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絮状—颗粒污泥耦合单级自养脱氮系统调控及菌群特性研究

发布时间:2020-05-17 02:33
【摘要】:单级亚硝化-厌氧氨氧化脱氮工艺是一种新型的生物脱氮工艺,具有无需外加有机碳源,曝气能耗低,温室气体产量少等优点。但由于该工艺存在启动时间长,运行不稳定等问题,阻碍了其进一步的发展。近年来的研究发现,通过对污泥形态进行控制能够有效提高该工艺运行的稳定。颗粒污泥(粒径200μm)由于其良好的沉降性能以及多样化的菌群结构是该工艺理想的污泥形态,但在实际的运行中人们发现,絮状污泥(粒径200μm)对亚硝酸盐的积累起着重要的作用。目前人们已针对含有絮状及颗粒污泥的耦合系统中不同形态污泥的特性进行研究,但对于如何实现耦合系统的稳定控制,以及絮状污泥含量变化时,系统内不同形态污泥性能的差异仍有待进一步探索。本研究通过接种自养脱氮污泥和厌氧氨氧化污泥,成功实现不同污泥比例下耦合系统的启动及稳定运行。同时对菌群结构以及功能菌活性进行检测,进一步揭示不同污泥比例下,絮状及颗粒污泥性能的变化规律。并通过建立絮状-颗粒耦合系统功能菌丰度预测模型,与实测的菌群分布相互印证。研究的主要结论如下:(1)耦合单级亚硝化-厌氧氨氧化系统共运行217天,根据絮状污泥与颗粒污泥浓度之比的不同,分为高絮状污泥含量(污泥比例为1:2)阶段和低絮状污泥含量(污泥比例为1:10)阶段。在高絮状污泥含量阶段,将溶解氧(DO)浓度从0.12 mg/L提高至0.22 mg/L后,系统总氮去除率(NRE)达到90%以上,总氮去除负荷(NRR)为0.31 kgN/m~3/d;低絮状污泥含量阶段,系统出水硝氮浓度持续升高,在采用“低DO高游离氨(FA)”的调控策略后,系统亚硝酸盐氧化速率(NOR)从42.2 mgN/L/h降低到27.3 mgN/L/h,最终NRE维持在80%左右,NRR为0.24 kgN/m~3/d。(2)通过对絮状和颗粒污泥氮转化能力进行测试发现,在高絮状污泥含量阶段,絮状污泥最大氨氮消耗速率和最大亚硝酸盐生成速率分别达到20.0mgN/L/h和14.2 mgN/L/h,而颗粒污泥亚硝酸盐生成速率几乎为零,最大氨氮消耗速率为10.1 mgN/L/h,总氮的去除在絮状和颗粒污泥测试中均有检测到。在低絮状污泥含量阶段,絮状污泥亚硝酸盐生成速率仅为4.0 mgN/L/h,颗粒污泥氨氮降解速率出现了较大的提升,增加到22.0 mgN/L/h;另外,总氮的去除主要发生在颗粒污泥中。对异养菌而言,可溶解性有机物(SMP)最大变化量在高含量絮状污泥阶段为481.6 mg/L,高于低含量絮状污泥阶段的212.8 mg/L。另外,根据物料守恒推算,反硝化细菌(HDB)脱氮贡献率在不同阶段中分别为6.1%和1.0%。(3)通过高通量检测发现,不同阶段的颗粒污泥和絮状污泥样品(62-F、62-G、123-F和123-G)所得到的OTU值分别为4791个、6119个、3070个和3366个。不同阶段的样品之间差别较大,而同一阶段的絮状和颗粒样品间差异较小,说明系统内生物类型和多样性主要是受到污泥比例变化的影响。在菌群结构方面,Planctomycetes是所有样品中主要的门,分别占54.31%、45.01%、28.17%和23.08%。在对系统内功能菌群分布检测时发现,氨氧化细菌(AOB)几乎全部由Nitrosomonas组成,并且在任何阶段中在絮状污泥中的丰度均高于颗粒污泥,但当絮状污泥含量减少时,AOB在颗粒中的丰度增加。而亚硝酸盐氧化菌(NOB)在高絮状污泥含量阶段在颗粒污泥中丰度较高,但在低絮状污泥含量阶段则在絮状中丰度更高。AAOB在高絮状污泥含量阶段是系统内优势菌群,主要为Candidatus Kuenenia和Candidatus Brocadia,在絮状和颗粒中的丰度均超过35%;但在后续的阶段中,受到污泥形态变化的影响,厌氧氨氧化细菌(AAOB)丰度出现较大幅度的降低。在低絮状污泥含量阶段,随着DO的降低以及FA的提高,系统内颗粒污泥NOB活性从5.80 mgN/h/gVSS下降到3.24 mgN/h/gVSS,AAOB活性则从3.15 mgN/h/gVSS升高到5.64 mgN/h/gVSS。(4)基于ASM2水质模型,通过微生物动力学方程进行絮状-颗粒耦合系统菌群分布特征预测模型的构建;最终模型预测结果显示:在絮状污泥与颗粒污泥浓度为1:2时,系统有利于AOB在絮状污泥中的富集,并且能够促进AOB和AAOB在颗粒污泥中的生长;在污泥比例为1:10时,絮状污泥中AOB依旧保持良好的生长状态,但AAOB则在与NOB的竞争中处于劣势地位;颗粒污泥中功能菌生长趋势与前一阶段相比没有明显变化。
【图文】:

氮转化,途径,两级处理,短程硝化


武汉理工大学硕士学位论文(PN,PartialNitrification)与厌氧氨氧化反应结合实现氮-1 所示,首先 AOB 消耗氨氮产生亚硝酸盐,随后 AAO氨氮和生成的亚硝酸盐生成氮气,,在此基础上所开发出ON-ANAMMOX 工艺、CANON 工艺、OLAND 工艺以据反应器装置数量,这些组合工艺可分为单级和两级处理指将短程硝化和厌氧氨氧化反应置于同一反应装置LAND 工艺等。而两级处理系统则是将短程硝化和厌氧装置中进行,代表工艺为 SHARON-ANAMMOX 工艺。H4++1.3NO2-+0.066HCO3-+0.13H+→ 1.02N2+0.26NO3-+0.066CH2O0.5N1.5+2H2O

厌氧氨氧化,系统发育树,细菌,硕士学位论文


武汉理工大学硕士学位论文发现了 Ca. Anammoxoglobus. propionicus 一个种;④Jettenia,包含 Ca. JetteniAsiatica 和 Ca. Jettenia. caeni 两种;⑤Scalindua,代表种有 Ca. Scalindua. brodae,Ca. Scalindua. profunda 和 Ca. Scalindua. wagneri 等;⑥ Anamoximocrobium,目前只发现 Ca. Anamoximocrobium. moscowii 一种。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X703;X172

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本文编号:2667781

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