RLHB-AO寧夏地埋式一體化污水處理設(shè)備
RLHB-AO寧夏地埋式一體化污水處理設(shè)備
啟動(dòng)過(guò)程中水質(zhì)變化及氮去除率變化
(2)活性停滯期(PhaseⅡ: 15~74 d)
該階段出水NH4+-N濃度不斷下降,但依舊高于或基本等于進(jìn)水NH4+-N濃度. 從出水NO2--N濃度來(lái)看,前27 d依舊保持很低(低于0.1 mg ·L-1),去除率均達(dá)99%以上,反硝化作用依舊很強(qiáng). 然而,從第28 d開始,出水NO2--N濃度不斷升高,達(dá)31 mg ·L-1,去除率不斷降低,低達(dá)到44.57%. 這是因?yàn)榈冖耠A段的溶酶作用產(chǎn)生的有機(jī)物以及污泥中含有的有機(jī)物不斷被消耗,反硝化作用降低造成出水NO2--N 濃度的升高[18].
(3)活性提高期(PhaseⅢ: 75~119 d)
從75 d開始,出水NH4+-N不斷降低,去除率不斷升高,達(dá)86.2%; 出水NO2--N的濃度開始降低,去除率持續(xù)升高,在第92 d恢復(fù)到99.4%. 在該階段,NH4+-N和NO2--N大幅度被消耗,表明ANAMMOX開始顯現(xiàn)[19].
(4)穩(wěn)定運(yùn)行期(PhaseⅣ: 120~170 d)
反應(yīng)器運(yùn)行到120 d,NH4+-N、 NO2--N去除率都高達(dá)97%,此后出水基本穩(wěn)定,表明反應(yīng)器啟動(dòng)成功. 穩(wěn)定運(yùn)行期間,NH4+-N、 NO2--N負(fù)荷分別為62.3 g ·(m3 ·d)-1、 68 g ·(m3 ·d)-1,平均去除率分別高達(dá)97.4%、 99.7%,厭氧氨氧化反應(yīng)器的培養(yǎng)階段結(jié)束.
2.1.2 R2反應(yīng)器啟動(dòng)特征
R2反應(yīng)器的啟動(dòng)特征與R1基本相似,但也存在差異. 從污泥截流來(lái)看,R2反應(yīng)器前3 d的污泥濃度(以MLSS表示)2.74、 1.12、 0.56 g ·L-1,從第4 d開始出水未檢測(cè)到SS,R1反應(yīng)器比R2具有更好的截流污泥能力,這也是接種顆粒污泥的優(yōu)勢(shì).
從啟動(dòng)的過(guò)程和污染物去除特征來(lái)看,R2反應(yīng)器的菌體水解期持續(xù)時(shí)間較R1多13 d,且在前3 d的出水NH4+-N濃度都高于R1,尤其第1 d出水NH4+-N高達(dá)94.5 mg ·L-1,推測(cè)是R1反應(yīng)器接種的顆粒污泥來(lái)自于工業(yè)廢水UASB反應(yīng)器,有機(jī)物和有機(jī)氮含量高所致. 但是,活性停滯期的持續(xù)時(shí)間相對(duì)R1較短,僅37 d,NO2--N濃度升高,達(dá)29.1 mg ·L-1,去除率僅為41.3%~66.4%. R2反應(yīng)器在第62 d進(jìn)入活性提高期,較R1提前12 d,該階段出水NH4+-N不斷減低,去除率不斷升高,達(dá)94.2%; 同時(shí)NO2--N去除率也大幅度升高,在82 d恢復(fù)到99.4%,此后維持在99%左右. 在第125 d,R2反應(yīng)器運(yùn)行進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期,NH4+-N平均去除率92.0%,略低于R1; NO2--N平均去除率和R1相近,達(dá)99.9%. 同時(shí),從污泥截流率看(該時(shí)段反應(yīng)器總污泥量除以接種污泥量),R2反應(yīng)器居于劣勢(shì),平均污泥截留率僅為33.6%,而R1反應(yīng)器的平均污泥截留率為41.9%,表明接種具有良好沉降性能的顆粒污泥可有效減少污泥的流失,截留ANAMMOX微生物,促進(jìn)其富集.
R1反應(yīng)器進(jìn)入活性提高期的時(shí)間較晚,而進(jìn)入穩(wěn)定期的時(shí)間較早,推測(cè)是R1反應(yīng)器接種的顆粒污泥來(lái)自于工業(yè)廢水UASB反應(yīng)器,以人工配水為底物進(jìn)行馴化,活性恢復(fù)較為困難,所需復(fù)活時(shí)間長(zhǎng). 但是由于顆粒污泥的沉降性能較好,流失較少,活性一旦恢復(fù),微生物的基數(shù)大,增長(zhǎng)的也快,較于R2反應(yīng)器提前進(jìn)入穩(wěn)定期,穩(wěn)定運(yùn)行期R1對(duì)NH4+-N的去除率略高于R2. 總體來(lái)說(shuō),即使R1污泥截留量明顯高于R2,兩者表現(xiàn)出厭氧氨氧化活性的時(shí)間相差不大,均取得良好的脫氮效果,說(shuō)明接種污泥的不同并未造成ABR厭氧氨氧化反應(yīng)器的啟動(dòng)規(guī)律和污染物去除特征有明顯差異.
不管是R1還是R2反應(yīng)器,啟動(dòng)耗時(shí)基本接近,在120 d左右,這與許多研究者的研究結(jié)果*[20,21]. 如朱月琪等[2]在ABR反應(yīng)器內(nèi)接種厭氧河流底泥,在4個(gè)月內(nèi)成功啟動(dòng)厭氧氨氧化,穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)NH4+-N和NO2--N的容積負(fù)荷分別為31.9 g ·(m3 ·d)-1和31.2 g ·(m3 ·d)-1,平均的去除率達(dá)85.2%和98.2%. 本研究中R1和R2反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間與其研究接近,但對(duì)底物的平均去除率均略高,這可能與接種的污泥、 容積負(fù)荷、 pH及其他*的環(huán)境因素相關(guān).
2.2 3種氮素之間的定量關(guān)系
目前,學(xué)術(shù)界普遍接受的ANAMMOX菌分解合成的總計(jì)量化學(xué)式如式(1)所示[1].
由式(1),厭氧氨氧化反應(yīng)中NH4+-N與NO2--N的消耗量,以及NO3--N的生成量理論比值為1 ∶1.32 ∶0.26. 然而,不同研究者得出的結(jié)論之間存在著差異,馮平等[22]研究結(jié)果表明,穩(wěn)定運(yùn)行階段三者之間的比值為1 ∶1.44 ∶0.26; 而彭緒亞等[23]采用兩套UASB反應(yīng)器啟動(dòng)ANAMMOX反應(yīng),穩(wěn)定時(shí)三者比值分別為1 ∶(1.1~1.2) ∶ (0.25~0.45) 和 1 ∶(1.1~1.2) ∶(0.30~0.40),可能是接種污泥的性質(zhì)、 pH等環(huán)境的*性導(dǎo)致的差異.
本實(shí)驗(yàn)中,R1、 R2達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行后三者的比值分別為1 ∶1.16 ∶0.21和1 ∶1.27 ∶0.36,這與Strous等[1]的研究結(jié)果有一定差異. 兩個(gè)反應(yīng)器中NH4+-N與NO2--N消耗量的比值分別為1 ∶1.16和1 ∶1.27,均低于理論值,可能是反應(yīng)器進(jìn)水未進(jìn)行有效除氧,導(dǎo)致部分NH4+-N被亞硝化菌和硝化菌轉(zhuǎn)化為NO2--N和NO3--N,使得NO2--N與NH4+-N消耗量比值小于理論值. 但是在NO3--N生成量與NH4+-N生成量之間,兩個(gè)反應(yīng)器存在差異,R1反應(yīng)器略小于理論值,推測(cè)穩(wěn)定期R1反應(yīng)器中可能還存在反硝化作用,這主要是因?yàn)閁ASB顆粒污泥有機(jī)質(zhì)含量較高,且顆粒污泥菌體釋放有機(jī)物的速率較慢所致[24]; 但是,R2反應(yīng)器高于理論值,具體原因還有待分析.
2.3 格室間的氮素去除規(guī)律
對(duì)穩(wěn)定期間各格室氮素去除規(guī)律分析發(fā)現(xiàn)(圖 3),R1反應(yīng)器中NH4+-N和NO2--N基本在*格室已被去除,去除率均高達(dá)99%以上,其余4個(gè)隔室并未起到作用. R2反應(yīng)器的去除規(guī)律有所不同,*格室雖然對(duì)NO2--N和NH4+-N具有較大的去除作用,NO2--N去除率高達(dá)99%,NH4+-N去除率85%,但其余4個(gè)格室對(duì)NH4+-N亦有去除作用,貢獻(xiàn)率為7%. 從NO3--N 的生成量及每個(gè)格室的變化情況看,均在*格室生成NO3--N,且R1*格室生成量比R2*格室高8.3 mg ·L-1,隨后NO3--N均被逐漸消耗部分,且兩個(gè)反應(yīng)器的消耗量基本相同. 監(jiān)測(cè)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的各格室的污泥濃度發(fā)現(xiàn)(表 2),R2反應(yīng)器污泥濃度總體低于R2反應(yīng)器,尤其*格室的污泥濃度比R2反應(yīng)器的*格室的污泥濃度低34%,兩個(gè)反應(yīng)器對(duì)氮的去除存在一定的差異,造成該結(jié)果的原因很多,如污泥的性質(zhì)及污泥量、 生物量等,但具體原因有待進(jìn)一步研究.
圖 3 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)水質(zhì)變化
表 2 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的各格室的污泥濃度
接種的厭氧顆粒污泥和厭氧絮狀污泥分別是黑色和灰黑色,啟動(dòng)成功時(shí)R1、 R2反應(yīng)器的相對(duì)應(yīng)格室的顏色相似,均是*格室有少部分的紅棕色,隨著水流的方向顏色變化依次為少量紅棕色 黃褐色 黑色,該現(xiàn)象與鮑林林等[25]研究相似. 而典型的ANAMMOX細(xì)胞中含有大量的*而呈現(xiàn)紅色[26],結(jié)合*格室對(duì)氮素的大部分的去除,可認(rèn)為該格室的紅色菌群為ANAMMOX,且高于其他格室. 其余格室由于基質(zhì)的濃度低導(dǎo)致ANAMMOX的富集度較低,顏色是黃褐色甚至后格室仍保持原接種污泥顏色黑色,但對(duì)每個(gè)格室菌屬類別仍需進(jìn)一步的鑒定. 從污泥形態(tài)看,R2中污泥以不規(guī)則塊狀和絮狀存在,R2中污泥是不規(guī)則塊狀、 絮狀和部分顆粒污泥,可能由于水力負(fù)荷較低,沒(méi)有足夠的剪切力使得在ABR中誘導(dǎo)絮狀污泥形成顆粒污泥,可嘗試通過(guò)提高流速,增大剪切力來(lái)培養(yǎng)厭氧顆粒污泥.
3 結(jié)論
(1)接種厭氧絮狀/顆粒混合污泥、 厭氧絮狀污泥的ABR反應(yīng)器,分別經(jīng)過(guò)120 d和125 d均成功啟動(dòng)厭氧氨氧化反應(yīng),都經(jīng)歷了菌體水解期、 活性停滯期、 活性提高期和穩(wěn)定運(yùn)行期等4個(gè)階段,穩(wěn)定運(yùn)行期間對(duì)NH4+-N和NO2--N的去除率均可達(dá)到90%以上,且NH4+-N、 NO2--N的平均去除負(fù)荷為57.3~67.9 g ·(m3 ·d)-1,R1在NH4+-N的去除負(fù)荷上略高于R2.
(2)啟動(dòng)成功后,兩個(gè)ABR反應(yīng)器的*格室均已去除90%以上的NH4+-N、 NO2--N,其余格室對(duì)氮的去除貢獻(xiàn)率較小,這與污泥的顏色特征相*,*格室部分污泥呈少量紅棕色,隨著水流的方向顏色變化依次為少量紅棕色 黃褐色 黑色.
(3)以上表明,接種污泥的不同并未造成ABR厭氧氨氧化反應(yīng)器的啟動(dòng)規(guī)律和污染物去除特征有明顯差異.