Effect of HRT on Nitrogen Removal Performance and EPS in Combined Packed SBBR

doi:10.12422/j.issn.1006-396X.2023.02.004

Abstract

Abstract:

The effect of hydraulic retention time (HRT) on the performance of a combined packed sequencing batch biofilm reactor (SBBR) for treating simulated domestic wastewater was investigated.The changes of denitrification performance,denitrification rate and EPS in SBBR were detected and analyzed at different HRT (16 h, 12 h and 8 h).The results indicate that HRT has no significant effect on COD removal rate.Shortening HRT inhibited the activity of microorganisms on the biofilm,increased the mass fraction of TB?EPS and LB?EPS by 30.25% and 29.88%,and decreased the denitrification rate to 64.1%.The best HRT obtained from the experiment was 12 h.

Key words: Sequencing batch biofilm reactor, Hydraulic retention time, Nitrogen removal performance, Nitrification rate, Extracellular polymer

摘要：

研究了水力停留时间(HRT)对组合式填料序批式生物膜反应器(SBBR)处理模拟生活废水性能的影响。考察了不同HRT(16、12、8 h)的条件下SBBR的脱氮性能、脱氮速率和胞外聚合物(EPS)质量分数的变化。结果表明，HRT对COD去除率没有显著影响；缩短HRT抑制生物膜上微生物的活性，使紧密胞外聚合物(TB?EPS)和疏松胞外聚合物(LB?EPS)质量分数增加30.25%、29.88%，脱氮速率降低至64.1%；实验得出的最佳HRT为12 h。

关键词: 序批式生物膜反应器, 水力停留时间, 脱氮性能, 硝化速率, 胞外聚合物

CLC Number:

TQ085

Han Ma, Duosen Yan, Yaqi Zhu, Xiaodan Zhu, Shanshan Li. Effect of HRT on Nitrogen Removal Performance and EPS in Combined Packed SBBR[J]. Journal of Petrochemical Universities, 2023, 36(2): 27-33.

马涵, 闫多森, 朱娅绮, 朱晓丹, 李姗姗. HRT对组合式填料SBBR脱氮性能和EPS的影响[J]. 石油化工高等学校学报, 2023, 36(2): 27-33.

Figures/Tables 7

Fig.1 Diagrammatic sketch of SBBR

Table 1 SBBR cycle setting

实验时间/d	HRT/h	运行时间/min
实验时间/d	HRT/h	进水	好氧	缺氧	沉淀	出水
1~13	16	5	270	90	30	5
14~28	12	5	210	67	22	5
29~44	8	5	132	44	15	5

Fig.2 Effect of different HRT on the properties of SBBR

Fig.3 Changes of COD and mass concentration of nitrogen in the reaction cycle under different HRT

Fig.4 Changes of SOUR,SAOR,SNOR,SNIRR and SNRR under different HRT

Fig.5 Changes of mass fraction of EPS, LB?EPS and TB?EPS in SBBR system under different HRT(P<0.05)

Fig.6 Changes of mass fraction of PN，PS and their ratio in LB?EPS and TB?EPS under different HRT

References 24

1	赵秋燕，胡丽丽.基于正交试验设计的SBBR处理造纸废水工艺优化［J］.阜阳师范学院学报（自然科学版），2019，36（2）：14⁃17.
	Zhao Q Y，Hu L L.Optimization of SBBR process for papermaking wastewater treatment based on orthogonal experimental design［J］.Journal of Fuyang Normal University （Natural Science），2019，36（2）：14⁃17.
2	冯秋瑜，韦科陆.A²/O好氧工艺处理城市生活污水的应用［J］.轻工科技，2020，258（5）：98⁃99.
	Feng Q Y，Wei K L.The application of A²/O aerobic process in the treatment of municipal sewage［J］.Light Industry Science and Technology，2020，258（5）：98⁃99.
3	龙源.生物膜法在城市污水处理中的研究［J］.中国资源综合利用，2019，37（4）：45⁃47.
	Long Y.Study on biofilm process in municipal sewage treatment［J］.China Resources Comprehensive Utilization，2019，37（4）：45⁃47.
4	朱坤，周健，何强，等.C/N、DO和温度对SBBR高标准除磷脱氮效能的综合影响［J］.环境工程，2020，38（7）：45⁃50.
	Zhu K，Zhou J，He Q，et al.Comprehensive impact of carbon to nitrogen ratio，dissolved oxygen and temperature on advanced phosphorus and nitrogen removal efficiencies in sequencing batch biofilm reactor （SBBR） system［J］.Environmental Engineering，2020，38（7）：45⁃50.
5	南国英，张高伟，代学民，等.SBR处理生活污水工艺中填料性能研究［J］.绿色科技，2021，23（4）：30⁃32.
	Nan G Y，Zhang G W，Dai X M，et cl.Study on the performance of fillers in SBR treatment process of domestic sewage［J］.Journal of Green Science and Technology，2021，23（4）：30⁃32.
6	Wan A J，Wu Y P，Xie Y X，et al.Experimental study and numerical simulation of moving bed biofilm reactor using 3D printed filler［J］.Chemical Engineering and Processing⁃Process Intensification，2020，157（1）：108146.
7	敬双怡，李岩，于玲红，等.SMBBR工艺处理生活污水脱氮效能及其微生物多样性［J］.应用与环境生物学报，2019，25（1）：206⁃214.
	Jing S Y，Li Y，Yu L H，et al.Denitrifcation effciency of the special moving⁃bed bioflm reactor （SMBBR） process for domestic sewage treatment and its microbial diversity［J］.Chinese Journal of Applied and Environmental Biology，2019，25（1）：206⁃214.
8	王伟，闫文凯，李柏林，等.HRT对厌氧氨氧化系统运行影响及失稳恢复策略［J］.工业安全与环保，2019，45（11）：94⁃98.
	Wang W，Yan W K，Li B L，et al.Effects of HRT on anaerobic ammonia⁃oxidation system and unstable recovery strategy［J］.Industrial Safety and Environmental Protection，2019，45（11）：94⁃98.
9	Wu H，Zhang Q，Chen X，et al.Effect of HRT and BDPs types on nitrogen removal and microbial community of solid carbon source SND process treating low carbon/nitrogen domestic wastewater［J］.Journal of Water Process Engineering，2021，40：101854.
10	翟雅男，范长健，李媛，等.一体式膜生物反应器处理水产养殖废水膜污染特性研究［J］.渔业现代化，2014，41（5）：11⁃16.
	Zhai Y N，Fan C J，Li Y，et al.Research on membrane fouling characteristics of the integrated MBR applied to aquacultural wastewater［J］.Fishery Modernization，2014，41（5）：11⁃16.
11	陶华强，邵冬海，张超，等.硫和石英砂比对自养填充床反应器去除高浓度高氯酸盐的影响［J］.环境科学，2018，39（2）：811⁃818.
	Tao H Q，Shao D H，Zhang C，et al.Effect of sulfur to quartz sand ratios on the removal of high⁃concentration perchlorate in packed⁃bed reactors［J］.Environmental Science，2018，39（2）：811⁃818.
12	韩义，刘莹，赵万理，等.低温城市污水处理中比耗氧速率与有机物的相关性分析［J］.科学技术创新，2020，26：170⁃171.
	Han Y，Liu Y，Zhao W L，et cl.Correlation analysis between specific oxygen consumption rate and organic matter in low⁃temperature urban sewage treatment［J］.Science and Technology Innovation，2020，26：170⁃171.
13	Wang J，Gong H，Cao Y，et al.Factors affecting simultaneous nitrification and denitrification （SND） in a moving bed sequencing batch reactor（MBSBR） system as revealed by microbial community structures［J］.Bioprocess and Biosystems Engineering，2020，43（10）：1833⁃1846.
14	南国英，李士波，代学民，等.SOUR作为活性污泥法SBR反应器运行参数的研究进展［J］.市政技术，2018，36（6）：163⁃165.
	Nan G Y，Li S B，Dai X M，et al.Research progress of SBR reactor operating parameters with SOUR activated sludge process［J］.Environmental Protection Engineering，2018，36（6）：163⁃165.
15	国家环境保护总局.水和废水监测分析方法［M］.4版.北京：中国环境科学出版社，2009.
16	王子超.盐度和重金属对序批式生物反应器性能及微生物群落结构影响的研究［D］.青岛：中国海洋大学，2014.
17	Li X Y，Yang S F.Influence of loosely bound extracellular polymeric substances（EPS） on the flocculation，sedimentation and dewaterability of activated sludge［J］.Water Research，2007，41（5）：1022⁃1030.
18	李亚峰，于燿滏，杨嗣靖，等.HRT，DO和有机物对厌氧氨氧化脱氮性能的影响研究［J］.工业水处理，2020，40（8）：27⁃31.
	Li Y F，Yu Y F，Yang S J，et al.The impact of HRT，DO and organic matter on the nitrogen removal performance of ANAMMOX［J］.Industrial Water Treatment，2020，40（8）：27⁃31.
19	李志伟，代明月，高孟春，等.好氧时间与缺氧时间变化对O/A⁃SBR处理海水养殖废水性能影响［J］.中国海洋大学学报（自然科学版），2016，46（5）：104⁃110.
	Li Z W，Dai M Y，Gao M C，et al.Effect of the variation of aerobic time and anoxic time on the performance of O/A⁃SBR treating mariculture was tewater［J］.Periodical of Ocean University of China，2016，46（5）：104⁃110.
20	Kim H G，Ahn D H.The effects of high salinity on nitrogen removal and the formation characteristics of aerobic granular sludge［J］.Environmental Engineering Research，2019，25（5）：659⁃667.
21	万一平，马丙瑞，董俊伟，等.盐度对序批式生物膜反应器性能及微生物活性的影响［J］.中国海洋大学学报（自然科学版），2019，49（7）：94⁃101.
	Wan Y P，Ma B R，Dong J W，et al.Effects of salinity on performance and microbial activity of sequencing biofilm batch reactor［J］.Periodical of Ocean University of China，2019，49（7）：94⁃101.
22	赵堃，王哲，王森，等.缺氧/好氧时间变化对SBBR处理海水养殖废水过程中胞外聚合物特性的影响［J］.中国海洋大学学报（自然科学版），2017，47（5）：34⁃41.
	Zhao K，Wang Z，Wang S，et al.Effects of anoxic time/aerobic time on the characterization of extracellular polymeric substances from a SBBR treating mariculture wastewater［J］.Periodical of Ocean University of China，2017，47（5）：34⁃41.
23	Liang Z，Zhou J，Lv M，et al.Specific component comparison of extracellular polymeric substances （EPS） in flocs and granular sludge using EEM and SDS⁃PAGE［J］.Chemosphere，2015，121：26⁃32.
24	李冬，郭跃洲，劳会妹，等.进水碳氮比对缺氧/好氧SBR亚硝化系统的影响［J］.哈尔滨工业大学学报，2019，51（2）：7⁃13.
	Li D，Guo Y Z，Lao H M，et al.Effect of influent C/N on anoxic/aerobic SBR nitritation system［J］.Journal of Harbin Institute of Technology，2019，51（2）：7⁃13.