分段进水多级AO复合曝气生物滤池同步脱氮去除苯酚研究

分段进水多级A/O复合曝气生物滤池同步脱氮去除苯酚研究苯酚在许多含氮废水中广泛存在,因此同时去除废水中氨氮和苯酚十分必要。然而由于苯酚对微生物,尤其是硝化菌具有显著的毒性抑制作用,传统生物处理工艺很难实现高效脱氮除酚效果。因此开发基于污水同步脱氮除酚新工艺具有重要意义。为此,本研究提出了一种分段进水多级A/O-BAF新工艺处理含氮含苯酚废水。该工艺结合了分段进水A/O工艺和曝气生物滤池的优点,利用滤池内部自然形成的好氧区和缺氧区完成硝化和反硝化,苯酚在缺氧区内为反硝化菌提供碳源并发生去除,剩余苯酚则在好氧区内进行生物降解,从而实现对废水中的氨氮和苯酚的同步去除。本研究采用葡萄糖为进水底物的反应系统,通过逐步增加苯酚浓度的方式快速启动脱氮除酚反应器,并在长期运行条件下对工艺中进水流量分配比等关键参数进行优化,考察了不同进水氨氮和苯酚浓度时系统的处理效率,分析了不同进水流量比和苯酚浓度时系统各段沿程出水水质变化,确定了工艺的最佳运行参数。利用紫外-可见光谱(UV-Vis)、红外光谱(FT-IR)和三维荧光光谱(3D-EEM)表征技术对水质成分进行分析,并采用EPS组分分析与高通量测序技术进一步揭示系统生物膜特性及脱氮除酚分子生物学机制,以期为今后该工艺的实际工程应用提供设计与运行提供理论基础。本研究所取得的主要结论如下:(1)通过逐步投加苯酚代替葡萄糖单一碳源的方式,采用分段进水多级A/O-BAF系统实现快速启动。长期运行结果表明:进水流量配比对系统COD和苯酚的去除效果影响甚微,然而对系统脱氮效果影响十分显著。当三段BAF在进水流量比为4:3.5:2.5时脱氮除酚效果最优,总氮去除率可达80.3%,氨氮、苯酚和COD去除率分别可达99.5%、99.9%和99.5%。进水苯酚浓度对系统脱氮效果影响显著,当进水苯酚浓度在126mg/L到420mg/L之间时,系统出水总氮浓度可控制在在15mg/L以下;而当进水苯酚浓度在420mg/L以上时,苯酚会对系统硝化反应产生抑制;当进水苯酚浓度在120mg/L以下时,由于碳源不足会抑制反硝化反应的正常进行;当进水苯酚浓度达到756mg/L时,出水中会有大量苯酚流出;系统实现脱氮除酚最佳进水条件为:苯酚和COD浓度为336mg/L和800mg/L,此时总氮去除率可达84.1%左右。系统对高氨氮废水处理不理想,主要是由于进水过低碳氮比导致。随着反应器进水苯酚浓度从168mg/L升高到756mg/L时,反应器各段总生物量增加,但EPS中蛋白质和多糖分泌被严重抑制;系统各段好氧区中EPS含量均高于缺氧区;蛋白质含量显著高于多糖,多糖主要分布在TB-EPS中,蛋白质在三层EPS中分布较为均匀。(2)不同进水苯酚浓度系统处理出水进行傅里叶变换红外光谱和紫外-可见光谱扫描发现:反应器在进水苯酚浓度为168mg/L时,系统各段出水均无苯酚流出;反应器进水苯酚浓度上升为504mg/L时,系统各段好氧区出水均无苯酚流出,而系统各段缺氧区出水有大量苯酚残留,表明系统具有较强的苯酚抗冲击负荷能力。三维荧光光谱扫描结果表明:在反应器进水苯酚浓度高达756mg/L时,系统各段好氧区和缺氧区出水中均含有大量苯酚和芳香族蛋白类物质的存在。(3)对反应器进水苯酚低浓度(168mg/L)和高浓度(756mg/L)时的两次高通量测序表明:物种丰度和多样性指数随苯酚浓度的升高而增大,且缺氧区的物种丰度和多样性指数较好氧区高。各区段内占比较高的菌门均为变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门。而微生物群落结构受苯酚浓度影响显著,反应器进水苯酚浓度为168mg/L时,γ-变形菌纲、黄杆菌纲、Bacilli纲、梭状芽胞杆菌纲和β-变形菌纲在系统各段占比较高;反应器进水苯酚浓度为756mg/L时,β-变形菌纲、γ-变形菌纲、δ-变形菌纲、梭状芽胞杆菌纲、拟杆菌纲、变形菌纲、α-变形杆菌纲和厌氧绳菌纲在系统各段占比较高;反应器进水苯酚浓度为168mg/L时,系统各区段优势菌属主要为不动杆菌属、假单胞菌属、黄金杆菌属和芽孢杆菌属,梭状芽胞杆菌、绿硫菌属、长绳菌属和嗜碱菌属为各缺氧区的优势菌属,而希灭氏菌属和假黄色单胞菌属为各好氧区的优势菌属;反应器进水苯酚浓度为756mg/L时,系统各区段优势菌属则为丝硫细菌属、噬氢菌属、和弓形菌属,而甲烷丝菌、Syntrophorhabdus和Pelotomac