微氧條件下FA、FNA和pH對(duì)半短程硝化的影響

劉禹晟，朱 薇，端 允

(太原理工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024)

針對(duì)目前半短程硝化過(guò)程中存在的問(wèn)題，本研究將微孔曝氣與機(jī)械攪拌相結(jié)合，采用序批式反應(yīng)器(SBR)運(yùn)行工藝，在微氧條件下對(duì)比了進(jìn)水中不同F(xiàn)A、FNA質(zhì)量濃度和pH對(duì)半短程硝化過(guò)程的影響，通過(guò)探索pH與FA、FNA質(zhì)量濃度及微生物活性之間的關(guān)系，以期降低堿度消耗，促進(jìn)AOB活性并抑制NOB活性。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)所用模擬廢水由以下物質(zhì)配置：葡萄糖(C6H12O6)，NH4Cl，NaHCO3，KH2PO4，MgSO4·7H2O，CaCl3·7H2O，EDTA，F(xiàn)eSO4，ZnSO4·7H2O，CuSO4·5H2O，MnCl2·4H2O，NiCl2·6H2O，CoCl2·6H2O.

DHP-8503電熱恒溫培養(yǎng)箱；AQ-03E真空泵；PSH-3C pH計(jì)；QB8500溶氧儀；3H25RL離心機(jī)；731-120分光光度計(jì)；自組裝SBR反應(yīng)器。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置與操作方法

微孔曝氣與機(jī)械攪拌相結(jié)合的SBR反應(yīng)裝置如圖1中SBR工藝圖所示，主要由前置儲(chǔ)水箱、SBR反應(yīng)器、曝氣設(shè)備、中央控制器四部分組成。反應(yīng)器為圓柱形有機(jī)玻璃，有效容積為3 L，高徑比為3，泥水質(zhì)量比為1∶2.

投加適量的亞硫酸鈉使得儲(chǔ)水箱的溶解氧(DO)的質(zhì)量濃度為0.3～0.5 mg/L.采用間歇式曝氣，當(dāng)ρ(DO)低于0.3 mg/L時(shí)啟動(dòng)曝氣，高于0.5 mg/L時(shí)停止曝氣。

反應(yīng)分為進(jìn)水、反應(yīng)、靜置、排水、閑置五個(gè)階段，其中進(jìn)水與排水時(shí)間均為5 min，靜置沉淀時(shí)間為30 min。每個(gè)運(yùn)行周期進(jìn)出水1.5 L.恒溫培養(yǎng)箱控制溫度為(28±2) ℃。中央控制器監(jiān)測(cè)反應(yīng)器內(nèi)ρ(DO)，pH及溫度。

圖1 SBR工藝圖Fig.1 Schematic diagram of SBR

接種污泥來(lái)自正陽(yáng)污水處理廠SBR曝氣池內(nèi)污泥，初始氨氮負(fù)荷為0.3 kg/(m3·d)，混合液懸浮固體濃度(MLSS)為15.74 g/L，混合液揮發(fā)性懸浮固體質(zhì)量濃度(MIVSS)與MLSS比值約為0.7.污泥沉降比(SV)為25%，沉降性能良好，污泥容積指數(shù)(SVI)為60 mL/g，適合進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

1.3 分析方法

成都市幼兒園在戶外游戲與體育活動(dòng)方面想要發(fā)展，必須做到領(lǐng)導(dǎo)人員對(duì)幼兒體育教育價(jià)值有更高的認(rèn)識(shí)，并正確樹(shù)立起幼兒園體育教育價(jià)值觀，另外，需要根據(jù)幼兒自身的發(fā)展特點(diǎn)建立起具備科學(xué)性的體育內(nèi)容安排體系，同時(shí)，需要積極落實(shí)我國(guó)在幼兒教育方面所要求的規(guī)制制度，進(jìn)而促使成都市幼兒園的教育體制向科學(xué)化發(fā)展。

采用公式(1)和(2)計(jì)算SBR反應(yīng)器內(nèi)ρ(FA)和ρ(FNA)：

(1)

(2)

采用公式(3)計(jì)算氨氧化速率：

(3)

采用公式(4)和(5)計(jì)算氨氮去除率(ARE，%)和(NAR，%)：

(4)

(5)

2 結(jié)果與討論

根據(jù)工業(yè)廢水、垃圾填埋滲濾液和餐廚廢水等低C/N污水水質(zhì)分別進(jìn)行模擬，分為三個(gè)進(jìn)水階段，即階段Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，見(jiàn)表1進(jìn)水水質(zhì)表。廢水中NH3-N和化學(xué)需氧量(COD)由NH4Cl和葡萄糖配置，投加NaHCO3補(bǔ)充反應(yīng)所需堿。此外，在階段Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ投加0.04g/L KH2PO4，0.25 g/L MgSO4·7H2O，0.25 g/L CaCl2·7H2O，4.5 mg/L EDTA，4.5 mg/L FeSO4，0.43 mg/L ZnSO4·7H2O，0.25 mg/L CuSO4·5H2O，0.99 mg/L MnCl2·4H2O，0.19 mg/L NiCl2·6H2O，0.24 mg/L CoCl2·6H2O，0.014 mg/L H3BO4.具體進(jìn)水參數(shù)如表1所示。

表1 進(jìn)水水質(zhì)Table 1 Characteristics of wastewater used in this experiment

2.1 ρ(FA)對(duì)半短程硝化的影響

圖2 FA質(zhì)量濃度及氨氧化速率Fig.2 FA concentration and ammonia nitrogen conversion rate

圖3 出水成分含量圖Fig.3 Concentration of effluent components

圖4 ARE及NAR變化趨勢(shì)Fig.4 Changes of ARE and NAR

表2 堿度消耗Table 2 Alkalinity consumption

(6)

2.2 ρ(FNA)與pH對(duì)半短程硝化的影響

圖5 pH及ρ(FNA)變化Fig.5 Changes of pH and ρ(FNA)

2.3 單個(gè)周期內(nèi)水質(zhì)參數(shù)分析

圖6 20周期底物濃度(a)及ρ(FA)和ρ(FNA)(b)隨反應(yīng)時(shí)間變化Fig.6 The changes of substrate concentration in (a), ρ(FA) and ρ(FNA) in (b) with reaction time in 20th cycle

圖7 50周期底物質(zhì)量濃度(a)及ρ(FA)和ρ(FNA)(b)隨反應(yīng)時(shí)間變化Fig.7 The changes of substrate concentration in (a), ρ(FA) and ρ(FNA) in (b) with reaction time in 50th cycle

圖8 80周期底物質(zhì)量濃度(a)及ρ(FA)和ρ(FNA)(b)隨反應(yīng)時(shí)間變化Fig.8 The changes of substrate concentration in (a), ρ(FA) and ρ(FNA) in (b) with reaction time in 80th cycle

2.4 種群結(jié)構(gòu)分析

表3 genus水平上各樣本主要rank reads數(shù)目Table 3 The number of major rank reads for each sample at the genus level

3 結(jié)論

1) 在三種進(jìn)水ρ(FA)和pH條件下均穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)了半短程硝化，且氨氧化速率由40 mg/(L·h)上升到115 mg/(L·h)，提升了2.8倍，說(shuō)明AOB在不斷增加的同時(shí)呈現(xiàn)出良好的抗沖擊能力。其中，階段Ⅱ中，進(jìn)水pH為8.0，ρ(FA)為40 mg/L時(shí)，半短程硝化最為穩(wěn)定，NAR達(dá)到95%左右。

2) 當(dāng)反應(yīng)中ρ(FA)下降到5 mg/L，pH下降到7.4，ρ(FNA)上升至0.034 mg/L時(shí)，可有效抑制NOB的活性。

3) 在三個(gè)階段分別一次性投加2 905，4 980，7 470 mg NaHCO3，可使pH在反應(yīng)結(jié)束時(shí)處于抑制NOB的閾值之上，即大于7.4，與文獻(xiàn)報(bào)道的不斷投加堿度維持恒定pH相比，三個(gè)階段堿量節(jié)約40%左右，并簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作。

4) 通過(guò)高通量測(cè)序發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)94天的運(yùn)行，亞硝化單胞菌的比例由32%上升到39%，為Nitrospira的100～200倍，保證了半短程硝化穩(wěn)定進(jìn)行。其中在階段II的反應(yīng)條件下更適合亞硝化單胞菌生長(zhǎng)。當(dāng)ρ(FA)高于40 mg/L時(shí)會(huì)明顯降低AOB的增長(zhǎng)速率并導(dǎo)致Nitrospira數(shù)量增多。