基于前置碳捕获的MBBR脱氮反应器处理生活污水的研究

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我国污水排放量逐年攀升,污水厂处理任务量也一直居高不下,而随着能源、资源短缺和全球气温变化等问题的日益凸显,低碳处理、能源开发和资源回收等也成为现行污水厂发展变革的长远目标和迫切需求。基于厌氧氨氧化过程的脱氮工艺,可以大幅度减少曝气量并允许污水中碳源用于产甲烷进行能量回收,这对于降低污水厂能耗和实现能源自给均具有很高的应用价值。但目前由于厌氧氨氧化细菌(AnAOB,anaerobic ammoniaoxidizing bacteria)生长缓慢以及生长条件要求较为苛刻,也使得该技术在城市生活污水处理领域的主流应用仍十分有限。
  移动床生物膜反应器(MBBR,movingbedbiofilm reactor)技术作为一种现行成熟的污水厂改造方案,本试验以其为基础,构建前置碳捕获+MBBR工艺体系,采用SBR反应器(编号A0)进行前置碳捕获,通过长期对MBBR反应器(B段)的调试运行,以引入AnAOB脱氮体系,研究其对生活污水的脱氮效果。主要结果如下:
  ①相较于MBR反应器,SBR作为前置碳捕获反应器进行预处理,具有更好的稳定性和经济性。整个运行期内,A0反应器对B段进水水质的稳定性有着重要的积极作用。A0反应器进出水周期为45min,排水比为0.25,对COD和NH+4-N平均去除率分别为53.6%和13.7%,且试验期后期第165~260d,A0反应器出水C/N比平均值为2.23,利于B段反应器AnAOB的培养。
  ②MBBR反应器(编号B1)直接采用A0反应器出水启动单级脱氮系统,于试验期第132d首次出现厌氧氨氧化现象,此时其TN去除率为50.37%,去除负荷为0.06kg/(m3·d),系统内AnAOB丰度为1.56×108copies/50ul。试验末期,B1反应器TN去除率达到最高值为74.86%,同时基于化学计量关系式推算出其中AnAOB贡献的脱氮作用大于20%,说明B1反应器系统中,AnAOB起到了一定的辅助脱氮作用。
  ③MBBR反应器(编号B2)经过130d人工配水培养的启动运行,成功启动厌氧氨氧化,稳定运行至第150d,其TN去除率为85.36%,去除负荷为0.57kg/(m3·d),AnAOB丰度达到峰值5.71×109copies/50ul。而后B2反应器接入B段处理生活污水,经过调试,试验末期其TN去除率最高值为60.62%,去除负荷最高值为0.06kg/(m3·d),其中AnAOB贡献的脱氮作用最高能达到60%以上,这说明B2反应器系统形成了一种反硝化菌(DB,denitrifying bacteria)和AnAOB协同脱氮的反应体系。
  通过对整个试验进行总结可以得出,在较高的温度、较低的C/N、间歇曝气、低DO含量和精确的曝气量控制等多种因素共同作用下,可以有效的实现DB和AnAOB协同脱氮,维持MBBR单级脱氮反应器的稳定运行。因此在实际工程应用中,MBBR填料的投加作为一种有效的现行污水厂常用改造策略,若再通过对运行参数的调整优化,完全可以实现反应池保有一定的AnAOB菌种量。其中低C/N比的进水可以依靠前置反应池对原水的预处理以及调节池的匀质作用来实现,而低DO均匀间歇曝气则可以考虑引入在线监测系统对曝气实现精确控制。
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