短带鞘藻—活性污泥共生体系脱氮的实验研究

发布时间：2020-05-14 22:09

【摘要】：大量含氮素的工农业废水和生活污水排入水体,导致水体富营养化等环境问题的发生,严重威胁水生生态平衡和饮用水安全。鉴于此,国家环保部提高了城镇污水排放标准(GB18918-2002),并对氨氮(NH4+-N)和总氮(TN)的排放执行一级A标准(8和15 mg/L)。然而,目前城镇污水厂仍然面临着常规二级处理后含氮量较高的问题,因此急需研发以脱氮为目标的污水深度处理方法。藻菌共生体系具有脱氮效率高、能耗低、可资源化利用等优势,是一种环境友好的水处理技术。本论文采用某污水处理厂二沉池中的优势丝状藻种短带鞘藻(Oedogonium brevicingulatum)为藻源,以该污水处理厂好氧池中的活性污泥为菌源,在构建高效短带鞘藻-活性污泥共生体系的基础上,考察了水质条件(pH、曝气量和重金属Cd)对该体系脱氮效率及氮素转化的影响;观察水质处理过程中藻菌共生体系的生物相变化;在此基础上,初步评价了该体系对实际污水的脱氮效果。论文得出了以下主要结论:(1)在初始藻菌比为1:1~5:1的范围内,初始藻菌比为3:1的共生体系对模拟污水中NH4+-N和TN的去除效果最佳。在第5 d,NH4+-N和TN的去除率分别达70.90%和69.20%;随着藻菌比的增加,模拟污水中NH4+-N更易转化为NO2--N和NO3--N。在藻菌比3:1的体系中,污水中NO2--N的最高净转化速率为0.0013 mg/h(第1 d),NO3--N最高净转化速率为0.035 mg/h(第1 d)。在第5 d,生物同化作用占氮素去除比例为77.68%。在初始pH为6-9的范围内,pH为9时的藻菌共生体系表现出对模拟污水最好的脱氮效果和最高的硝化反应速率。由于藻类同化与化学挥发的共同作用,该体系在初始pH为9时对NH4+-N和TN的去除率分别达到了 70.91%和69.20%;模拟污水中NO2--N的最高净转化速率达0.003 mg/h(第1 d),NO3--N最高净转化速率达0.038 mg/h(第2d)。在第5 d,生物同化作用占氮素去除比例为64.72%。曝气有利于提高该体系对模拟污水的脱氮效率,且曝气量为0.2 L/min时,藻菌共生体系表现出最佳的脱氮效果。该体系对NH4+-N和TN的去除率分别为79.50%和73.40%,对模拟污水中N02--N的最高净转化速率为0.0027 mg/L(第Id),NO3-N最高净转化速率为0.018mg/L(第3d)。在第5d,生物同化作用占氮素去除比例为82.51%。Cd2+存在对藻菌共生体系的脱氮效果具有明显的抑制作用。当Cd2+浓度为10 mg/L时,体系污水中NH4+-N和TN的去除率仅为36.06%和32.90%,与对照组(无Cd2+)相比抑制率分别为46.41%和50.00%。(2)短带鞘藻-活性污泥共生体系处理模拟污水的过程中,体系中生物相变化与污水水质条件(pH和Cd2+浓度)有关。当污水pH为7.1时,短带鞘藻和活性污泥共生良好,活性污泥微生物中主要以固着型的纤毛虫为主,藻体为不分枝的单列细胞构成的丝状体,细胞浓绿且饱满。当pH降至6.0时,藻细胞叶绿素含量降低,藻体开始泛黄并逐渐死亡,活性污泥菌胶团松散,原生动物消失,并出现大量丝状物;Cd2+存在下(10mg/L),藻菌共生体系生物膜遭到了破坏,藻体表面发生褶皱,并发生严重损伤。(3)采用短带鞘藻-活性污泥共生体系对湘潭市某污水处理厂进水和二沉池进水进行了初步处理和评价。5 d后对进水中NH4+-N、TN和COD的去除率分别为91.90%、85.62%和90.71%,对二沉池进水中NH4+-N、TN和COD的去除率分别为64.10%、60.00%、49.42%,且在处理污水过程中pH值始终保持在6~9的范围内,体系处于好氧状态。出水中NH4+-N、TN、COD、pH均可达到城镇污水一级A的排放标准(GB 18918-2002)。
【图文】：

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逦－逦逡逑５Ｃ邋（有机碳）＋２Ｈ２０＋４Ｎ0３－逦？邋２Ｎ２邋＋邋４０Ｈ＂邋＋邋５Ｃ0２逡逑３Ｃ邋（有机碳）＋２Ｈ２０＋４Ｎ０２－逦？邋２Ｎ２邋＋邋４０Ｈ邋＋３Ｃ0２逡逑１．１．３城镇污水生物脱氮工艺概述逡逑传统的生物脱氮工艺主要是将氨氮转化为硝酸盐氮，再通过反硝化作用将硝逡逑酸盐氮转化为氮气，其主要处理构筑物为曝气池、硝化池、反硝化池和沉淀池［１７］。逡逑分别在各自的构筑物中进行脱氮反应：曝气池主要发生氨化作用以及有机污染物逡逑的降解，然后在硝化池中氨氮被亚硝化细菌和硝化细菌转化为亚硝酸盐氮和硝酸逡逑盐氮，最后在反硝化池中被转化为氮气从污水中去除。传统的生物脱氮工艺主要逡逑有Ａ／０工艺、Ａ２／０工艺、Ｂａｒｄｅｎｐｈｏ工艺及氧化沟工艺等逡逑（１）缺氧？好氧工艺（Ａ／０）逡逑Ａ／０生物脱氮工艺最早开发于２０世纪８０年代，近些年来，该工艺在我国城镇逡逑污水处理领域得到了广泛的应用［１９］。其主要设计是将反硝化池设置在好氧池的逡逑前面，因此该工艺也被称为前置反硝化生物脱氮工艺。其工艺流程图如图所示：逡逑Ｎ：逡逑

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Ａ水逦逦？—窗才出水．逡逑硝化负收磷逡逑去除ＢＯＤ逡逑逦河泥四洗逦Ｉ尚ＭRN余：ｆ泥逡逑图１．２Ａ２／０工艺流程图逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋Ａ２／０邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑Ａ２／０工艺是我国城镇污水处理的主导工艺［２Ｇ］，具有多种改良工艺，如ＵＣＴ、逡逑ＭＵＣＴ、Ａ－Ａ－Ａ－０工艺等［２１］。逡逑（３）逦Ｂａｒｄｅｎｐｈｏ工艺逡逑该工艺取消了三段脱氮工艺的中间沉淀池，工艺中设立了两个缺氧段，第一逡逑段利用原水中的有机物作为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液进逡逑入反硝化反应。经第一段处理，脱氮已大部分完成［２２］。为进一步提高脱氮效率，逡逑废水进入第二段反硝化反应器，，利用内源呼吸碳源进行反硝化。最后的曝气池用逡逑于净化残留的有机物，吹脱污水中的氮气，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池逡逑中发生污泥上浮现象。这一工艺比三段脱氮工艺减少了投资和运行费用。逡逑洗合液曰洗逡逑
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】