低基质自养脱氮颗粒污泥反应器室温运行效能研究

发布时间：2020-05-16 19:57

【摘要】：基于部分亚硝化-厌氧氨氧化(partial nitritation/anammox,PN/A)的单级全自养脱氮过程是一项经济且环境友好型污水脱氮技术。相较传统硝化/反硝化脱氮工艺,单级PN/A工艺在能耗、基建费用、能源回收等方面具有显著的优势。将自养脱氮技术应用于主流污水的处理,可以实现能源自给自足。目前该技术已经成功应用于高温高氨氮废水的处理,由于功能菌对坏境的苛求,主流城市污水自养脱氮工艺仍在研究之中。颗粒污泥具有高密实性、沉降性能好、生物截留能力强、耐冲击负荷,在全自养脱氮工艺中得到越来越多的应用。本文围绕自养脱氮颗粒污泥在室温和低氨氮浓度下进行了研究。具体研究内容与结果如下:1.在气升式反应器中接种久置的PN/A颗粒污泥,控制温度在(23±2)℃,pH在7.7~8.0,以氨氮浓度为70 mg·L~(-1)的人工无机配水为基质,考察单级部分亚硝化-厌氧氨氧化实现室温启动效能。通过逐级缩短水力停留时间(1.1→0.5 h)提升氨氮负荷[1.53→3.36 kg·(m~3·d)~(-1)],逐步恢复AOB、AMX菌活性以及微生物协同效能。经过95 d运行调控,反应器成功启动,氨氮和总氮去除率达85%和69%。根据各阶段污泥性能,严格控制溶解氧(DO),有效抑制NOB。污泥适应环境后,颗粒粒径随负荷提升逐渐增大,最终平均粒径达1.30 mm。成熟的自养颗粒污泥轮廓光滑清晰,扫描电镜显示,颗粒污泥内部形成空腔,表面有孔隙,污泥形态以球菌为主,并有少量杆菌及短杆菌。EPS主要成分为蛋白质(81.48%),泥水分离效果较好。2.在室温成功启动PN/A的基础上,反应器在环境温度(经历夏-秋-冬-春-夏四季更替的自然温度变化)(7~29℃)下运行超过1年。利用迂回负荷调控和负荷提升策略控制反应器运行,总氮去除负荷在夏季温度(27℃)最高达2.70 kg·(m~3·d)~(-1),在最低冬季温度(7℃)维持有0.60 kg·(m~3·d)~(-1)。系统中AOB和AMX的活性对于温度响应规律基本一致,都与温度变化呈正相关,NOB与温度变化呈负相关。初期,q(NH_4~+-N)和q(TN)分别为0.30 g·(gVSS·d)~(-1)和0.24 g·(gVSS·d)~(-1)。随着温度的降低,q(NH_4~+-N)和q(TN)整体呈下降趋势,q(NO_3~--N)值出现升高趋势。在低温段,q(NH_4~+-N)和q(TN)略有波动,但已不再持续降低,分别维持在0.14 g·(gVSS·d)~(-1)和0.11g·(gVSS·d)~(-1)。在低温环境中,可以发现在同样的温度区间,AMX活性的波动幅度高于AOB活性,说明低温对AMX的影响相比AOB更为强烈。反应器长期稳定运行在低温阶段时,部分菌群活性受到影响,可能处于休眠状态,一旦环境条件有所改善,污泥的活性可以逐步恢复。在降温阶段,污泥的平均粒径为从1.30 mm减小至0.98 mm,低于20℃反应器中的颗粒污泥的颜色从棕红色逐渐变为棕褐色,15℃以下颗粒颜色变为棕黄色,出现相当数量的絮状污泥,反应器中呈现松散的絮体污泥与部分颗粒污泥共存;温度上升阶段,高于20℃颗粒污泥颜色又逐渐过渡为棕红色,粒径逐渐增大,污泥形态变得致密光滑,絮体污泥逐渐减少至几近消失。3.基于DO/RAN控制策略,结合室温运行期间反应器氨氮去除负荷情况,采用负荷和曝气调控手段,发现DO/RAN和NOB抑制之间具有直接且快速的响应关系。稳定运行工况下,DO/RAN水平与温度成正相关。当温度从29℃降低至10℃时,稳态运行的DO/RAN从0.15降低至0.03。同时,当温度在20℃以上时,DO/RAN的控制范围更大,在20℃以下,DO/RAN调控变窄。对比各阶段控制期和恢复期的比NO_3~--N生成速率,原位q(NO_3~--N)在恢复期相比干扰期均有所下降,表明DO/RAN成功用于抑制NOB活性。但异位q(NO_3~--N)在两个时期,变化幅度较小基本持平,说明NOB仍存在于颗粒污泥中,随着反应器运行,当遇到合适的条件时(如NH_4~+-N耗尽或供氧过量时)即可恢复对NO_2~--N氧化作用。通过拟合粒径与DO和剩余氨氮浓度比值,发现了两者之间呈正相关,R~2为0.757,这意味着粒径变化可以作为应用DO/RAN调控的重要参考。
【图文】：

亚硝化过程的碱度消耗竞争 NO2--N，AMX 和 NOB 利用供体，生成一定的 NO3--NMX）能自养菌（图 1-3），属于分支很深菌共有 6 个属，包括在淡水系统和ocadia”、“kuenenia”、“Jettenia””、“Scalindua”[32-34]。圆形等不规则形状，直径在 0.8 ~ 1核糖体和外室细胞质。厌氧氨氧化，外层由厌氧氨氧化菌体膜包裹着A 存在于拟核中，外室细胞质位于性菌，具有细胞外囊，细胞壁表面度缓慢，在 32~33 °C 时其倍增时d-1，在 20°C 时约为 17 d[37, 38]。

于 20 世纪 90 年代中期，微生物细、胞外聚合物为“黏合剂”、其余微作用的复杂过程[91]。是使自养型好氧氨氧化细菌和厌氧中耦合好氧氨氧化和厌氧氨氧化，从着溶解氧浓度梯度，通过控制曝气可 AOB 为好氧菌，AMX 为厌氧菌，结自养脱氮。DO 向颗粒内部渗透，，颗量的 DO，颗粒内部形成厌氧或缺Nielsen 等[94]研究发现，AOB 主要分颗粒污泥的缺氧内部。颗粒污泥紧密，使其具有更广阔的的应用前景[95]。颗粒污泥与自养脱氮工艺，可以在，获得较高的脱氮性能[96]。
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

【参考文献】

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5 胡石;甘一萍;张树军;韩晓宇;张亮;;一体化全程自养脱氮(CANON)工艺的效能及污泥特性[J];中国环境科学;2014年01期

6 冯一帆;;CANON工艺脱氮的影响因素研究[J];科技视界;2014年01期

7 闫立龙;刘玉;任源;;胞外聚合物对好氧颗粒污泥影响的研究进展[J];化工进展;2013年11期

8 丛岩;黄晓丽;王小龙;高大文;;厌氧氨氧化颗粒污泥的快速形成[J];化工学报;2014年02期

9 付昆明;张杰;曹相生;李冬;孟雪征;;CANON反应器运行稳定性及温度冲击的影响[J];环境科学;2012年10期

10 黄力彦;王志宏;陈大志;谭艳来;佘琼红;;低碳源城市污水生物处理方法研究进展[J];工业用水与废水;2012年03期

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9 赵建国;常温低基质浓度下厌氧氨氧化反应器的脱氮性能研究[D];河南师范大学;2012年

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本文编号：2667236