ITFB處理高氨氮廢水亞硝化過程及分子生物學(xué)研究.pdf

1、內(nèi)循環(huán)三相生物流化床生物反應(yīng)器(ITFB)因其處理效率高、負荷高、抗沖擊能力強、少發(fā)生污泥膨脹、占地省、易于設(shè)備化等特點,已成為一種人們青睞的高效好氧生物反應(yīng)器。就本質(zhì)而言,它是一類既具有固定生長法特征又有懸浮生長法特征的反應(yīng)器。其固定生長法特征使得世代時間長的硝化細菌能夠在反應(yīng)器內(nèi)生長和積累。因此,在適宜條件下內(nèi)循環(huán)生物流化床反應(yīng)器有可能成為高效的硝化反應(yīng)器。近幾年,廢水生物脫氮出現(xiàn)了許多新型工藝,其中,含氨廢水的短程硝化因其能夠節(jié)能

2、降耗、提高反應(yīng)速率、降低剩余污泥產(chǎn)量等特點,已經(jīng)成為目前廢水生物脫氮領(lǐng)域的研究熱點。為尋求一種高效穩(wěn)定長期的短程硝化工藝,本論文嘗試將短程硝化理念與好氧生物流化床反應(yīng)器結(jié)合,通過強化啟動、調(diào)控運行參數(shù)等方法,強化內(nèi)循環(huán)生物流化床生物膜的硝化功能,探討內(nèi)循環(huán)生物流化床用于高濃度氨氮廢水處理,并實現(xiàn)亞硝化過程的可行性,在此基礎(chǔ)上,分析運行參數(shù)對實現(xiàn)穩(wěn)定亞硝化過程的影響,從而優(yōu)化運行參數(shù)。本研究首先探討了ITFB反應(yīng)器快速啟動的條件,發(fā)現(xiàn)較短

3、的水力停留時間和較少的接種污泥量有利于附著生物的增長,可以實現(xiàn)反應(yīng)器的快速啟動。根據(jù)課題組的試驗結(jié)果,采用高N/C和低COD的水質(zhì)條件對反應(yīng)器進行強化啟動。反應(yīng)器經(jīng)強化啟動后,分別考察了進水氨氮濃度、不同影響因子和有機物對硝化作用和亞硝酸鹽積累的影響,并且以成熟的生物膜為對象,運用熒光原位雜交(FISH)技術(shù)和聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)技術(shù)分別對生物膜內(nèi)菌群分布情況和優(yōu)勢菌屬進行了研究。進水氨氮影響試驗結(jié)果表明:強化啟動條件有利于反應(yīng)器在

4、初期(NH3-N=100mg/L)獲得較高水平的亞硝酸鹽積累,亞硝化率平均為79％。但在溶解氧充足的條件下,完全硝化反應(yīng)發(fā)生。提高進水氨氮濃度(從100mg/L升至300mg/L)可以實現(xiàn)亞硝化,但屬于不穩(wěn)定積累,當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)游離氨濃度隨進水氨氮濃度升高而增加至8mg/L時,系統(tǒng)內(nèi)硝酸細菌和亞硝酸細菌活性均受到抑制,系統(tǒng)的硝化效果降低,并且硝酸細菌能夠逐步適應(yīng)高濃度的游離氨,使其活性不再受到原來濃度的游離氨的抑制,并且這一過程是不可逆的,

5、所以通過高濃度游離氨抑制作用來實現(xiàn)亞硝酸鹽的積累是不穩(wěn)定的。溫度、DO和pH等影響因素試驗結(jié)果表明:反應(yīng)器實現(xiàn)亞硝化的最佳運行參數(shù)為:pH=7.8-8.1;DO=2.0-3.0mg/L;T=33-35℃。反應(yīng)器在最佳控制參數(shù)條件下運行15天,亞硝化率從37%上升至74%,氨氮平均去除率達81%。有機物影響試驗結(jié)果表明:進水添加有機物,異養(yǎng)菌與硝化細菌對溶解氧的競爭是造成硝化效果降低的主要原因。對添加有機物前后的生物膜進行電鏡掃描發(fā)現(xiàn),添

6、加有機物后,硝化生物膜由致密變成松散,生物膜內(nèi)由單一的桿菌演變成包含多種絲狀異養(yǎng)菌的菌群。FISH試驗結(jié)果表明,處理高濃度氨氮廢水的成熟生物膜樣品,硝酸細菌生長在生物膜內(nèi)層,而亞硝酸細菌沿整個生物膜厚度方向均有分布,然而更多地生長在生物膜的外層,且兩種微生物的數(shù)量分布也比較均勻。在處理高氨氮廢水系統(tǒng)中亞硝酸細菌的主要類型為Nitrosococcsp.和Nitrosomonassp.,硝酸細菌的主要類型為Nitrobactersp.和Af