—— PROUCTS LIST
好氧顆粒污泥工藝強(qiáng)化脫氮研究進(jìn)展
好氧顆粒污泥工藝強(qiáng)化脫氮研究進(jìn)展
隨著社會(huì)與工業(yè)發(fā)展對(duì)氮素需求量的急劇增加,大量含氮化合物隨工業(yè)廢水、養(yǎng)殖廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)徑流等進(jìn)入河流、湖庫、海洋,造成環(huán)境水體水質(zhì)惡化和水體富營(yíng)養(yǎng)化,嚴(yán)重影響水生生態(tài)環(huán)境和人畜飲水安全[1-2]. 目前,污水處理廠普遍采用缺氧-好氧法(Anoxic/Oxic,A/O)、厭氧-缺氧-好氧法(Anaerobic-Anoxic-Oxic,A2/O)、氧化溝及序批式活性污泥法(Sequencing batch reactor activated sludge process,SBR)等脫氮工藝,上述工藝在進(jìn)水高氨氮條件下極易發(fā)生硝化抑制[3-4]、亞硝酸鹽積累[5-6]等問題,加上硝化反硝化微生物生長(zhǎng)極其緩慢、出水總氮標(biāo)準(zhǔn)日益提高,強(qiáng)化生物脫氮新工藝研發(fā)迫在眉睫。
pH做為基本的污水指標(biāo),勢(shì)必成為供求的熱點(diǎn),這對(duì)廣大的E-1312 pH電極制造商,比如美國(guó)BroadleyJames來說是個(gè)重大利好。美國(guó)BroadleyJames做為老牌的E-1312 pH電極制造商,必將為中國(guó)的環(huán)保事業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。我們美國(guó)BroadleyJames生產(chǎn)的E-1312 pH電極經(jīng)久耐用,質(zhì)量可靠,測(cè)試準(zhǔn)確,廣泛應(yīng)用于各級(jí)環(huán)保污水監(jiān)測(cè)以及污水處理過程。
目前,生物脫氮 新技 術(shù)主要有短程硝化反硝化 工藝(Single reactor for high activity ammonia removal over nitrite,SHARON)、厭氧氨氧化工藝(Anaerobic ammonium oxidation,ANA MMOX)、限氧自養(yǎng)型硝化反硝化工藝(Oxygen limited autotrophic nitrification denitrification, O L A N D)以及同步硝化反硝化 工藝(S i m u l t a n e o u snitrification denitrification,SND),其雖較傳統(tǒng)生物脫氮工藝具有經(jīng)濟(jì)性能好、脫氮效率高等明顯優(yōu)勢(shì),但仍存在一定的應(yīng)用瓶頸.
SHARON中長(zhǎng)久穩(wěn)定地維持NO2-積累的途徑還有待探索;ANAMMOX啟動(dòng)較慢,厭氧氨氧化菌(Anammox,AMX)對(duì)水質(zhì)條件敏感;OLAND面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)是自養(yǎng)型亞硝酸細(xì)菌的活性較低;SND由于生物絮體微缺氧區(qū)的形成往往不穩(wěn)定,難保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo).
近 20年來,好氧顆粒污泥因其致密的結(jié)構(gòu)、良好的沉降性能、耐沖擊負(fù)荷能力和多功能菌群成為廢水生物處理的新興技術(shù)[7],研究者對(duì)好氧顆粒污泥形成機(jī)制、影響因素、菌群結(jié)構(gòu)等開展了大量研究[8-10]. 此外,好氧顆粒污泥與上述生物脫氮新技術(shù)的結(jié)合在廢水生物處理中也呈現(xiàn)出明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和良好的應(yīng)用前景.
針對(duì)目前城鎮(zhèn)污水等碳氮比低、出水總氮達(dá)標(biāo)壓力大等突出問題,本文綜述基于好氧顆粒污泥的全自養(yǎng)、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、短程硝化-厭氧氨氧化、異養(yǎng)硝化-好氧反硝化等強(qiáng)化脫氮工藝,介紹其脫氮機(jī)制及技術(shù)優(yōu)勢(shì),同時(shí)分析進(jìn)水基質(zhì)組成、運(yùn)行條件(溶解氧濃度、溫度和pH)、運(yùn)行模式等對(duì)好氧顆粒污泥工藝強(qiáng)化脫氮與穩(wěn)定運(yùn)行的影響,最后對(duì)好氧顆粒污泥強(qiáng)化脫氮工藝研發(fā)與技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行展望,為好氧顆粒污泥脫氮工藝性能優(yōu)化及微生物菌群功能與機(jī)理研究提供參考.
1 好氧顆粒污泥強(qiáng)化脫氮工藝
1.1 全自養(yǎng)硝化顆粒污泥工藝
硝化細(xì)菌生長(zhǎng)速率緩慢、生物產(chǎn)量低且對(duì)環(huán)境條件極為敏感,很難長(zhǎng)期大量持留在反應(yīng)體系內(nèi),這使得硝化反應(yīng)成為生物脫氮的限制性步驟. 自養(yǎng)硝化顆粒污泥的形成使硝化微生物以聚集體的形式持留在反應(yīng)器內(nèi),提高體系內(nèi)硝化污泥濃度,進(jìn)而促進(jìn)硝化反應(yīng)進(jìn)程,在處理高氨無機(jī)廢水方面具有良好的應(yīng)用前景.
然而,由于自養(yǎng)型的硝化細(xì)菌生長(zhǎng)緩慢且胞外多糖產(chǎn)量低,細(xì)胞間的黏附作用差,較難形成生物聚集體,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在強(qiáng)化自養(yǎng)硝化污泥顆粒化方面進(jìn)行了大量研究. 縮短硝化顆粒污泥培養(yǎng)時(shí)間的方式主要分為兩種:一是調(diào)控顆粒培養(yǎng)的運(yùn)行條件,二是增加促進(jìn)細(xì)胞間粘附的外部因素.
Tay等在SBR中研究了水力選擇壓(SBR運(yùn)行周期)對(duì)硝化顆粒污泥形成的影響,結(jié)果表明采用較長(zhǎng)運(yùn)行周期時(shí)間(12 h)的反應(yīng)器由于水力選擇壓較弱無法形成硝化顆粒污泥,而較短的運(yùn)行周期(3 h)導(dǎo)致硝化污泥被大量洗出,同樣使得硝化污泥顆?;?,周期為6 h和12 h的運(yùn)行條件下,兩周后成功培養(yǎng)出粒徑0.25 mm、比重1.014的硝化顆粒污泥[11].
合適的水力選擇壓能夠刺激微生物活性、促進(jìn)增強(qiáng)細(xì)胞間粘附性的胞外多糖產(chǎn)生、增加細(xì)胞表面疏水性,進(jìn)而促進(jìn)硝化顆粒污泥的形成. Tsuneda等亦通過逐步縮短水力停留時(shí)間進(jìn)而強(qiáng)化水力選擇壓的方式在連續(xù)流好氧流化床反應(yīng)器內(nèi)成功培養(yǎng)出粒徑350 μm的硝化好氧顆粒污泥[12].
Chen等采取短的初始沉降時(shí)間和快速增加氨氮負(fù)荷的方法顯著強(qiáng)化了體系生物選擇壓,實(shí)現(xiàn)了硝化顆粒污泥的快速培養(yǎng),55 d內(nèi)進(jìn)水氨氮濃度從 200 mg/L增加到1 000 mg/L,污泥容積指數(shù)(Sludge volume index,SVI)從92 mL/g下降到15 mL/g,顆粒平均粒徑從106 μm增加到369 μm [3]. 因此,通過調(diào)控反應(yīng)器運(yùn)行條件來強(qiáng)化體系內(nèi)水力選擇壓和生物選擇壓的方式能夠明顯加快硝化污泥顆?;M(jìn)程.
為減少自養(yǎng)硝化顆粒污泥反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間,外部促進(jìn)因素亦是一種強(qiáng)化方式. Wang等應(yīng)用穩(wěn)恒磁場(chǎng)來促進(jìn)含鐵聚合物的積累進(jìn)而在增強(qiáng)污泥沉降性能同時(shí)刺激胞外多聚物的產(chǎn)生,以此來促進(jìn)污泥絮凝團(tuán)聚形成顆粒,反應(yīng)器運(yùn)行 25 d即獲得致密緊實(shí)的硝化顆粒 [13]. Li等向自養(yǎng)硝化污泥體系中投加群體感應(yīng)信號(hào)分子N-?;甙彼醿?nèi)酯,以加快生物量增長(zhǎng)速率,促進(jìn)微生物活性和胞外蛋白的產(chǎn)生量,促進(jìn)了硝化細(xì)菌間的吸附和聚集,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)硝化污泥的快速顆?;?span>[14].
1.2 同步硝化反硝化顆粒污泥工藝
同步硝化反硝化顆粒污泥工藝是基于顆粒污泥致密結(jié)構(gòu)和較大粒徑所形成的梯級(jí)溶氧環(huán)境特征,外部好氧-內(nèi)部缺氧的分層結(jié)構(gòu)使得功能微生物分區(qū)定殖[15],研究者們應(yīng)用熒光原位雜交技術(shù)(Fluorescence in situ hybridization,FISH)和微電極等方法對(duì)好氧顆粒污泥內(nèi)部菌群分布進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)氨氧化菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)、亞硝酸鹽氧化菌(Nitrite oxidizing bacteria,NOB)可與異養(yǎng)菌共存于好氧顆粒污泥中,其中顆粒外層70-100 μm處主要分布氨氧化菌Nitrosomonas sp.,其內(nèi)層為亞硝酸鹽氧化菌Nitrobacter sp.和Nitrospira sp.,硝化反應(yīng)主要發(fā)生在顆粒表層300 μm內(nèi),而距表面800-900 μm處則以兼性菌Rhodocyclaceae bacterium 和Paracccus marcusii以及厭氧菌Bacteroides sp.為主[16],顆粒內(nèi)部多樣化菌群可實(shí)現(xiàn)功能耦合,完成同步硝化反硝化脫氮。