了AOB菌、ANAMMOX菌與反硝化菌的耦合.

綜上所述,在C/N為0.2的條件下,CANON工藝能夠維持穩(wěn)定運(yùn)行,且有機(jī)物所帶來(lái)的反硝化反應(yīng)可將 CANON反應(yīng)生成的部分硝氮去除,進(jìn)一步凈化水質(zhì),為實(shí)現(xiàn)更高的氮素去除率提供了可能性.

為了規(guī)避反沖對(duì)去除效果造成的影響,本試驗(yàn)將反沖周期固定為10d.

2.3.2 C/N=0.4,0.6 C/N=0.2階段末期為實(shí)現(xiàn)對(duì)反硝化菌的耦合,而將進(jìn)水負(fù)荷降低,本階段將工況恢復(fù)至 199d時(shí)的水平,繼續(xù)研究有機(jī)物對(duì)CANON工藝的影響.如圖 6,第 271d至第 280d將進(jìn)水有機(jī)物濃度增至80mg/L.隨著有機(jī)物水平的加大,去除效果呈現(xiàn)下降趨勢(shì),氨氮去除率平均值已下降至88.59%,總氮去除率雖不及前述水平,但仍可維持在 70%以上的水平,10d內(nèi)的平均值為72.74%,總氮去除負(fù)荷均值為2.46kgN/(m3·d).

281d～292d,進(jìn)水有機(jī)物濃度增至 120mg/L,反應(yīng)器氮素去除效果顯著下降,總氮去除率平均值降至 51.64%,氨氮去除率均值降至 65.88%,進(jìn)出水有機(jī)物差值相對(duì)于 C/N=0.4階段進(jìn)一步增大,平均為 55mg/L,說(shuō)明該濃度的有機(jī)物使得好氧異養(yǎng)菌的增殖速率進(jìn)一步加快,造成了 AOB菌無(wú)法有效的利用溶解氧.第286d將曝氣量由原來(lái)的4.4L/min調(diào)節(jié)至5.0L/min,但總體去除效果無(wú)好轉(zhuǎn)跡象.分析原因?yàn)?上向流火山巖生物濾柱由于底部曝氣,如圖 5所示,氨氮去除率在底層10cm處已達(dá)到70%～75%,剩余80cm的濾層的氨氮去除僅為10%～15%,因此大部分AOB菌存在于濾柱底層.如圖7所示,C/N為0.6時(shí)的有機(jī)物去除率在底層10cm處可達(dá)到36.07%,剩余80cm濾層的有機(jī)物去除率共為 6%,因此大部分好氧異養(yǎng)菌也分布在濾柱底層,這樣造成了好氧異養(yǎng)菌與 AOB競(jìng)爭(zhēng)溶解氧,而好氧異養(yǎng)菌的倍增時(shí)間較短,隨著有機(jī)物濃度的加大,好氧異養(yǎng)菌增殖速率加快,對(duì)溶解氧的競(jìng)爭(zhēng)能力增強(qiáng),這樣就使整個(gè)濾柱的氨氧化率降低,通過(guò)氨氧化得到的NO-

2量的減少,降低了以其作為底物的厭氧氨氧化和反硝化過(guò)程,另外,有機(jī)物的增加使得反硝化過(guò)程較ANAMMOX更具有優(yōu)勢(shì)[22],對(duì)于ANAMMOX具有競(jìng)爭(zhēng)性抑制,而反硝化過(guò)程又相對(duì)低效,其最終結(jié)果是共同導(dǎo)致了總氮去除效率的將低.

圖6 不同有機(jī)物濃度及氮素去除效果Fig.6 Performance of reactor during COD concentration changing

圖7 C/N0.6沿層氮素及有機(jī)物去除率Fig.7 Performance of reactor along filtration layer during C/N0.6

王芳等[23]研究表明當(dāng) C/N＞0.6時(shí),會(huì)導(dǎo)致異養(yǎng)菌大量繁殖,抑制 ANAMMOX菌活性.Huihui Chen[24]通過(guò)投加 C/N=0.5的有機(jī)質(zhì)使氨氮與有機(jī)物的去除達(dá)到了一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)平衡.本研究中火山巖填料生物濾柱可承受的有機(jī)物范圍為80～120mg/L,在120mg/L的條件下反應(yīng)器去除效果瀕臨崩潰,與上述結(jié)果相似.

2.4 不同C/N條件下氮素轉(zhuǎn)化模型

如圖 8所示,分析了本試驗(yàn)濾池的氮素轉(zhuǎn)化途徑.對(duì)于典型的CANON工藝,其氮素變化形式為氨氮按照 1:1比例被氧化為亞硝酸鹽氮,并與剩余氨氮按照 1.32:1的計(jì)量比實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化反應(yīng),并伴有硝酸鹽氮的生成.本實(shí)驗(yàn)中有機(jī)物的引入將促使異養(yǎng)菌的增殖,從而引入反硝化反應(yīng),以去除生成的硝酸鹽氮.

圖8 氮素轉(zhuǎn)化途徑Fig.8 Nitrogen exchanging approach

以 C/N=0.2為例,反應(yīng)實(shí)際消耗的氨氮濃度為184mg/L,其中16mg/L轉(zhuǎn)換為亞硝酸鹽氮并停留,未參與ANAMMOX或反硝化反應(yīng),實(shí)際參加反應(yīng)的氮素為168mg/L,理論上應(yīng)生成18.8mg/L硝酸鹽氮,經(jīng)過(guò)反硝化作用,其剩余量為 11mg/L,即反硝化過(guò)程去除了 7.8mg/L硝酸鹽氮,而反應(yīng)器實(shí)際消耗的有機(jī)物為 22mg/L.理論上每去除1g硝酸鹽氮需要2.63g有機(jī)物[25].本實(shí)驗(yàn)中,在去除 7.8mg/L硝酸鹽氮的同時(shí)共消耗有機(jī)物20.53mg/L,反應(yīng)模型較為符合反應(yīng)器內(nèi)真實(shí)情況,脫氮反應(yīng)仍以傳統(tǒng)CANON方式為主,而反硝化途徑貢獻(xiàn)僅占總?cè)コ康?.0%.

如表 5所示,將其他 3組數(shù)據(jù)代入模型中,C/N為0時(shí)得出生成的硝氮值低于理論值2.5g,說(shuō)明反應(yīng)器內(nèi)存在少量?jī)?nèi)源反硝化將硝氮去除.C/N為 0.4、0.6時(shí)得出消耗的有機(jī)物值均小于實(shí)際值,說(shuō)明反應(yīng)器中存在好氧異養(yǎng)菌等其他菌種,并且隨著C/N的增加,包括自養(yǎng)、異養(yǎng)反硝化在內(nèi)的整個(gè)脫氮體系脫氮效率逐漸降低,這也驗(yàn)證了反應(yīng)器效果惡化的原因之一,即好氧菌與自養(yǎng)菌對(duì)于溶解氧的競(jìng)爭(zhēng).

表5 不同C/N進(jìn)出水氮素均值Table 5 Mean nitrogen concentration during different C/N

3 結(jié)論

3.1 通過(guò)調(diào)節(jié) HRT及曝氣量的方式找到常溫(25±2)℃中等氨氮濃度(200mg N/L)條件下的最優(yōu)運(yùn)行工況為曝氣量(4.4±0.1)L/min,HRT1.44h,在此工況條件下連續(xù) 7d總氮去除率均值為76.73%,總氮去除負(fù)荷為 2.82kgN/(m3·d),氨氮去除率94.98%,氨氮去除負(fù)荷為3.32kgN/(m3·d).

3.2 C/N為 0.2的有機(jī)物水平會(huì)促進(jìn)生物濾柱對(duì)氮素的去除,繼續(xù)增加有機(jī)物濃度效果將出現(xiàn)降低.在C/N為0.2的條件下能夠?qū)崿F(xiàn)反硝化與CANON的耦合.

3.3 通過(guò)建立脫氮模型說(shuō)明,隨著有機(jī)物比例的增加,亞硝化與厭氧氨氧化受到抑制,影響脫氮效果.

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