论文导读：以期为厌氧氨氧化工艺的启动提供理论依据。并对比了不同接种污泥浓度下UASB反应器的运行效果。图8厌氧氨氧化菌电镜扫描图。电镜扫描，UASB反应器培养厌氧氨氧化菌的试验研究。
关键词：厌氧氨氧化，UASB反应器，脱氮，电镜扫描
三峡库区众多的畜禽养殖场建在次级支流沿岸，畜禽排放物大多未经处理直接排入水体，畜禽粪尿已成为三峡水库的主要污染源之一，严重威胁三峡库区水环境安全，且随着经济的发展，养殖业必将进一步发展，其畜禽粪尿必定会对环境造成更严重的影响。针对畜禽粪尿厌氧处理后存在可生化性差、C/N比小及好氧后处理系统反硝化碳源不足，提出采用厌氧氨氧化工艺处理畜禽粪尿厌氧后处理液中的氮源。
厌氧氨氧化技术的关键性瓶颈问题即厌氧氨氧化菌生长缓慢[1]，且对生长环境要求苛刻，厌氧氨氧化反应器启动困难，限制了厌氧氨氧化技术在废水处理中的应用，因此，厌氧氨氧化反应器的启动成为众多学者研究的重点。国外主要应用了流化床反应器[2]、序批式反应器[3]、生物转盘反应器[4]及气提式反应器[5]进行厌氧氨氧化反应器启动的研究；针对在UASB反应器中的启动，国内进行了一定的研究：沈平[6]分别接种混合污泥和河底污泥，经过320d和264d的运行，均成功实现了厌氧氨氧化；周少奇[7]在3.2L UASB接种渗滤液处理污泥于低浓度氮素条件下进行厌氧氨氧化的启动；左剑恶[8]在较高温度下于2.8L UASB反应器进行厌氧氨氧化的启动；张龙[9]应用2.5L UASB反应器接种混合污泥并于较高温度下进行厌氧氨氧化菌的培养，以上学者的研究均得出了有意义的结论，且说明厌氧氨氧化菌完全能应用于USAB反应器中，但是在其研究中，UASB反应器容积相对较小、运行温度相对较高，且未见不同污泥浓度下UASB反应器厌氧氨氧化污泥培养效果的研究报道。
本文利用有机质垃圾培养的厌氧消化污泥于8.5L UASB反应器富集培养厌氧氨氧化菌，并对比了不同接种污泥浓度下UASB反应器的运行效果，以期为厌氧氨氧化工艺的启动提供理论依据，同时为后期畜禽粪尿厌氧消化液氮素的去除做前期准备。
1 材料与方法
1.1 接种污泥及模拟废水
接种污泥取自课题组应用有机质垃圾培养出的厌氧消化污泥，污泥含水率为91%，其MLSS和MLVSS分别为90.5g/L和46.2g/L，pH为7.30，碳酸氢盐碱度8000mg/L。1、2号（R1、R2）反应器分别接种3L和5L厌氧污泥，反应器内污泥浓度分别为31.94g MLSS/L和53.23g MLSS/L。
试验废水采用人工模拟无机废水，由基本元素、微量元素、NH4+-N和NO2- -N等组成，其成分分别为KH2PO4 136mg/L，MgSO4.7H2O 27.2 mg/L，CaCl2 300 mg/L，微量元素Ⅰ和微量元素Ⅱ各1ml/L，微量元素Ⅰ组成为EDTA 5g/L，FeSO4 5g/L；微量元素Ⅱ组成为 EDTA 15g/L，ZnSO4·7H2O 430 mg/L，CoCl2·6H2O 240 mg/L，MnCl2·4H2O 990 mg/L，CuSO4·5H2O 250 mg/L，Na2MnO4·2H2O 220 mg/L，NiCl2·6H2O 190 mg/L，Na2SeO4·10H2O 210mg/L，H3BO4 14 mg/L，以NaHCO3和HCl溶液调节进水pH值。发表论文，电镜扫描。
1.2 试验方法
试验过程中采用两套UASB反应器，反应装置如图1所示，R1、R2反应器表面包裹避光材料，反应器有效容积均为8.5L，利用循环水控制反应器内温度为30±1℃，循环水量为120~300ml/min，循环水池体积均为15.0L，循环泵24h连续工作，进样通过间歇式的方法加至循环水池，水力停留时间为1~2d，进水pH为7.9~8.1。
图1 UASB反应器示意图
Fig. 1 Schematicdiagram of UASB reactor
1-温控仪；2-进样；3-恒温循环水池；4-循环水泵；5-UASB反应器；6-污泥取样；7-出水；8-三相分离器；9-气体流量计；10-排气
1-temperature controller; 2-influent; 3-cyclicthermostatic pool; 4-cyclic pump; 5-UASB reactor; 6-sludge sampling; 7-effluent;8-gas-solid-liquid separator;
9-gas flowmeter; 10-exhaust.
废水水质指标测试方法：NH4+-N：纳氏试剂比色法；NO3--N：紫外分光光度法；NO2- - N：N-（1- 萘基）乙二胺比色法；COD：HACH替代试剂比色法；MLSS和MLVSS：标准重量法；DO：溶氧仪法；pH值：玻璃电极法；碱度：酸式滴定法；生物相：KYKY-1000型扫描电镜。
2. 结果与讨论
接种不同浓度的污泥于R1、R2反应器，应用模拟无机废水于UASB反应器进行厌氧氨氧化污泥的培养，R1反应器历时150d，R2反应器历时200d，污泥培养过程中对R1和R1反应器运行状况进行监测，定期分析两反应器进、出水氨氮、亚硝氮及出水硝氮浓度，指出反应器主要历经污泥适应阶段、活性提高及稳定运行阶段、活性抑制阶段。
2.1 污泥适应阶段对比
R1反应器实验过程中进出水氨氮、亚硝氮及硝氮浓度的变化情况及各自的去除率见图2和图3，反应器污泥适应阶段从第1d到第45d，期间氨氮浓度为40~80mg/L，亚硝氮浓度为40~80mg/L，氨氮、亚硝氮和总氮的容积负荷分别为0.05~0.10 kg·m-3·d-1、0.04~0.10kg·m-3·d-1、0.09~0.20kg·m-3·d-1，此阶段初期氨氮的去除率较低，但是随着反应器的运行，氨氮去除率逐渐升高，达70%左右；此阶段的亚硝氮在初期即有较好的去除效果，去除率从65%逐渐升高到90%以上，推测其原因是接种污泥中含有异养反硝化菌，它可以利用污泥中的碳源进行反硝化反应去除亚硝氮，此阶段后期有机质被耗完，随着氨氮和亚硝氮去除率的增加，反应器中厌氧氨氧化现象逐渐明显。发表论文，电镜扫描。此阶段出水pH值在7.3~8.2之间，大部分出水pH值小于进水pH值，R1反应器中污泥颜色变化不明显。
图2 R1反应器NH4+-N的变化曲线
Fig 2 Variation of ammonium nitrogen in No. 1 reactor
图3 R1反应器NO2--N、NO3- -N浓度变化
Fig 3 Variation ofnitrite and nitrate content in No. 1 reactor
1/2 1 2 下一页 尾页 |
