FESE: 泰国研究团队 高碳氮比运行下的市政污水处理厂IFAS和MBBR反应器的脱氮效率和微生物群...

原文链接：

http://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-020-1374-2 

文章出版：Front. Environ. Sci. Eng. 2020, 14(6): 115

原文信息

题目：

Nitrogen removal efficiencies and microbial communities in full-scale IFAS and MBBR municipal wastewater treatment plants at high COD:N ratio

作者：

Supaporn Phanwilai¹, Naluporn Kangwannarakul¹, Pongsak (Lek) Noophan (✉)¹, Tamao Kasahara², Akihiko Terada³, Junko Munakata-Marr⁴, Linda Ann Figueroa⁴

作者单位：

1 Department of Environmental Engineering, Faculty of Engineering, Kasetsart University, Bangkok 10900, Thailand

2 Laboratory of Ecohydrology, Divisionof Forest Sciences, Department of Agro-environmental Sciences, Kyushu University, Fukuoka 819-0395, Japan

3 Department of Chemical Engineering and Institute of Global Innovation Research, Tokyo University of Agriculture & Technology, Tokyo 184-8588, Japan

4 Department of Civil and Environmental Engineering, Colorado School of Mines, Golden, CO 80401, USA

关键词：

IFAS (固定生物膜-活性污泥系统); MBBR (移动床生物膜反应器); AnodkalnessTM K1carrier (AnodkalnessTM K1载体); Polypropylene resin carrier (聚丙烯树脂载体) ; Sponge carrier (海绵载体)

文章亮点

• 对IFAS和MBBR全尺寸系统(COD:N比为8:1)进行了表征

• 缓慢生长的硝化菌可以生长和保留在高比表面积载体上

• 在缺氧池中，高TN去除率与高SRT和低DO浓度有关

文章简介

市政污水排放前脱氮对防止水体富营养化具有重要意义。在低温、低碳氮比、低pH和低溶解氧条件下，常规生物脱氮技术的脱氮效率会降低。通过添加流动或移动介质来增加系统中的微生物数量来提高效率，将比建造更多的好氧池和沉淀池更具成本效益，节省更多空间。

移动床生物膜反应器(MBBR)和固定生物膜-活性污泥(IFAS)技术可用于改善传统生物脱氮技术的脱氮效果。IFAS系统能够通过在好氧反应器中添加高比表面积介质对现有的传统活性污泥配置进行改造。MBBR和IFAS可以高效去除化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)，且忍耐高冲击负荷。MBBR的脱氮效率主要取决于附着生长的生物量，所需的介质数量明显高于IFAS中的介质数量。因此，MBBR的介质成本通常高于IFAS。此外，与传统的活性污泥(AS)处理工艺相比，这些处理方法减少了污泥产量。IFAS系统能够作为混合悬浮生长系统和附着生长系统运行，该系统在AS工艺的缺氧或富集区采用高表面积、可移动或固定附着生长(生物膜)载体。生物膜载体保留在反应器中，悬浮微生物在回流活性污泥中循环利用。MBBR是简单的浸没式混合固定膜工艺，没有活性污泥回流。IFAS和MBBR技术只需要一个生物反应器池，这可能会促进同步硝化和反硝化(SND)过程。

具有高比表面积的微生物附着生物载体是MBBR和IFAS配置的关键。许多类型的介质或载体是流行的，例如AnokalnessTMK1(KC)、AnokalnessTMK3、聚氨酯泡沫、聚合物聚已酸内酯、生物纤维、聚丙烯树脂和海绵。这些基质将被集成到传统的活性污泥反应器中，为IFAS或MBBR工艺中生长较慢的细菌提供附着面积。自由流动介质上的生物膜可以增强同步硝化和反硝化过程。此外，使用载体促进附着细菌的保留，从而提供更长的SRT，从而鼓励硝化细菌的低生长，以促进硝化作用和从极端负荷条件下更快地恢复。

以前对MBBR和IFAS处理系统的大多数研究都是在实验室规模的序批式反应器(SBR)和小批量生物反应器中进行的，运行时间较短，最多仅几个月。在我们的工作中，所有的IFAS和MBBR系统在采集样本之前都被维持了较长的运行时间。HRT、DO、SRT、温度、pH和C/N比等运行条件会影响细菌群落的组成。大多数实验室试验都是在较高的DO浓度(>4 mg/L)下进行的，而本研究中的全规模系统出于节能或成本的考虑，维持DO浓度 ≤2 mg/L。此外，本文还利用分子生物学技术对不同载体的附着生物膜和悬浮絮体进行了表征。出于这个原因，我们的工作集中在不同地区的两个IFAS和两个MBBR系统的全尺寸水资源回收设施的特性上，比较两种工艺的脱氮效果及其与运行参数的关系，考察了两种IFAS和MBBR系统的附着生物膜和悬浮絮体中微生物群落的丰度。

结果表明，COD和BOD的去除率为96% 和98%；NH4⁺-N和TN的去除率差异较大，分别为72%、98%和64%、77%。在缺氧池中，高SRT、高COD/N比和低DO浓度对TN的去除率较高。在IFAS中，高比表面积的树脂载体比KC保持了更高的AOB种群，而在MBBR系统中，高比表面积的海绵载体比KC保持了更高的总菌群。不同载体中AOB、NOB、DNB的多样性基本相同。Nitrosomonas sp.在Nitrosospira sp.中占主导地位，反硝化细菌包括Rhodobacter sp., Sulfuritalea sp., Rubrivivaxsp., Paracoccus sp.和 Pseudomonas sp.。

图1 采用IFAS工艺的WRRF全规模运行示意图：Broomfield (A)、Fukuoka (B)和South Adams County (C)和Saga (D) 

编者点评

本文研究了三种不同载体在固定膜活性污泥(IFAS)和移动床生物膜反应器(MBBR)两种混合生物膜工艺配置中的AOB、NOB和DNB的相对位置，在低成本和节能的前提下，高效率去除COD和BOD并具有较高脱氮潜力。本研究在生物脱氮领域提供了添加载体实现高效脱氮的新思路。

本期编辑

刘蔚怡，女，23岁，北京化工大学化学工程学院2019级环境科学与工程专业硕士生，导师为张婷婷老师，研究方向为微塑料的环境行为与降解机制。

投稿与检索

http://journal.hep.com.cn/fese/EN/2095-2201/home.shtml