主流反应器进水模式对生物添加强化硝化效果影响的试验研究

摘要

研究采用序批式反应器，以模拟高氨氮废水为进水，在25℃条件下运行以富集硝化菌（简称“硝化菌侧流富集系统”），然后将其添加到低温（15℃）条件下运行的，以模拟城市污水为进水的两种不同进水模式的主流反应器（间歇进水模式反应器（简称“SBR”），连续进水模式反应器（简称“CSTR”））中，从而考察不同进水模式对生物添加强化硝化效果的影响。主要结论如下： （1）硝化菌侧流富集系统中富集培养的硝化菌氨氧化速率（ Ammonium Utilized Rate，AUR）为（74.51±9.78）mgN/（L·h），亚硝酸盐氧化速率（Nitrite Utilized Rate， NUR）为（111.06±10.30） mgN/（ L·h）；硝化菌中氨氧化菌（Ammonia-Oxidizing Bacteria，AOB）/总细菌（EUBmix）为（28.02±8.46）%， AOB优势菌为Nitrosomonas europaea，占总菌百分比约为（26.24±2.19）%，属于r-决策者；亚硝酸盐氧化菌（Nitrite-Oxidizing Bacteria，NOB）/ EUBmix为（13.64±4.94）%，NOB中Nitrobacter和Nitrospira共存，分别占总细菌百分比为（6.89±1.13）%和（6.75±2.83）%。 （2）主流反应器在添加前后，SBR出水COD平均浓度为20.16 mg/L，COD平均去除率为93.86%；CSTR出水COD平均浓度为20.56 mg/L，COD平均去除率为93.58%。两个反应器的出水氨氮均在1 mg/L以下，出水总氮在30 mg/L左右，氨氮去除率在96.67%以上。因此，添加前后，不同进水模式条件下的主流反应器对COD、氨氮的去除效果无明显差异。 （3）添加前，SBR中的AUR和NUR分别为（11.90±0.15）mgN/（L·h）和（11.67±1.19）mgN/（L·h）；CSTR中的AUR和NUR分别为（7.00±0.24）mgN/（L·h）和（7.21±0.60）mgN/（L·h）。添加期间，SBR中AUR和NUR分别为（27.88±5.20）mgN/（L·h）和（28.00±4.17）mgN/（L·h）；CSTR中AUR和NUR分别为（18.43±1.05）mgN/（L·h）和（17.64±2.58）mgN/（L·h）。添加停止后，SBR中 AUR和 NUR分别为（24.02±1.50）mgN/（L·h）和（20.78±0.59）mgN/（L·h）；CSTR中AUR和NUR分别为（10.37±1.46）mgN/（L·h）和（9.48±1.34）mgN/（L·h）。相比于添加前，添加期间和添加停止后，SBR的AUR分别提高了1.34倍和1.02倍，NUR分别提高了1.39倍和0.78倍；CSTR的AUR分别提高了1.63倍和0.48倍，NUR分别提高了1.44倍和0.31倍。因此，相比于连续进水模式，生物添加对间歇进水模式的强化硝化效果更为明显。 （4） SBR，在添加前、添加期间和添加停止后 AOB/EUBmix的比值分别为（1.52±0.17）%、（4.06±0.69）%和（3.25±1.09）%，在实验期间 AOB的优势菌均为Nitrosomonas europaea，为r-决策者，相比于添加前，添加期间和添加停止后AOB含量分别提高了1.67倍和1.14倍；在三个阶段NOB/EUBmix的比值分别为（1.30±0.41）%、（3.52±0.38）%和（2.54±0.94）%，在实验期间NOB优势菌均为Nitrobacter，为r-决策者，相比于添加前，添加期间和添加停止后NOB含量分别提高了1.71倍和0.95倍。 CSTR，在添加前、添加期间和添加停止后AOB/EUBmix的比值分别为（1.75±0.86）%、（5.09±0.69）%和（2.18±0.85）%，其中AOB优势菌在添加前和添加停止后这两个阶段均为Nitrosospira，为K-决策者，在添加期间，AOB优势菌由Nitrosospira转化为Nitrosomonas europaea。相比于添加前，添加期间和添加停止后AOB含量分别提高了1.91倍和0.25倍。其中，添加期间AOB优势菌的变化主要是由添加引起的；在三个阶段NOB/EUBmix的比值分别为（0.94±0.39）%、（1.66±0.31）%和（1.41±0.67）%，在实验期间 NOB优势菌均为 Nitrospira，为K-决策者，相比于添加前，添加期间和添加停止后NOB含量分别提高了0.77倍和0.50倍。因此，相比于连续进水模式，添加的硝化菌更容易在间歇进水模式的反应器中存活。 （5）镜检观察发现，在添加前，SBR中，活性污泥絮体相对紧密，而CSTR中，活性污泥絮体结构松散，存在大量的丝状菌。但添加开始后，两个反应器中的污泥絮体结构均不同程度地变松散。这说明间歇进水模式有利于污泥絮体的形成，添加对活性污泥絮体结构有一定影响。 电镜SEM观察得到，在添加前，SBR中，微生物形态主要为八叠球状和短杆状，而CSTR中，主要有短杆状、杆状和少量球状菌。在添加后，两个反应器中微生物形态没有明显变化，但是，相比于添加前，微生物个体尺寸有所增长且微生物之间的空隙变得较大。

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