MBR内生活污水的SNAD工艺启动及微生物种群特征

发布时间：2018-10-05 16:40

【摘要】：SNAD(simultaneous partial nitrification,Anammox and denitrification)工艺是一种新型的生物同步脱氮除COD技术。它不仅具有新型自养生物脱氮工艺的诸多优点,并且由于反硝化菌的引入,在去除大量COD的同时更进一步提高了脱氮效率,更好的改善出水水质,其研究与应用更切合于实际工程领域。目前,关于SNAD工艺的研究多集中在低C/N废水处理,而对于高C/N,特别是常温低氨氮城市生活污水处理的研究少见报道。由于大量COD的存在可能会抑制本工艺中自养菌(AOB、Anammox菌)的脱氮功能,这使得SNAD工艺运用到高C/N的废水的处理受到限制。因此,研究不同有机碳浓度对SNAD工艺的影响有重大意义,更为其应用于城市生活污水处理提供理论依据。MBR依靠膜渗透原理,可防止污泥流失,适用于AOB菌和Anammox菌这类倍增时间长的微生物的生长,加快启动时间。鉴于此,本研究采用MBR反应器,首先快速启动基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON,Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite)工艺,再在低有机碳浓度条件下启动SNAD工艺并逐步增加有机碳浓度讨论不同有机碳浓度对SNAD工艺的影响进而过渡到对常温低氨氮城市生活污水处理的研究。同时从生物学角度出发,利用分子生物学技术,对反应器内功能微生物的群落结构特征进行研究。常温条件下,在MBR反应器内接种普通活性污泥,以间歇方式运行反应器。反应器内基质NH4+-N浓度为200mg/L,经过亚硝化阶段和Anammox阶段成功启动CANON工艺,并采用PCR-DGGE技术分析了稳定运行的CANON工艺内功能微生物的种群特征。结果表明,CANON工艺经36d成功启动,NH4+-N去除率和总氮去除率最终稳定在99%和84%左右,氮去除负荷最高可达0.41kg/(m3·d)。DGGE测序结果表明,Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia stuttgartiensis是反应器内的优势菌种,两种微生物协同作用,共同在MBR内完成高效自养脱氮。CANON工艺启动成功后,转为连续流,并通过逐步降低氨氮浓度为150mg/L、100mg/L,研究不同氨氮浓度对CANON工艺的影响。期间采用周期实验研究不同无机碳浓度对CANON工艺的影响,确定最佳IC/N。研究结果表明:在一定氨表面负荷下,氮去除能力与溶解氧溶度有关。曝气量为0.2m L/min,进水氨氮浓度为150mg/L时,氮去除效果最佳,ARR、TNR和NRR分别达到88%、51.67%和0.45kg/(m3·d)。周期实验显示:高无机碳浓度有利于CANON工艺的运行。NH4+-N=200mg/L时,IC=480mg/L(IC/N=2.4)较其他低无机碳浓度有利于加快CANON工艺的反应速率。CANON工艺转为连续流后,以葡萄糖作为有机物来源启动SNAD工艺。通过逐步增大COD浓度来考察不同有机碳源浓度对SNAD工艺脱氮性能的影响,并调整曝气量与HRT改善出水水质。运用PCR-DGGE技术研究了微生物种群结构的变化。反应器运行结果和DGGE图谱分析表明:C/N=0~2时,COD浓度的增加不会抑制AOB和Anammox菌,AOB和Anammox菌的菌属种类不受影响,反而通过反硝化作用提高氮去除负荷,总氮去除率和氮去除负荷平均分别为67%和0.34kg/(m3·d)左右。C/N=3~4时,Anammox菌不受影响,AOB的活性受到抑制,菌属种类减少,总氮去除率和氮去除负荷分别降低为72%和0.24kg/(m3·d)。随着COD浓度的增加,出水COD浓度变化范围为9.0~14.0mg/L,COD去除率不断增大,在95%以上。Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia stuttgartiensis一直是反应器内的优势菌属,共同完成脱氮过程。研究SNAD工艺对生活污水的处理时,首先进水为1/2人工配水和1/2生活污水,之后进水全部为生活污水,并通过调整曝气量与HRT改善出水水质。运用PCR-DGGE技术研究了微生物种群结构的变化。反应器运行结果和DGGE图谱分析表明:生活污水的添加引入大量好氧异养菌,使AOB的活性进一步受到抑制,菌属种类进一步减少,而Anammox菌仍不受影响。总氮去除率和氮去除负荷平均分别为73%和0.17kg/(m3·d),脱氮能力下降。出水COD浓度变化范围为30.0±3mg/L,COD去除率在90%左右。如何进一步提高反应器脱氮效果尚需研究。反应器内的优势菌属依然是Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia stuttgartiensis,共同完成脱氮过程。
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【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X799.3;X172

【参考文献】