磁性顆粒誘導厭氧氨氧化菌富集及自營養脫氮體系快速啟動研究.pdf

1、氮元素是污染水體的主要元素之一，廢水脫氮處理可有效防止水體富營養化。傳統的硝化反硝化工藝中的硝化過程需要曝氣供氧，低有機物濃度廢水在反硝化過程需外加碳源，這些都增加了此工藝的能耗與處理成本。厭氧氨氧化反應的發現，為高效低耗的生物脫氮工藝奠定了基礎。厭氧氨氧化菌以二氧化碳作為碳源，以亞硝酸鹽作為電子受體將氨氮氧化，這極大的降低了污水廠的曝氣與碳源投加成本。但厭氧氨氧化菌的世代周期較長，對生存環境要求苛刻，導致厭氧氨氧化技術推廣緩慢。

2、>　　本課題針對厭氧氨氧化工藝啟動較慢的問題，探究了投加磁性材料溶液中磁場的分布規律，并以此為基礎制備出改進型磁性顆粒。利用溶液中磁性顆粒的磁場誘導厭氧氨氧化菌富集，促進氨氧化菌（AOB）與厭氧氨氧化菌的耦合，開展自營養脫氮體系的快速啟動研究。取得主要研究成果如下：
　　通過容器外安裝磁鐵等方式形成的外加磁場，反應器內的磁場強度分布不夠均勻，磁場強度隨測試點與磁場源的距離增加而快速衰減；將磁場源以磁粉方式加入溶液中，能有效提升反應

3、器內磁場分布的均勻性。容器內投加Fe3O4（11.68~54.97um粒徑）、Fe3O4（20nm粒徑）、鐵鈷鎳(178 um粒徑)三種磁粉時，其內平均磁場強度均隨投加磁粉質量（20~120g/L）的增加而增加。同等投加質量條件下，三種磁粉產生的磁場強度在溶液中均有所下降。Fe3O4（11.68~54.97um粒徑）磁粉產生的磁場強度高于Fe3O4（20nm粒徑）磁粉產生的磁場強度小于鐵鈷鎳磁粉產生的磁場強度，但鐵鈷鎳磁粉在水中易被氧化

4、而引起磁場強度的下降。因此Fe3O4（11.68~54.97um粒徑）磁粉更適于作為反應器內加磁場源材料。試驗中嘗試采用Fe3O4（11.68~54.97um粒徑）磁粉、水泥等材料制備粒徑1mm~2mm的磁性顆粒，制備的磁性顆?？蛇M一步提高反應器內的磁場強度，磁性顆粒相較于磁粉具有更高的比表面積，有利于微生物的富集，也大大減少了磁性材料的流失。
　　研究了在磁性顆粒誘導下不同磁場強度對厭氧氨氧化菌富集規律。將六組不同質量的磁性顆粒

5、置于改裝的小試裝置中，形成的磁場強度依次為：0.00mT、0.30mT、0.60mT、0.78mT、0.95mT、1.10mT。經過60天的厭氧小試培養后，檢測進水36h后水質的變化。結果表明，當磁場強度為0.78mT時總氮去除效果最佳，容積負荷為0.304kg/m3· d。磁場強度增加至0.95mT、1.10mT時，容積負荷下降至為0.26kg/m3·d。
　　采用對比小試方式研究了不同磁場強度、接種污泥與進水氨氮濃度條件下，厭

6、氧氨氧化菌的富集規律。研究發現，運行穩定后厭氧反應器內磁場強度在0.30mT~0.78mT范圍內總氮去除率得到提升。當反應器內磁場強度分別為0.78mT、0.95mT、1.10mT時，分別接種硝化污泥與反硝化污泥進行厭氧氨氧化菌富集對比試驗，發現接種反硝化污泥反應器的氨氮去除效果略優于接種硝化污泥的反應器。在反應器接種反硝化污泥且其磁場強度分別為0.78mT、0.95mT、1.10mT的條件下，研究了氨氮濃度為20~45mg/L、50~

7、75mg/L時對厭氧氨氧化菌富集的影響，研究發現高氨氮進水反應器的生成硝態氮與去除氨氮之比較接近以厭氧氨氧化反應為主導時的理論值。
　　試驗中采用序批式反應器研究了自營養脫氮反應器的啟動規律。研究發現采用厭氧氨氧化菌富集污泥與反硝化污泥混合接種方式相較于單純接種反硝化污泥方式能更快速啟動自營養脫氮反應器，且其總氮去除能力更優。pH值為8.5~8.9時會抑制厭氧氨氧化菌的活性，引起反應器亞硝態氮的積累。自營養脫氮反應器的最優溶解氧濃

8、度是0.5~0.9mg/L。溶解氧濃度過低會抑制鹽硝酸鹽氧化菌的活性，使得反應器內亞硝酸鹽不足，抑制厭氧氨氧化反應。溶解氧過高會抑制厭氧按氧化菌的活性，同樣會影響到厭氧氨氧化反應。
　　對不同階段且不同培養條件下的污泥進行分子生物學試驗研究發現：1）接種的硝化污泥和反硝化污泥的相似性達到55.3％，通過兩個月的厭氧運行相似性下降至27.7%；2）通過PCA分析圖看出，培養條件相近其微生物種群的相似性也較高；3）接種污泥在厭氧條件下