厌氧氨氧化反应器的快速启动及脱氮性能研究_孙鑫.pdf
《厌氧氨氧化反应器的快速启动及脱氮性能研究_孙鑫.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《厌氧氨氧化反应器的快速启动及脱氮性能研究_孙鑫.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、孙鑫1,薛同站1,2,李卫华1,2,刘晓吉3,王坤1,闫祥宇1(1.安徽建筑大学 环境与能源工程学院,合肥230601;2.环境污染控制与废弃物资源化利用安徽省重点实验室,合肥230601;3.中节能(肥西)环保能源有限公司,合肥230022)基金项目:国家自然科学基金资助项目(51978003);国家重点研发项目(2020YFC1908600);安徽高校自然科学研究项目(KJ2020A0469);环境污染控制与废弃物资源化利用安徽省重点实验室主任基金项目(2020EPC01);横向委托项目(HYB2021081)摘要:为考察厌氧氨氧化反应器快速启动效果和脱氮性能,按照3 1的体积比接种厌氧池
2、厌氧污泥和氧化沟好氧污泥,运行77 d成功启动厌氧氨氧化反应。启动过程中反应器内污泥由黑色变为棕黄色最终变为红棕色,并逐渐颗粒化。采用高通量测序技术对启动成功后的厌氧氨氧化颗粒污泥进行微生物群落结构分析,发现主要菌门为:浮霉菌门(Planctomycetes)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和酸杆菌门(Acidobacteria),其中浮霉菌门(Planctomycetes)相对丰度最大,占比4198。厌氧氨氧化菌(AnAOB)的优势菌属为CandidatusBrocadia属,占比为3878。反应器稳定运行
3、阶段NH4N和NO2N平均去除率分别达到9700和9858,TN平均去除率及TN平均去除负荷分别达到8157和014 g(Ld),化学计量比n(NH4N)n(NO2N)n(NO3N)为1130032。试验结果表明,接种厌氧和好氧混合污泥可实现厌氧氨氧化反应器带氧快速启动。关键词:厌氧氨氧化;UASB反应器;快速启动;颗粒污泥;微生物群落结构中图分类号:X703.1文献标志码:A文章编号:10092455(2022)06002107Study on rapid start-up and nitrogen removal performance ofanammox reactorSUN Xin1,
4、XUE Tongzhan1,2,LI Weihua1,2,LIU Xiaoji3,WANG Kun1,YAN Xiangyu1(1.School of Environment and Energy Engineering,Anhui Jianzhu University,Hefei 230601,China;2.Anhui ProvincialKey Laboratory of Environmental Pollution Control and Waste Resource Utilization,Hefei 230601,China;3.China EnergyConservation(
5、Feixi)Environmental Protection Energy Co.,Ltd.,Hefei 230022,China)Abstract:In order to investigate the fast start-up and nitrogen removal performance of anammox reactor,anaerobic sludge and aerobic sludge with a volume ratio of 3 1 were inoculate in anaerobic tank and oxidationditch respectively,and
6、 the anammox reactor was successfully started after 77 days of operation.During the start-upprocess,the color of the sludge in the reactor changed from black to brownish-yellow and finally to reddish-brown,the sludge was gradually granulated.The microbial community structure of the anaerobic ammonia
7、 oxidationgranular sludge after successful start-up was analyzed by high-throughput sequencing technology.It was foundthat the main bacteria were:planctomycotes,proteobacteria,chloroflexi,bacteroidetes and acidobacteria,amongwhich,planctomycetes had the largest relative abundance,accounting for 41.9
8、8%.the dominant genus of anaero-bic ammonia oxidizing bacteria(AnAOB)was candidates_Brocadia,accounting for 38.78%.During the reactorstabilization stage,the average removal rates of NH4+-N and NO2-N were 97.00%and 98.58%respectively,theaverage removal rate and average removal load of TN reached 81.5
9、7%and 0.14 g/(Ld)respectively,the valueofn(NH4+-N)n(NO2-N)n(NO3-N)was 1:1.30:0.32.The experimental results showed that,rapidstart-up of anammox reactor with oxygen could be achieved by inoculating anaerobic and aerobic mixed sludge.Keywords:anammox;UASB reactor;rapid start-up;granular sludge;microbi
10、al community structure厌氧氨氧化反应器的快速启动及脱氮性能研究工业用水与废水INDUSTRIAL WATER WASTEWATERVol53No6Dec.,202221工业用水与废水INDUSTRIAL WATER WASTEWATERVol53No6Dec.,2022厌氧氨氧化(ANAMMOX)是指在厌氧条件下,厌氧氨氧化菌(AnAOB)分别以氨氮(NH4N)和亚硝酸盐氮(NO2N)为电子供受体,生成氮气(N2)的过程1。该工艺因无需碳源、无需曝气、产泥量少等优点而成为污水脱氮领域的热点2-3。目前,ANAMMOX工艺主要应用于一些低碳高氮废水的脱氮处理,并取得了较好的
11、效果45。AnAOB对环境敏感,生长缓慢,且体积小,易流失,导致反应器启动时间长,影响了厌氧氨氧化工艺的推广和应用67。目前能成功启动ANAMMOX工艺的反应器的类型有很多种89,其中UASB反应器因具有较高的污泥截留能力并能实现较高的容积负荷,被认为是启动ANAMMOX反应的首选反应器10。此外,接种污泥的种类和数量也会影响反应器的启动时间,有研究表明,采用不同的接种污泥均能成功启动ANAMMOX工艺,但启动时间存在较大差异1112,接种ANAMMOX污泥可大大缩短ANAMMOX反应器启动时间。厌氧反硝化污泥来源广泛,与AnAOB的代谢基质相近,易于诱导培养AnAOB13,好氧硝化污泥中硝化
12、菌的代谢作用可以消耗水中携带的溶解氧,营造出有利于AnAOB生长和繁殖的环境14,将上述2种污泥混合作为接种污泥有望进一步加快ANAMMOX反应器的启动。ANAMMOX工艺在实际应用时,进水中不可避免有溶解氧(DO)的存在,进行脱氧处理会使成本能耗大大增加,不利于技术的进一步推广。因此探究ANAMMOX反应器带氧启动具有重要的现实意义。本研究采用UASB反应器,以厌氧反硝化污泥和好氧硝化污泥为接种污泥,在不对进水脱氧的条件下启动ANAMMOX反应器,考察反应器启动过程中的脱氮性能及ANAMMOX颗粒污泥形成过程中的形态特征,并利用高通量测序技术对ANAMMOX反应器中的微生物进行多样性分析,明
13、确优势菌门和主要功能菌属,以期为ANAMMOX反应器的快速启动及工程化应用提供借鉴。1材料与方法1.1试验装置与运行条件试验装置为有机玻璃制成的UASB反应器,如图1所示。有效容积为63 L,其中反应区容积38L,沉淀区容积25 L。反应器表面用黑色贴纸包裹,避免反应器内藻类增殖及光对AnAOB产生负面影响。通过恒温水浴循环系统控制温度为(32 1),通过调节进水流速控制水力停留时间(HRT)为24h。废水从反应器底部进入,从上端出水口排出。1.2接种污泥本试验接种污泥采用混合污泥,分别为合肥经开区某污水厂厌氧池厌氧污泥和氧化沟好氧污泥,两者以3 1的体积比混合。混合后MLSS的质量浓度为37
14、03 gL,MLVSS的质量浓度为1610 gL,(MLVSS)(MLSS)为4348。接种污泥总体积为24 L,占反应器有效容积的38。1.3试验用水试验采用模拟废水,主要水质指标如表1所示。NH4N和NO2N分别由(NH4)2SO4和NaNO2提供,浓度按需配制,其他组分包括:KHCO3500mgL,KH2PO4272 mgL,MgSO47H2O 300 mgL,CaCl22H2O180mgL,微量元素、投加量均为1mLL15,微量元素:EDTA和FeSO4均为5 gL;微量元素:EDTA 15 gL,ZnSO47H2O 043 gL,12345678910111进水桶2出水桶3水浴加热水
15、箱4蠕动泵5进水口6取样口7水浴加热进水口8水浴加热出水口9三相分离器10出水口11排气口图1USAB反应器示意Fig.1UASB reactor项目数值pH值7.20 7.80(NH4+-N)(mgL1)67.48 74.77(NO2-N)(mgL1)69.36 94.89(TN)(mgL1)141.59 174.79(DO)(mgL1)2.58 8.32表1模拟废水水质指标Tab.1Quality of simulated wastewater22CoCl26H2O 024 gL,MnCl24H2O 099 gL,H3BO30014 gL,CuSO45H2O 025 gL,NaMoO42H
16、2O022 gL,NiCl26H2O 019 gL,Na2SeO410H2O021 gL。1.4试验方法采用连续流方式培养,通过调节进水流速控制HRT为24 h,通过投加KHCO3控制进水pH值为720 780。启动前期(1 71 d),考虑到过高的NO2N质量浓度可能会对微生物产生毒害作用,故进水NH4N和NO2N的物质的量之比按1 1配制,NH4N的质量浓度为70 mgL。启动后期(72 99 d),保持进水NH4N质量浓度不变,将NO2N质量浓度提高至92 mgL,使得进水NH4N和NO2N的物质的量之比为1 132。每隔1 d采集反应器进出水水样,测定NH4N、NO2N、NO3N的质量
17、浓度,分析氮素去除情况,考察反应器运行过程中的脱氮效能。1.5分析方法NH4N采用纳氏试剂分光光度法,NO2N采用N(1萘基)乙二胺分光光度法,NO3N采用紫外分光光度法,MLSS及MLVSS采用重量法,pH值采用PHS3C型便携式pH计测定,DO采用LDO10101型便携式溶解氧仪测定。污泥粒径通过激光粒径分析仪测定。高通量测序委托某生物科技公司完成,以515F和806R为引物,利用IlluminaMiSeq测序平台对样品进行检测分析。2结果与讨论2.1启动期间氮素变化特征厌氧氨氧化反应器快速启动和稳定运行共历时99 d,整个过程经历了污泥适应期(阶段)、活性提高期(阶段)、稳定运行期(阶段
18、)3个阶段。启动过程中各氮素的变化情况见图2。阶段为污泥适应期(1 23 d),第1 5天反应器出水NH4N浓度高于进水,这是由于接种污泥中不能适应新环境的微生物发生自溶16,释放出NH4N,导致出水NH4N浓度高于进水,出水NH4N的最高质量浓度达7323 mgL。由于接种污泥中存在一些有机物,且溶菌过程中还会产生部分有机物,接种污泥中的反硝化菌会利用这些有机物和电子受体NO3N或NO2N进行反硝化作用脱 氮,使 得 前5天NO2N的 平 均 去 除 率 高 达7360。第6 23天,反应器中有机质不断消耗孙鑫,薛同站,李卫华,等:厌氧氨氧化反应器的快速启动及脱氮性能研究 204060801
19、00时间d(NH4+-N)(mgL1)10075502501007550250阶段阶段阶段去除率(a)NH4+-N的变化 20406080100时间d(NO2-N)(mgL1)12090603001007550250进水出水去除率阶段阶段阶段去除率(b)NO2-N的变化 20406080100时间d(NO3-N)(mgL1)403020100进水出水阶段阶段阶段(c)NO3-N的变化 20406080100时间d(TN)(mgL1)200150100500100806040200进水出水去除率阶段阶段阶段去除率(d)TN的变化图2反应器启动过程中氮素的变化Fig.2Changes of nit
20、rogen during the start-up period ofthe reactor去除率出水进水23工业用水与废水INDUSTRIAL WATER WASTEWATERVol53No6Dec.,2022而浓度减少,反硝化作用开始减弱,NO2N的去除率开始下降,出水中NO2N浓度快速上升,NH4N浓度逐渐降低。到第23天时,出水NH4N的质量浓度为5936 mgL,去除率为1203,NO2N的质量浓度为6353mgL,去除率为1463,TN去除率仅为969,NO3N的出水浓度一直处于低水平且未出现明显升高。说明此阶段基本无ANAMMOX反应,氨化反应和反硝化反应是反应器内的主导反应。阶
21、 段为 活 性 提 高 期(24 81 d),此 阶 段NH4N和NO2N开始出现同步去除,并且随着NH4N和NO2N去除率的升高,NO3N的生成量逐渐增加,说明此阶段反硝化作用减弱,已经出现ANAMMOX反应。启动前期考虑到过高浓度的NO2N可能会对微生物产生毒害作用,故进水NH4N和NO2N的物质的量之比采用1 1。值得一提的是,因使用自来水配水且未进行脱氧处理,进水中部分NO2N被氧化成NO3N,故进水中含有少量NO3N。第63 71天时,NO2N的平均去除率已达9875,而NH4N的平均去除率仅为8436,TN去除率为7625。为了进一步提高NH4N和TN去除率,在第72天将进水NO2
22、N质量浓度提高到93 mgL,使进水NH4N和NO2N的物质的量之比为1 132。第73天以后,NH4N去除率显著提高,到第77天,NH4N和NO2N的去除率分别达到9227和9870,TN去除率为8012,表明ANAMMOX反应已占据主导,反应器启动成功。阶段为稳定运行期(78 99 d),NH4N和NO2N能同步高效去除,NH4N去除量、NO2N去除量、NO3N生成量成一定比例。出水NH4N和NO2N浓度保持在极低水平,此阶段两者的平均去除率分别为9700和9858。出水TN平均质 量 浓 度 为3177 mgL,其 中 主 要 为NO3N,NO3N平均质量浓度为2824 mgL,TN平均
23、去除率达8157,TN去除负荷达014 g(Ld)。说明该ANAMMOX反应器能够稳定运行,对氮素的去除效果良好。2.2启动过程中化学计量比的变化ANAMMOX反应的一个重要标志是三氮的化学计量比17。NH4N、NO2N和NO3N的理论物质的量的变化之比为1 132 026,即n(NO2N)n(NH4N)和n(NO3N)n(NH4N)分 别 为132和02618。实际运行情况往往与该理论值不符,主要受接种物、进水水质、运行条件等影响,研究结果各不相同。反应器启动过程中化学计量比的变化情况如图3所示。从图3可以看出,在阶段中,n(NO2N)n(NH4N)和n(NO3N)n(NH4N)的比值波动较
24、大,前5天甚至出现负值,这是因为启动初期微生物发生了溶胞作用释放NH4N,这使得反应器出水的NH4N浓度不减反增。第6 23天,n(NO2N)n(NH4N)的比值远大于132,而n(NO3N)n(NH4N)的比值也大于026,这一方面是因为此阶段反硝化菌利用死亡细胞自溶所产生的有机碳源进行反硝化作用,NO2N被大量去除,另一方面是因为进水中携带DO进入反应器使一部分NH4N和NO2N在硝化细菌作用下产生了NO3N。在阶段中,n(NO2N)n(NH4N)和n(NO3N)n(NH4N)波动逐渐减小,第36天后,两组比值基本趋于稳定,说明随着ANAMMOX作用增强,其他作用减弱,ANAMMOX反应占
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 厌氧氨 氧化 反应器 快速 启动 性能 研究 孙鑫
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。