为了克服这些问题,一项新的多点进水策略被开发出来。Puñal等[9]的报告中说,多点进水反应器相比单点进水的厌氧产甲烷反应器,在COD去除、水力状况和反应器本体中的污泥分布方面表现出优越的性能。此外,多点进水厌氧过滤器相比单点进水过滤器,在COD去除率和耐水力负荷冲击的稳定性方面更加有效[10]。然而,就我们所掌握的知识而言,还没有涉及到多点进水厌氧氨氧化UASB反应器的性能。
本研究的目的在于调查:(1)多点和单点进水的UASB反应器在不同进水基质浓度和HRT下,厌氧氨氧化工艺的性能,(2)基质去除动力,(3)对瞬时冲击的稳定性,(4)两个UASB反应器的颗粒污泥特性。
2.方法
2.1 模拟废水和接种污泥
铵盐和亚硝酸盐按照氮摩尔比1:1,分别以(NH4)2SO4和NaNO2的形式加入到矿质培养基中。矿质培养基的组成报于在Jin等[11]。接种的污泥是从高效率的厌氧氨氧化反应器中获得的颗粒污泥,平均NRR为9.34 kg N m-3 d-1,平均比污泥活性(SAA)为1.62 mg TN g-1 VSS h-1。反应器接种物中,悬浮固体(SS)和挥发性悬浮固体(VSS)分别为30.9和20.9g L-1。
2.2 实验方法
实验工作进行在两个完全相同的1.0L(工作容积)实验室规模多点和单点进水UASB反应器(表示为R1和R0)中,内部直径50mm,高度390mm(图1)。反应器放置于一个温度在35±1°C的恒温室内,覆盖黑布以免光线抑制。四个进水口从反应器最高点以相同的间隔纵向向下分布。R0的进水口位于最低端,而对于R1,从两个较低端口进水,每个进水口进水为总进水的一半。
2.3 启动和操作
在初始阶段,两个反应器平行操作,HRT为0.88h,进水氨氮浓度(NH4+-Ninf)280mg L-1,氮负荷(NLR)为15.2kg N m-3 day-1。大约运行一个月后,R0和R1的SAAs分别是1.5和1.74 mg TN g-1 VSS h-1,t-检验显示它们的性能没有显著差异(p > 0.01)。启动阶段符合要求,污水中出水氮浓度常数(±5%)表明反应器运转到了一个伪稳定的状态。然后将R1的进水方式由单点进水变为多点进水,如2.2节中所述。以下三个系列的试验旨在比较两个反应器的性能。第一系列中,固定NH4+-Ninf 浓度在210 mg L-1,将HRT逐步从2.06h降低到1.52 h。第二系列中,固定HRT为1.62 h,将NH4+-Ninf 从70mg L-1增加到 266 mg L-1。第三系列中,固定NH4+-Ninf为280 mg L-1,将HRT 突然从1.74h降低至0.87 h使R0和R1受2h的水力冲击,然后恢复HRT为1.74h,NH4+-Ninf突然从280增加至560 mg L-1使R0和R1受2h的基质冲击。超负荷运行阶段的最后,进水量或进水基质回到恒定水平。在进行下一冲击之前反应器需要达到出水总氮浓度在±5%以内变化的伪稳定状态。冲击试验后,后续稳定运行期持续大约30天,NLR为8.64±0.61 kg N m-3 day-1。从两反应器中污泥取样,按照浓度、SAA、血红素、EPS描绘其微生物特性。