Feammox系統(tǒng)內(nèi)氮素轉(zhuǎn)化途徑的研究

吳悅溪，曾薇，劉宏，李健敏，彭永臻

（北京工業(yè)大學(xué)城鎮(zhèn)污水深度處理與資源化利用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京100124）

引 言

為此，本文通過接種二沉池活性污泥啟動(dòng)Feammox，探究Feammox 系統(tǒng)中存在的氮轉(zhuǎn)化途徑。通過實(shí)驗(yàn)解析了在Fe(Ⅲ)存在情況下Feammox 與Anammox 協(xié)同作用，并探究了通過NDFO 實(shí)現(xiàn)Fe(Ⅲ)循環(huán)的可行性，為Feammox 在污水處理中的應(yīng)用提供新的理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

采用ASBR 反應(yīng)器（見圖1），由有機(jī)玻璃制成，呈圓柱體，內(nèi)徑為15 cm，高30 cm，總體積5.3 L，有效容積為4 L。采用時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)出水和攪拌及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)pH 和溶解氧系統(tǒng)，同時(shí)配備氮?dú)庖员ＷC反應(yīng)器處于無溶解氧狀態(tài)。外設(shè)夾層，利用水浴加熱控制溫度。為防止光對(duì)鐵細(xì)菌活性的影響，其外側(cè)用黑色避光布覆蓋。反應(yīng)器運(yùn)行條件：溫度控制在(32±1)℃；進(jìn)水pH 控制在7.4～7.6，水力停留時(shí)間為2 d，排水比為50%。為保證厭氧，進(jìn)水用高純氮曝氣30 min去除溶解氧。

1.2 批次實(shí)驗(yàn)

采用批次實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行Feammox 系統(tǒng)中氮循環(huán)途徑及其各部分貢獻(xiàn)率的研究。批次實(shí)驗(yàn)在有效容積為0.5 L 的反應(yīng)裝置中進(jìn)行，如圖2 所示。進(jìn)行批次實(shí)驗(yàn)時(shí)，反應(yīng)器中取出一定量體積污泥，并用蒸餾水清洗2～3 次后加入批次實(shí)驗(yàn)裝置中，其他環(huán)境條件與ASBR 相同。實(shí)驗(yàn)過程采用磁力攪拌器使微生物與底物充分混合，轉(zhuǎn)速為160～200 r/min。pH 探頭、取樣管等由瓶口伸入。實(shí)驗(yàn)開始前向裝置中通入氮?dú)?0 min，以保證反應(yīng)系統(tǒng)中維持厭氧環(huán)境。

表1 氧化還原反應(yīng)式標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化Table 1 ΔGθ of probable redox reaction

圖1 ASBR反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Schematic diagram of ASBR reactor

圖2 批次實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.2 Experimental device for batch tests

1.3 接種污泥以及實(shí)驗(yàn)用水

接種污泥取自北京市某污水處理廠二沉池，MLSS/MLVSS=0.5，采用人工模擬廢水，其中微量元素取1 ml/L，主要成分見表2、表3。其中Fe(Ⅲ)是以FeCl3的形式單獨(dú)投加到反應(yīng)器中，微量元素以1 ml/L投加到模擬廢水中。

表2 模擬廢水成分（Ⅰ）Table 2 Simulating wastewater composition（Ⅰ）

表3 模擬廢水成分（Ⅱ）Table 3 Simulating wastewater composition（Ⅱ）

1.4 分析方法

2 結(jié)果與討論

2.1 Feammox馴化及富集培養(yǎng)

圖3 Feammox反應(yīng)器進(jìn)出水氮素及鐵形態(tài)動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Nitrogen and iron transformation in Feammox reaction

2.2 典型周期內(nèi)氮、鐵元素轉(zhuǎn)化特性

圖4 典型周期內(nèi)氮、鐵元素轉(zhuǎn)化特性Fig.4 Transformation characteristics of nitrogen and iron in typical cycles

圖5 N-Fe循環(huán)途徑Fig.5 Circulation way of N-Fe

2.3 Anammox與Feammox的協(xié)同作用

圖6 Anammox驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)Fig.6 Anammox validation test

2.4 Feammox過程中的NDFO現(xiàn)象

圖7 NDFO驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)Fig.7 NDFO validation test

2.5 Feammox的影響因素分析

圖8 Feammox各指標(biāo)相關(guān)性Fig.8 Correlation analyses of each index in Feammox reaction

3 結(jié) 論

(2)通過厭氧氨氧化驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)以及鐵鹽反硝化的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)可知，F(xiàn)eammox 系統(tǒng)是由Feammox、Anammox、NDFO 多種反應(yīng)協(xié)同進(jìn)行，但Feammox 為主導(dǎo)。