好氧颗粒污泥脱氮过程中N2O释放的研究

摘要

随着水环境的“富营养化”问题日益突出,如何提高传统脱氮除磷工艺的脱氮除磷效率,发展高效、节能的污水处理工艺,成为污水脱氮除磷技术领域的热点。好氧颗粒污泥凭借良好的沉淀性能、耐冲击负荷等优点从众多工艺中脱颖而出。近年来的研究发现污水生物脱氮过程中伴随着N2O的产生,N2O是重要的温室气体之一,其增温潜势是CO2的310倍,是CH4的23倍,而且污水生物处理过程被认为是N2O潜在生成源。
　　 研究表明,传统的硝化和反硝化过程中均有N2O产生,并且N2O主要产生于好氧硝化阶段。目前,对具有节省曝气量、节约碳源等优点的短程硝化反硝化、同步硝化反硝化等新技术的研究表明,上述的污水处理过程中均有N2O释放。然而对于具有脱氮功能的好氧颗粒污泥系统而言,在脱氮过程中是否有N2O的生成,以及N2O的生成量是否会因温度或者硝化类型的变化而改变,这方面的研究尚不多见。
　　 本课题以模拟生活污水为处理对象,采用好氧/缺氧运行模式的SBR反应器,研究了全程硝化反硝化、短程硝化反硝化好氧颗粒污泥脱氮过程中脱氮效能,稳定性以及N2O生成量的变化情况。结果表明,具有脱氮功能的好氧颗粒污泥,有较好的储存稳定性和活性恢复能力,验证其商业化的可行性。对好氧颗粒污泥脱氮系统各反应阶段“三氮”的浓度与DO和pH值的变化特征点具有良好的相关性,并成功运用DO和pH值的变化来调节本反应的运行时间及硝化反应和反硝化反应终点,使短程硝化反硝化好氧颗粒污泥系统得以长期稳定运行。与此同时,实验数据表明反硝化时间延长1倍,N2O释放量是应用实施控制时释放量的2.01倍。应用实时控制策略可有效地控制和减少好氧颗粒污泥脱氮过程中N2O的释放。温度降低使得脱氮过程中并且N2O产生量随之减少,在缺氧反硝化阶段,温度改变并未对N2O的产生量造成明显的影响,反硝化阶段N2O产生量差异是由好氧阶段产物亚硝酸盐浓度不同而引起的。在进水氨氮浓度相同及曝气量相同的条件下,全程硝化反硝化及短程硝化反硝化过程中,N2O释放量及污泥混合液中溶解性N2O含量的变化趋势基本相同;但全程硝化反硝化过程中N2O产生量远大于短程硝化反硝化阶段N2O产生量,全程硝化反硝化过程中N2O-N产生量约为短程硝化反硝化过程中N2O-N产生量的1.55倍,而且全程脱氮过程中N2O转化率是短程的1.59倍。