底物濃度對反硝化MBBR處理反滲透濃水脫氮效能及脫氮基因的影響

作者: 伊人影院科技集團 / 時間: 2019-07-18 11:45:45
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北極星水處理網訊:摘要:針對汙水處理廠生產高品質再生水過程中低壓反滲透單元(DFRO)產生的反滲透濃水中TN濃度高和NOx−Ox--N(NO−3O3--N+NO−2O2--N)占比高的問題,采用反硝化MBBR處理實際反滲透濃水,研究不同底物濃度下反硝化MBBR的脫氮效能和反硝化基因拷貝數的變化。結果表明:進水NO−3O3--N濃度為(8.70±6.34)~(24.23±8.69)mg/L,TN濃度為(28.43±5.69)~(44.10±7.37)mg/L時,隨著濃度的升高NO−3O3--N和TN去除率保持平穩,但NO−3O3--N和TN去除速率上升,NO−2O2--N去除率和去除速率下降。進水NO−2O2--N濃度為(10.94±8.51)~(20.94±5.78)mg/L時,隨著濃度的升高,NO−3O3--N和TN去除率及去除速率降低,NO−2O2--N去除率及去除速率上升。反硝化MBBR填料生物膜主要由球菌、杆菌和少量絲狀菌組成;填料生物膜和底泥中各脫氮基因拷貝數隨NO−3O3--N和TN濃度增加而增大,nirK、nirS和Anammox等基因拷貝數也隨NO−2O2--N濃度增加而增大。

關鍵詞:反滲透濃水;反硝化MBBR;底物濃度;脫氮基因;NO−2O2--N積累

MBBR(moving bed biofilm reactor)是在反應器中填充密度接近於水的填料,利用填料上的生物膜和活性汙泥同時去除汙水中汙染物的微生物處理工藝,具有高效靈活、耐衝擊負荷、剩餘汙泥少和脫氮除磷效率高等優點[1]。近年來,反硝化MBBR被用於生活汙水和海水中氮的深度去除[2,3,4]。反硝化MBBR用於處理被NO−3O3--N汙染的海水時,反硝化速率達(17.7±1.4)g/(m2·d)[3];用於處理生活汙水時,TN去除率可達94%[5]。前置和後置反硝化MBBR在用於汙水處理廠的深度處理時,TN去除率可達90%[2]。苑泉等[6]在進水TN濃度為9.7 mg/L時,用反硝化MBBR處理二沉池出水,TN去除率達到50%。反硝化MBBR運行過程中會受到包括底物濃度、溫度、碳氮比、水力停留時間(HRT)和填料類型等因素的影響,進水中氮負荷的變化會影響反硝化脫氮效能和反硝化微生物群落結構[7]。在對垃圾滲濾液進行反硝化和厭氧氨氧化協同脫氮時,當TN負荷由15 g/(m3·d)增至25 g/(m3·d)時,TN去除率由67.7%降至60.2%[8];而在水體中TN濃度為1.21~6.50 mg/L時,反硝化細菌群落結構也會發生相應變化[9]。上述研究均表明,進水底物濃度會影響生物的脫氮效能和微生物群落結構。

在全世界水資源匱乏日漸嚴重的形勢下,反滲透技術(reverse osmosis,RO)因具有處理效率高、能源消耗低和占地麵積小等優點[10]逐漸被用於城市汙水處理廠尾水的處理和生產高品質水工藝中。但RO在生產高品質回用水的同時也會產生反滲透濃水,氮等物質會在反滲透濃水中富集。低壓反滲透單元(DFRO)被用於城市汙水廠出水生產高品質再生水,在該過程中DFRO產生的反滲透濃水具有TN濃度高和NOx−Ox--N(NO−3O3--N +NO−2O2--N)占比高等特點[11],亟需對NO−2O2--N、NO−3O3--N和TN進行深度去除。目前國內外應用反硝化MBBR處理的汙水有城鎮汙水、汙水處理廠尾水和海水等[12],鮮見將其用於處理高品質再生水過程中產生的反滲透濃水的研究。針對反滲透濃水TN濃度高和NOx−Ox--N占比高的問題,筆者采用反硝化MBBR處理實際反滲透濃水,研究底物濃度對其脫氮效能及脫氮相關基因的影響,考察不同底物濃度下反硝化MBBR對NO−2O2--N、NO−3O3--N和TN的去除效能,揭示反硝化基因等脫氮基因對不同底物濃度下反硝化MBBR脫氮效能的響應。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

反硝化MBBR裝置采用有機玻璃製成。反應器為圓柱型,內徑0.25 m,高0.25 m,有效體積為12 L(圖1)。其中填充本課題組研發的液相氧化-水浴接枝丙烯酸改性聚乙烯填料[13],填料性能參數見表1。

1.2 試驗設計

取北京某汙水處理廠缺氧池中的汙泥接種,接種後反應器內汙泥混合液懸浮固體(MLSS)濃度為3 544 mg/L,混合液揮發性固體(MLVSS)濃度為1 897 mg/L,MLVSS/MLSS為0.54。采用連續流進水方式,根據實際反滲透濃水進水中NO−3O3--N、NO−2O2--N和TN的濃度變化特征,分4個階段(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ)研究底物濃度對MBBR反硝化效能的影響。用加熱棒控製溫度為24~27 ℃,HRT為12 h,填料填充率為30%,采用電動攪拌器攪拌使填料和汙泥保持懸浮狀態。適當補充甲醇作為外加碳源,使進水COD/TIN為2.9~4.8,反應器中溶解氧濃度低於0.5 mg/L。各階段進水水質見表2。

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