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温度对生物膜—活性污泥复合工艺硝化特性及硝化菌种群的影响
更新时间:2016-12-31 来源:《净水技术》 作者:谭杰,董滨,戴晓虎

摘要:通过模拟污水厂水温运行小试反应器,利用高通量测序技术结合水质指标对生物膜活性污泥复合工艺的硝化特性和硝化种群结构进行研究。结果表明,泥膜两相优势AOB 及NOB 均分别为亚硝化单胞菌属和硝化螺旋菌属;在高温段(20 ~30 ℃),泥相内硝化细菌平均数量高于膜相,泥相对系统硝化贡献率平均达85% ,硝化作用主要发生在泥相;在低温段(10 ~15 ℃),膜相内硝化细菌平均数量高于泥相,泥相氨氧化速率降低约60% ,而膜相对系统的硝化贡献率从11% 增加至38% ,填料的投加确保了工艺在低温时稳定的硝化效果;运行实际工艺时可在水温低于15 ℃时投加填料增强硝化,水温高于20 ℃ 时移除填料节约运行成本。

随着我国经济迅速发展,城镇污水处理压力越来越大。“十二五”期间,国家重大水专项提出削减城市整体水污染负荷和提高城市水环境质量,不具有脱氮、处理能力不足的老旧污水厂面临着提标改造的要求。原活性污泥工艺中投加填料形成的生物膜—活性污泥复合工艺(IFAS),由于其改造费用较少、无需增加池容即能提高处理能力、剩余污泥产量少和硝化作用稳定等优点,已经被越来越多的污水厂所采用[1,2]。

目前,针对复合工艺的研究多围绕C、N 负荷,填料投配率和水力停留时间等对工艺效果的影响,水质差异和试验设计的不同导致各研究结果的统一性不高[3,4],同时缺乏深入的微观机理证实,也无法有效地指导工程设计与运行实践。关于固定膜—活性污泥复合系统的研究深度滞后于该工艺的生产性应用速度。在技术研究上,急需从工程技术的基础性研究角度解决当前制约复合工艺的瓶颈机理问题即:填料的投加对复合工艺系统产生何种影响、泥膜两相微生物硝化特性有何不同、二相对系统的硝化贡献率是否相当和其内的硝化细菌种群结构有何差异。本文结合硝化动力学和Illumina MiSeq 高通测序技术[5]对生物膜—活性污泥复合工艺中硝化机制特性进行研究,通过小试反应器模拟实际温度条件下的工艺运行,以期对复合工艺的工程设计与运行实践提供有力的指导和微观理论基础。

1 试验材料和方法

1.1 试验装置

小试反应器为长方体,材料为有机玻璃,有效体积20 L。在小型温控室内运行,运行温度段为30、25、20、15、10 ℃ 。所用填料密度为0. 95 ~0.98 kg/ m3,有效比表面积为500 m2 / m3,尺寸为直径12 mm、高8 mm 的圆柱中空体,投配比为30% 。曝气采用气泵鼓入,反应器溶解氧控制在3 ~ 4 mg/ L。反应器采用蠕动泵连续进水和污泥回流。设计水力停留时间为10 h,泥龄控制15 d,进水采用人工配水[6],所用药品均为分析纯。以葡萄糖为碳源,NH4 Cl 为氮源,KH2 PO4 为磷源,配以20 mg/ L CaCl2·2H2 O,20 mg/ L MgSO4·7H2 O,10 mg/ L FeSO4 · 7H2 O,20 mg/ L MnSO4 · H2 O,20 mg/ L KCl,碳酸氢钠补充碱度。接种污泥取自上海某污水处理厂,接种后反应器起始污泥浓度1 000 mg/ L,加入填料充分混合后驯化培养至污泥浓度维持在3 000 mg/ L。约40 d 后反应器各项进出水指标达稳定水平。

1.2 试验方法

1. 2. 1 常规水质指标测定方法

COD 和氨氮等的测定参考标准方法[7]。温度和溶解氧采用溶氧仪测定。硝化速率和硝化贡献率测定采用如下方法:在一个试验温度段结束前,取400 mL 污泥加入1. 5 L 的有机玻璃容器中;随机取出50 个填料于1. 5 L 的有机玻璃容器中,加入反应器进水,控制温度曝气,分别在0、45、90、135、180、225、270、315、360 min 取样检测。生物膜的硝化贡献率采用移除反应器中的填料检测出水中氨氮浓度的变化来计算贡献率,反应期间将填料置于有机玻璃容器,加入进水曝气维持活性,试验结束后重新加入至反应器。与此同时,通过改变进水速率稳定反应器污泥负荷。硝化贡献速率计算公式如下。

版权、出处:《净水技术》

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