人工快速渗滤系统短程硝化反硝化脱氮效能及机制

The lack of carbon and shorter retention time of NO3- make nitrogen removal efficiency of Constructed Rapid Infiltration（CRI）system low. Short-cut nitrification and denitrification process has a distinct advantage for denitrification. CRI system would have high denitrification efficiency, simple denitrification process and low investment if the short-cut nitrification and denitrification process is applied in CRI system. But it has not been reported yet at home and abroad. To improve the denitrification efficiency of CRI system, the CRI pilot scale system was built to carry out denitrification experiment. Effects of environmental factors(temperature, pH, ratio of wet and dry, ammonia nitrogen load, organic load, hydraulic load) on accumulation of NO2- in the aerobic section were studied, and the optimality condition for the accumulation of NO2- was searched. On that basis, effects of environmental factors(C/N, pH, temperature and hydraulic loading) on denitrification -in the anoxic section were studied, and the optimality condition for the denitrification was searched. At last, through analyzing coordinated variation relationship between hydraulic characteristics, microbial characteristics, environmental factors and nitrogen compounds, shortcut nitrification denitrification mechanism in the CRI system was clarifying, and the kinetic model was constructed. The research result has the important theoretical significance and practical value for the sewage treatment.

人工快速渗滤（CRI）系统因厌氧段反硝化所需碳源不足，以及硝态氮停留时间较短等因素导致其脱氮性能较差；短程硝化反硝化脱氮过程具有反硝化速率快、节省能源和碳源等优势。若将短程硝化反硝化机理合理应用于CRI系统，将简化CRI系统脱氮过程、提高脱氮效率并降低投资。本研究拟构建底端具有饱水段的CRI系统中试装置进行生活污水处理试验，在CRI有氧段研究温度、pH、湿干比、氨氮负荷、有机负荷、水力负荷等因子对氮氧化物转化和短程硝化的影响，在CRI缺氧段（饱水段）研究C/N、pH、温度及水力负荷对氮氧化物转化和短程反硝化的影响，采用分子生态学技术对不同影响条件下CRI系统沿程微生物群落组分、结构和动态变化等进行分析。通过解析影响因子、生物膜特性和含氮化合物等之间的协同变化关系，阐明CRI系统短程硝化反硝化脱氮机制，构建短程硝化反硝化动力学模型，探索CRI系统短程硝化反硝化脱氮的关键影响因子及最优化条件。

人工快速渗滤系统（CRI）是一种新型污水生物处理工艺，但由于CRI系统下部缺乏碳源，且硝氮停留时间较短，导致其对污水中总氮的去除效果较差。与传统脱氮工艺相比，短程硝化反硝化脱氮技术具有耗氧量低，所需有机碳源少，反硝化时间短等优点。因此，如果能将短程硝化反硝化技术运用于CRI系统中，将会获得经济，节能，有效的新型脱氮技术。由短程硝化反硝化反应式可知，实现短程硝化反硝化的核心是实现短程硝化。因此，本研究通过在实验进水中添加氯酸钾，研究了氯酸钾对CRI系统硝氮抑制，亚硝氮积累及脱氮性能的影响，探索了CRI系统实现短程硝化的可能性，并分析了CRI系统实现短程硝化反硝化工艺的优势。.在实验室构建四组具有相同材质（PVC）及控制条件的CRI系统模拟柱。该装置主要通过覆盖在装置主体的控温层将系统温度稳定控制在34.2±1.1℃。模拟柱柱高30cm,内径为8cm，采用90%的天然砂（0.25-0.30 mm），5%的大理石砂(1.0-2.0 mm)及5%的沸石砂(1.5-1.7 mm)作为填料混入柱体，高20cm，在柱体底部填装卵石和砾石作为支撑层，高5cm。柱子顶端设置有布水管，利用蠕动泵和时间控制器对进水量和进水时间进行控制，进水水流方向垂直向下。此外，该装置还设置有容积为600mL的进水调节池，作为氯酸钾添加和pH调节使用。.通过实验分析得出结论如下： .（1）将进水pH调节至8.4对CRI系统实现短程硝化作用不明显；.（2）在进水（pH=8.4）中添加3mM氯酸钾不能有效的抑制亚硝酸氧化菌活性,从而无法实现短程硝化；.（3）在实验进水（pH=8.4）中添加 5 mM 氯酸钾能够明显抑制亚硝酸氧化菌活性，使亚硝氮最大积累率达到80%以上，使得CRI系统内能够实现稳定的短程硝化。.（4）与传统全程反硝化相比，若在CRI系统内成功实现短程反硝化，处理每升污水将节约60.27 mg 的甲醇消耗量。. 该研究为理解CRI 系统的脱氮机制和拓展其在污水处理领域的应用提供理论和数据支持，研究成果可丰富和发展CRI 系统处理污水的理论。