快速实现生活污水低氧深度脱氮的方法及氮转化途径研究

发布时间：2020-03-29 04:09

【摘要】：随着生物脱氮技术在污水处理方面的快速发展,SBR污水处理工艺得到了极为广泛的应用,但同时生活污水SBR硝化系统也是较为复杂的微生物系统,其中脱氮功能菌群间的微生物竞争关系影响并决定了硝化的类型、速率和产物等,因此采用合理的运行方式来调整和优化处理效果是至关重要的。在硝化系统的好氧阶段,通常伴随着无机氮去除情况的发生,较高的氮去除率意味着能够在实际运行中节省投加药剂的费用。而造成氮去除的途径通常并不唯一,但目前对于短程硝化/全程硝化系统中氮去除的具体途径并没有详细的报道,而对于全程硝化过程中氮去除的强化更是寥寥无几。本课题采用实际生活污水,以22 L的SBR反应器接种短程硝化污泥,反应过程中严格控制0.5 mg/L的低溶解氧条件,分别对硝化系统氮去除的影响因素、途径和具体强化策略进行深入研究。低溶解氧条件更有利于硝化系统氮去除率的提高。同时,相比全程硝化系统,短程硝化系统中的NO_2~--N积累也能够帮助增加氮去除率。但这并不意味着短程硝化系统在低氧运行条件下就能够直接到达满意的氮去除效果,试验初期针对溶解氧浓度对短程硝化系统的沉降性能和硝化性能的影响进行研究,发现0.5 mg/L的低氧曝气条件下,硝化速率大幅度降低,AOB对DO的亲和能力下降,NOB的生长速率远大于AOB,系统内Nitrobacter和Nitrospira的数量明显增加,并且表达出活性,导致短程硝化失稳的发生。同时对单个硝化周期内污染物浓度的变化进行研究,发现根据氮去除速率的变化,单周期反应能够被分为3个阶段,分析得出每个阶段中造成氮去除的主要途径有所差异。通过设计试验发现氮去除途径包括异养反硝化、厌氧氨氧化和N_2O排放。硝化系统内功能菌群间的微生物竞争关系影响并决定了硝化的类型、总无机氮去除率和途径,而底物的浓度则决定了微生物之间竞争的关系。当系统中COD和氨氮同时发生降解时,系统发生氮去除的主要途径是异养反硝化反应,而在系统内没有足够的碳源可以被利用时,异养反硝化反应受到抑制,主要是厌氧氨氧化反应造成氮去除。在硝化系统的NAR逐周期降低的过程中,对每个周期的氮去除率及途径进行研究,发现当NAR低于34.94%时,系统内不再有充足的NO_2~--N来使厌氧氨氧化反应顺利的进行,换句话说,由于NOB对NO_2~--N更强的竞争力,导致了厌氧氨氧化菌受到直接的抑制,对总氮去除的贡献大大降低。在硝化系统内不再有NO_2~--N积累后,为了恢复恢复和增强AOB和NOB的活性,降低了COD和氨氮进水负荷,系统基本没有总氮去除的情况发生。运行16个周期后,AOB和NOB的活性逐渐恢复。随后提高进水负荷,氮去除率上升并稳定在27±5%,此时在全程硝化过程中也出现了自养脱氮的现象。在研究了系统的氮去除影响因素及途径之后,采用向全程硝化系统中投加高氨氮厌氧氨氧化颗粒污泥的方式对其进行氮去除强化,其厌氧氨氧化颗粒污泥的投加比例(以干污泥重计)为全程硝化絮体活性污泥的1:2。投加运行3周期后,系统的TIN_(ra)稳定在了46.16%~54.94%,整个脱氮系统中由ANAMMOX造成的氮去除比例大大升高,占72%。在硝化系统采用投加强化策略并达到稳定运行后,采用好氧:缺氧时长为30 min:15 min的间歇曝气运行模式对系统的氮去除进行进一步的强化,在运行5个周期后,TIN_(ra)达到了81.23%,系统达到了深度脱氮的水平。
【图文】：

示意图,氮循环,示意图,绪论

第 1 章绪论第 1 章绪论染现状与危害水中的大部分氮以氮气（N2）的形式存在，而其，只占地球总氮储量的一小部分。但其对于地球续性却非常重要，因为氮是生命的基本要素之一。除此以外，它还在各种微生物的调控和转化过氨和氨氮）价的形态作为电子供体或受体，这一。

水华,赤潮,水体氮污染

过程会逆转这种积累。从大范围来说，硝化作用和反硝化作用的耦合能控制自然界中各种形态氮的量。1.1.2 水体氮污染及危害水是地球上所有生物生存所需的必须物质，在自然水体中存在着大量的生物，而占比最大的是藻类等浮游水生植物，当水体中出现氮浓度较高的情况时，会引起其过度繁殖，这些过量的藻类在水面上造成“赤潮”或“水华”的水体污染现象。当大量藻类物集中在水层表面，通过光合作用释放氧气使表层水饱和，抑制了大气中的氧气溶解到水面以下的深处。同时，大量死亡藻类的分解会消耗水中溶解氧，减少水中溶解氧，进而导致鱼类、虾、蟹、贝类等水生动物缺氧窒息，这种水体氮污染的现象甚至会污染到人类的饮用水源。水体氮污染的危害还表现在其长期性上，“赤潮”或“水华”造成养分的循环，水体难以自我净化。具体来说，水中的营养物质被水生植物吸收和利用，而死亡与腐烂的水生植物又可以转化为营养物质，它溶于水并被水生植物再次吸收利用，这样即使外部营养物质的污染源被切断，也无法使水自我清洁，因此而导致恶性循环。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X799.3

【参考文献】