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

啟動過程中水質(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%. 這是因為第Ⅰ階段的溶酶作用產(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)器啟動特征

　　R2反應(yīng)器的啟動特征與R1基本相似，但也存在差異. 從污泥截流來看，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.

　　從啟動的過程和污染物去除特征來看，R2反應(yīng)器的菌體水解期持續(xù)時間較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，推測是R1反應(yīng)器接種的顆粒污泥來自于工業(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)時間相對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，從污泥截流率看(該時段反應(yīng)器總污泥量除以接種污泥量)，R2反應(yīng)器居于劣勢，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)入活性提高期的時間較晚，而進(jìn)入穩(wěn)定期的時間較早，推測是R1反應(yīng)器接種的顆粒污泥來自于工業(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)活時間長. 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NH4+-N的去除率略高于R2. 總體來說，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間相差不大，均取得良好的脫氮效果，說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，啟動耗時基本接近，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個月內(nèi)成功啟動厭氧氨氧化，穩(wěn)定運(yùn)行時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)器的啟動時間與其研究接近，但對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ANAMMOX反應(yīng)，穩(wěn)定時三者比值分別為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.

　　本實驗中，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，兩個反應(yīng)器存在差異，R1反應(yīng)器略小于理論值，推測穩(wěn)定期R1反應(yīng)器中可能還存在反硝化作用，這主要是因為UASB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個格室對NH4+-N亦有去除作用，貢獻(xiàn)率為7%. 從NO3--N 的生成量及每個格室的變化情況看，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，且兩個反應(yīng)器的消耗量基本相同. 監(jiān)測穩(wěn)定運(yùn)行時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%，兩個反應(yīng)器對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)行時水質(zhì)變化

　　表 2 穩(wěn)定運(yùn)行時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，啟動成功時R1、 R2反應(yīng)器的相對應(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，但對每個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，可嘗試通過提高流速，增大剪切力來培養(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120 d和125 d均成功啟動厭氧氨氧化反應(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個階段，穩(wěn)定運(yùn)行期間對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)啟動成功后，兩個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)器的啟動規(guī)律和污染物去除特征有明顯差異.