短程硝化反硝化的厌氧/脉冲淘洗快速启动方法研究

• 作 者: 张欣瑞
• 出 处: 西安建筑科技大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 厌氧/脉冲淘洗 低碳源 短程硝化反硝化 快速启动

短程硝化反硝化技术是一种碳源和能耗需求较低的生物处理工艺,适宜应用于处理低碳源城市生活污水。目前,短程硝化反硝化对低碳源污水的脱氮效果已经得到验证,但是由于氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）生理特性较接近,经常使短程硝化过程中积累的NO₂^--N被NOB转化为NO₃^--N,因此短程硝化反硝化技术在实际应用中存在启动时间较长以及难以稳定运行的问题。本文基于厌氧条件对NOB生长的抑制作用,提出了厌氧/脉冲淘洗（Anaerobic/Pulse Washout,APW）的短程硝化反硝化快速启动方法,从而为低碳源条件下的活性污泥系统高效脱氮提供理论依据与技术支撑。厌氧脉冲淘洗即在短程硝化反硝化系统启动前期,通过控制曝气使活性污泥系统处于交替的长期厌氧和短期好氧的溶氧条件下,在显著抑制NOB的数量与活性的同时,使原本竞争力较弱的AOB快速成为优势种群,从而实现低碳源条件下活性污泥系统短程硝化反硝化的快速启动。研究结果表明,适当时长的APW能显著抑制NOB的活性,经过5d的APW较未经过APW时出水中NO₃^--N降低了76.03%,NO₂^--N增加了5.14倍,亚硝酸盐积累率（NAR）为31.76%,增加了5.30倍。采用APW的系统在第20 d实现了短程硝化的启动,启动速率明显高于未采用APW的系统（45 d）。另外,本文在APW工艺特性的基础上,研究了短程硝化过程中微生物群落结构以及胞外聚合物和内聚物的定向变化,从而分析了APW加速短程硝化过程实现的机制。结果表明,经过APW后变形菌门和亚硝化单胞菌属产生富集,硝化螺旋菌门和硝化螺菌属的生长被快速抑制,并使AOB的活性增长速率(3.94 mgN·L^-1d^-2)和AOB相对占比的升高速率（第20 d为86.13%）也明显高于未采用APW系统(1.83 mgN·L^-1d^-2;第45 d为63.35%)。同时,在实现短程硝化的过程中,通过APW加快了微生物的胞外聚合物与内聚物中类酪氨酸和类色氨酸的含量以及蛋白质二级结构的定向变化,使AOB更快的成为优势菌种,进而加快了活性污泥系统短程硝化的启动。将厌氧/脉冲淘洗应用于低碳源实际生活污水（C/N=3.5）的处理时,通过APW也促使短程硝化反硝化系统中微生物的胞外聚合物与内聚物发生了同样的定向变化,加快了AOB的活性的增强,从而实现了短程硝化反硝化的快速启动。另外,当短程硝化反硝化系统中AOB活性以及亚硝酸盐积累率降低时,通过短期的APW能使活性污泥系统快速恢复短程硝化反硝化,从而保障了低碳源条件下活性污泥系统短程硝化反硝化的稳定运行。