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1、技术
2、人工快渗系统处理工艺1、引言人工快渗系统(ConstructedRapidInfiltration,CRI)兼具了污水快渗土地处理系统和人工构造湿地系统的优点,其基建投资少、工艺操作简便、运营成本低,特别适合中小城镇生活污水、受污染地表水、分散污水及市政管网尚未覆盖的边远地区污水的处理。然而随着有机物的逐级降解,CRI系统后续反硝化段C/N值偏低,总氮去除率仅为10%~35%,不能达标排放,限制了其进一步推广应用。目前,CRI系统强化脱氮研究多集中在添加碳源、优化填料结构、分段进水等方面,由于这些方法仍然依赖于传统硝化反硝化过程,随着碳源的消耗和反硝化菌活性的降低,系统长期运行的
3、效果并不理想,且在实际运行中由于操作复杂、稳定性差而难以应用。因此,如何实现CRI系统高效低耗脱氮成为其应用推广的技术难点和研究热点。近年来,短程硝化反硝化工艺突破了传统反硝化对碳源的限制,整个脱氮过程经NH4+-N→NO2--N→N2完成,具有反应历时短、耗氧量低、节约碳源等优势,为生物处理低C/N值废水提供了新途径。短程硝化作为该工艺的起始步骤,保持较高的亚硝氮积累率对最终脱氮效能的提升至关重要。目前,国内外学者通过对DO、温度、pH、水力停留时间、游离氨等单因素或多因素联合控制实现了SBR、..A/O、MBR、ABR等工艺的短程硝化，但是针对CRI系统内短程硝化发生机理和调控方法
4、的研究尚未见报道。由于CRI系统内基质处于非流动体系,进水条件随着填料深度的增加也随之发生变化,单纯依靠过程控制难以实现系统内亚硝氮的有效积累。此外,由于易受水质波动和环境条件改变的影响,上述方法仍存在过程控制复杂、亚硝化不稳定或效率低的问题。根据文献报道,一些化学物质如氯、氯酸盐、硫化物、羟胺、叠氮化钠等可对参与硝化反应的氨氧化菌(AmmoniaOxidationBacteria,AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NitriteOxidationBacteria,NOB)产生不同作用，通过控制适宜的抑制剂浓度可以选择性淘汰NOB而对AOB影响较小,因而可以作为快速启动短程硝化的控制因素。基于
5、此,从经济、简便、易行的角度出发,本研究选择羟胺(NH2OH)作为微生物活性抑制剂,探讨其对CRI系统内氮素转化的影响机制及形成亚硝氮积累的可行性,以期找到能快速启动CRI系统短程硝化的最适羟胺添加量与添加方式。同时,选择实际运行中较易控制且影响较为显著的进水pH值作为协同调控因子,考察能有效提高或稳定AOB亚硝化效果的最适pH范围,为实现CRI系统后续短程反硝化的高效脱氮提供基础,推进其在污水短程脱氮领域的应用。2、材料与方法2.1试验装置本试验所采用的CRI反应器如图1所示。装置采用PVC材料制作,柱高120cm,内径16cm。..填料高100cm,自上而下每隔20cm设置一处取水
6、口,内置滤布防止填料随水流出,另一侧每20cm填料段层间设置一处采土口。采用环形布水管均匀布水,可调流速泵和转子流量计调节进水量,继电器控制进水时间,试验期间控制温度(28±2)℃。图1试验装置示意图2.2试验进水与挂膜启动CRI系统采用接种挂膜启动,采用粒径分别为0.25~0.35mm、1.0~2.0mm、1.0~1.3mm的天然河砂、大理石砂、沸石砂及取自于成都某污水处理厂(A2/O工艺)二沉池的回流污泥按照质量比6:1:1:2均匀混入柱内。由于CRI系统采用干湿交替自然复氧并依靠重力推进水流动,本试验仅接种适量活性污泥的目的在于引入活性微生物的同时不会造成系统堵塞。试验进水采自某
7、大学化粪池的生活污水,通过自来水稀释或添加CH3COONa、NH4Cl、KH2PO4、KNO3等配制而成,主要水质指标COD、NH4+-N、NO2--N、NO3--N浓度范围分别为120~160、45~50、0.01~0.05、0.35~0.5mg·L-1,pH7.2~7.5。通过逐步提升水力负荷的方式启动CRI系统,每周期运行6h,湿干比1:4,每隔1d监测1次出水水质。经过45d后,CRI系统水力负荷达到1.0m·d-1,COD和NH4+-N去除率均稳定在75%以上、镜检生物相良好,系统趋于稳定,完成挂膜。2.3试验方案采用4组同等条件下启动的CRI系统,编号C1~C4,根据相关文
8、献(Kindaichietal,2004;Xuetal,2012)及前期预实验的结果,4个反应器每周期进水分别添加0.3~1...0mmol·L-1羟胺,每天运行结束时取水检测,当氨氮去除率和亚硝氮积累率趋于稳定后,停止投加羟胺继续运行若干周期观察氮素的变化,同时采集各阶段运行结束时不同深度范围内的填料,根据AOB和NOB的空间分布情况及活性,分析羟胺对两类功能菌的影响差异及原因,确定能有效抑制亚硝氮氧化的羟胺添加浓度范围。在最佳羟胺添加模式下
