在序批式反应器中使用反硝酸聚磷生物同时去除氮和磷外文翻译资料

 2022-11-03 19:01:05

英语原文共 6 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

在序批式反应器中使用反硝酸聚磷生物同时去除氮和磷

摘要

在这个研究中，一个在序批式反应器中进行的厌氧过程（被称为AOA过程），其目的是同时消除废水中的氮和磷。当补充一定量的碳源（在反应器中为40mg-C / L）以抑制需氧磷酸盐吸收时，AOA过程可以稳定操作超过一年。氮和磷的平均消除率分别是83％和92％。结果表明，能够利用亚硝酸盐作为电子受体聚合磷酸生物（PAO），就是所谓的反硝化聚磷酸生物（DNPAOs），能够应用于AOA过程中。此外，缺氧磷酸盐摄取率（PUR）与有氧PUR（缺氧/有氧PUR比）的比率，表明了DNPAOs在总PAOs中的分数，也能够被实验评估出来。结果表明AOA过程具有比常规A2O（厌氧/缺氧/需氧）和AO（厌氧/需氧）过程大得多的缺氧/有氧PUR比率。结论是：当在有氧条件开始时提供合适量的碳底物时，AOA过程能够让DNAPOs在序批式反应器中同时去除氮和磷起到积极作用。

关键词：增强生物除磷（EBPR）; 厌氧/需氧/缺氧（AOA）过程; 反硝化磷酸盐蓄积生物（DNPAOs）; 序批式反应器（SBR）

1.介绍

序批式反应器，就是所谓的一边填充的和一边提取的反应器，在单个反应器中及时的进行分离操作条件。与连续流动的活性污泥系统不同，它的各种生物反应都可以在相同的反应器中切换。在序批式反应器中，不需要使用澄清池和流量均衡罐等设备。因此，序批式设备和运营管理成本远低于连续流动活性污泥系统。其次，序批式拥有更易于改变操作条件的优点，例如循环时间和流动速率。因此序批式反应器被认为是很高效的反应器之一，特别是对于小型废水处理厂。然而，序批式反应器还没有应用于同时脱氮除磷工程中，例如传统的使用聚磷酸盐菌的A2O（厌氧/缺氧/有氧）过程，硝化和反硝化过程。因为在这个过程中需要含有硝酸盐和亚硝酸盐的液体的循环，如果在缺氧条件下没有任何碳底物可以实现反硝化，那么液体从需氧到缺氧阶段的循环是不必要的，既可以省去时间和成本。因而氮和磷可以在单个序批式反应器中被除去。为了实现这一过程，我们于是提出了在序批式反应器中使用反硝化聚磷菌（DNPAO）。同样的，序批式污水处理工艺也不可避免的存在着一些不足。首先，大部分工艺采用的是间歇式进水和间歇式排水，这样在实际连续处理时，就需要在几个反应器之间来回切换；第二，反应器的环境边界变化范围广，造成了优势菌属生化反应的滞后；第三，脱氮和除磷过程在同一反应器中，而又由不同功能菌实现，相互之间难免会产生一定的影响，干扰处理效果，虽然有一些缺点，但是序批式反应器的应用前景还是很广阔的。

基于负责增强生物除磷（EBPR）效果的代谢转化，DNPAOs具有与PAO类似的代谢特征。通过与PAO类似的方式，DNPAO吸收外部碳源并在厌氧条件下将其存储为聚羟基链烷酸酯（PHA）于细胞中。然而，它们可以利用亚硝酸盐或硝酸盐代替氧气来作为电子受体，在缺氧条件下可以在没有任何碳源的条件下除去污水中的磷酸盐。为了能够利用DNPAO这种能够在序批式反应器中中同时进行脱氮除磷的特性，我们提出厌氧/有氧/缺氧（AOA）过程。在这个过程中，缺氧条件下吸磷和反硝化过程可以在没有碳源的缺氧条件下在序批式反应器中同时进行，因为在需氧条件下吸收磷需要电子受体，一般是以氧气为电子受体，但是也可以以硝酸盐为电子受体，再吸收磷酸盐以硝酸盐为受体同时进行反硝化，将硝酸盐转化为氮气，同时完成脱氮除磷。

大多数DNPAO都能够利用氧气和硝酸盐作为电子受体。因此，即使DNPAO在AOA过程中占主导地位，硝化曝气可以允许使用氧气作为电子受体的DNPAO吸收磷酸盐，这就导致在随后的缺氧条件下使用硝酸盐作为电子受体的吸收磷酸盐非常的有限。考虑到DNPAO的代谢生理特征，所以在需氧条件下开始时，外部可以通过供应一定量的碳源来抑制需氧吸收磷酸盐过程。因此，在有氧条件开始时评估补充碳源的量和了解AOA过程稳定运行的最佳条件是非常重要的。AOA过程的稳定运行的有关条件包括初始的碳源量，还有过程的pH值等相关条件。碳源的量会直接影响到污水中硝酸盐和磷酸盐的处理效率。本研究使用SBR和污泥中的DNPAO分数来精确评估AOA工艺中的脱氮除磷的效率，两者都取决于在有氧条件开始时加入的碳源的量的多少。

2.材料和方法

2.1序批式反应器操作

厌氧/有氧/缺氧（AOA）过程使用具有2L工作体积的序批式反应器来操作。SBR以8小时为一个周期的循环运行，由15分钟的填充阶段，90分钟的厌氧阶段，90分钟的需氧阶段，195分钟的缺氧阶段，65分钟的沉淀阶段和25分钟的抽出阶段组成。考虑到DNPAOs的代谢特征，在需氧条件开始时要补充一定量的碳源（乙酸钠，20-40mg-C / L）以暂时抑制需氧吸收磷酸盐。流入和流出体积均为1升，维持水力停留时间（HRT）为16小时。在缺氧条件结束时，取出多余的污泥，污泥保留时间（SRT）维持在15-25天。使用从有效去除营养物质的当地市政污水处理厂的有氧池获得的活性污泥作为SBR操作的接种污泥。具有以下组成的合成废水作为培养液：384.4mg乙酸钠（300 mg / L作为COD基准）每升溶液，49.4mg磷酸二氢钾（11mg/L作为磷酸盐态磷基准）每升溶液，140mg/L硫酸胺（30mg/L作为铵态氮基准）每升溶液，14mg二水氯化钙每升溶液，90mg七水硫酸镁每升溶液，0.3ml营养液每升溶液。每升营养液含有以下化合物：1.5g六水氯化铁每升溶液，0.15g硼酸每升溶液，0.03g五水硫酸铜每升溶液，0.18g碘化钾每升溶液，0.12g四水氯化锰每升溶液，0.06g二水钼酸钠每升溶液，0.12g七水硫酸锌每升溶液，0.15g六水氯化钴每升溶液和10g乙二胺四乙酸每升溶液。

图1.AOA过程中的SBR操作周期。

2.2污泥磷酸盐摄取率的测定

在厌氧条件结束时取出的活性污泥分别进入两个间歇反应器。一个暴露于有氧条件，另一个暴露于缺氧条件（使用氮气并在反应器中加入15mg-N / L 硝酸钠）。从描述磷酸盐浓度线性下降的线的斜率估算磷酸盐摄取率（PUR）。使用缺氧PUR与好氧PUR（缺氧/需氧PUR比）的比例作为反映DNPAOs分数的指标

2.3分析方法

磷和混合液悬浮固体（MLSS）的分析按照标准方法进行。使用装有阴离子柱（IC-Anion-PW，Tosoh，Japan）和紫外检测器（UV-8011，Tosoh，Japan）的高效液相色谱（HPLC）测定硝酸盐和亚硝酸盐浓度。使用自动TOC分析仪（TOC-5000，Shimadzu，Japan）测量总有机碳（TOC）。 用离子色谱仪（DX-120，Dionex，USA配备阴离子柱（CS10，Dionex，USA））测量氨。

3.结果和评论

3.1AOA过程中磷和氮的去除

AOA过程运行了大约一年，图2显示了磷，氮和MLSS浓度的时间过程。检查了在有氧条件开始时供应的碳源的量对磷和氮的去除效率的影响。在需氧条件开始时供应20-30 mg-C / L TOC，好氧磷摄取没有被抑制。当提供的TOC在第32天增加到45mg-C / L时，好氧磷酸盐摄取被充分抑制，但硝化也被抑制。因为没有用于缺氧磷酸盐摄取的电子受体。 因此，再次释放磷酸盐，导致除磷效率降低。在第34天，供应的TOC降低到40mg-C / L。结果，需氧磷摄取被抑制并且硝化恢复。因此，脱氮除磷效率很稳定。由于认为低硝化率是由少量的硝化生物引起的，所以从第60天开始排出的污泥量也在25天左右才能控制SRT。

由于认为有氧磷酸盐吸收的抑制是由微生物种群的变化以及碳底物的量的变化引起的，所以在第89天将供应的TOC转换为20mg-C / L。结果，硝态氮浓度在有氧条件结束时有所增加，但是在厌氧条件下的磷酸盐的摄取却不足。据指出，尽管在长时间操作AOA过程中，DNPAOs的数量可能会增加，但必须连续补充一定量的（40 mg·C / L）碳源以抑制需氧磷酸盐摄取。在第104天，由于意外造成了在好氧条件下大量污泥流出。因此，MLSS大幅度下降，SRT在104天至129天不能控制。在第130天，SRT转为15天。短期SRT导致在有氧条件开始时每MLSS的碳源量增加。结果，在第146天，好氧条件结束时的磷酸盐浓度超过20mg-P / L。之后，AOA工艺稳定运行300天以上。这一期间的脱氮和除磷效率分别为83％和92％。从第69天起，NOX-在有氧条件仅由NO2- 组成。迄今为止，亚硝酸盐对缺氧磷酸盐摄取的影响尚未完全阐明。 Kerrn-Jespersen等报道亚硝酸盐的存在对缺氧磷酸盐摄取是不利的。Mein-hold等 发现暴露于高浓度的亚硝酸盐（高于8mg / L）抑制了缺氧磷酸盐摄取，但是低浓度的亚硝酸盐却没有抑制。Ahn等人表明，在大部分亚硝酸盐浓度范围内（20-40 mg / L）维持了缺氧磷酸盐摄取的活性，Lee等人还发现，至少10mg / L亚硝酸盐不抑制缺氧磷酸盐摄取。在这项研究中，有氧条件后的亚硝态氮约为20 mg / L，而在随后的缺氧条件下，充分发生脱氮和磷酸盐的摄取。这些结果表明，亚硝酸盐可用于AOA工艺中的缺氧磷酸盐摄取，其中能够利用氧气作为电子受体的称为PAO，而能够利用亚硝酸盐作为电子受体的PAO，称为DNPAO。同时，亚硝酸的浓度对AOA过程有非常重要的影响。我们进行了另一个实验作为对照，在该实验过程中没有添加任何的碳源。因此，在需氧条件下磷吸收几乎完成，除磷效率达到了83％。然而，除氮效率低至34％。这是因为DNPAO在缺氧条件下应用的磷酸盐已经在有氧条件下被PAO消耗。所以导致DNPAO无法将硝酸盐作为电子受体，完成反硝化作用，所以除氮的效率变得非常低。

图2.（a）磷，（b）氮和（c）MOAs浓度的时间过程，AOA过程中的SRT。

3.2一个循环AOA过程中污水水质的改变

在SBR中，通过一个周期观察浓度分布对于了解生化反应和确定切换时间的最佳条件是有用的。图4显示了在第76天负责生物营养物去除和pH的相关材料的典型转化。在AOA过程的一个循环期间观察到pH值的动态变化。主要是由于磷酸盐被DPB释放出来了，在厌氧条件下刚开始时可以观察到pH值的急剧下降。在厌氧条件开始时pH值迅速增加，主要是由于补充了乙酸钠作为碳源和磷酸盐被微生物摄取。随后在需氧条件下pH的降低主要是由于发生了硝化反应。在缺氧条件开始时，由于缺氧时磷酸盐的摄取和脱氮作用，可以观察到pH值的急剧增加。pH增加并达到相对恒定值的时刻标志着磷酸盐的摄取和反硝化的结束。这些图表与上次报告的结果一致。因此，监测pH曲线将有可能确定磷酸盐释放，氨转化和磷酸盐摄取的结束，因此可用作实时的控制参数用来调节保留时间。通过检测和观察pH值的大小和变化来推断脱氮除磷过程的进度。

图3通过AOA过程转化水质，不加任何碳物质。 图4在AOA过程的一个周期内，水质的典型转换（第76天）。

3.3DNPAO对总PAOs的分数

使用缺氧磷酸盐摄取率与需氧PUR（缺氧/需氧PUR比）的比值作为反映DNPAO分数的指标，据报告，负责除磷的微生物由两个不同的群体组成。（A）仅在有氧条件下才能积聚聚磷的PAO和（B）在有氧和缺氧条件下可以积聚聚磷的PAO。在这些人口中，类型（B）PAO对应于DNPAO。假设PAO的PUR是恒定的，不管电子受体的种类如何，都可获得以下相关关系。

有氧磷酸盐摄取的活性= [类型（A）PAOs的活动] [DNPAOs的活动]

缺氧磷酸盐摄取的活性= [DNPAOs的活性]

因此，缺氧/有氧PUR比率表示DNPAO相对于总PAO的分数。图5显示磷酸盐摄取率和磷酸盐摄取率的比例。 在第0天有氧和缺氧条件下的PURs分别为7.84和1.68 mg-P / g-MLVSS / h，因此缺氧/有氧PUR为21％。 在第0天，我们测量了从应用A2O工艺的全面污水处理厂直接转移的污泥的缺氧/有氧PUR。因此，该值（21％）代表A2O过程的缺氧/有氧PUR（图5）。另一方面，我们使用实验室规模的SBR测量了从AO工艺转移的污泥的缺氧/需氧PUR。结果，AO工艺的缺氧/有氧PUR估计为13％。在AOA方法运行后充分抑制需氧磷酸盐摄取400天后，需氧和缺氧条件下的PURs分别为21.3和9.35 mg-P / g-MLVSS / h，因此缺氧/需氧PUR为44％。他能够创造的价值远远大于使用SBR（13％）和A2O工艺（21％）的经典AO工艺。该结果表明，对于在AOA过程中收集DNPAO，好氧磷酸盐摄取的抑制是非常重要的。

图5有氧和缺氧条件下磷酸盐摄取率。

图6.在有氧条件（b）开始时补充40mg-C / L TOC时，通过改变补充的TOC（a）的量和SRT的长度，使缺氧/好氧PUR比率相关。

3.4PUR比和碳底物在有氧条件开始时的关系

图6显示了在有氧条件开始时补充40 mg-C / L TOC时，缺氧/需氧PUR比与补充TOC量的关系（图6a）和SRT的长度（图6b）。如图6a所示，缺氧/有氧PUR比与有氧条件开始时补充TOC的量相关。结果表明，在有氧磷酸盐吸收被充分抑制并进行硝化的范围内，在需氧条件开始时提供碳底物，可保持DNPAO的活性，PUR比值增加。如图6b所示，在有氧条件开始时补充40mg-C / L TOC时，PUR比和SRT之间也存在很强的相关性。由于DNPAO的生长产量低，认为SRT显著影响DNPAOs的活性和缺氧/有氧PUR比。因此，得出结论，额外添加适量的碳底物和长SRT是AOA方法保留大量DNPAO，可以在单个反应器中同时除去氮和磷。一般来说，从低COD / N比废水中同时去除氮和磷难以实现。在本研究中，利用DNPAO的AOA方法应用于COD / N比低至10的合成废水。因此，成功地证明了氮和磷的高去除效率

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[140971]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章