内碳源反硝化脱氮除磷特性对比研究

发布时间：2020-06-07 02:41

【摘要】：内碳源反硝化是指在外碳源缺乏时一些微生物如反硝化聚磷菌和反硝化聚糖菌能够消耗体内PHB(聚-β-羟基丁酸酯),为反硝化反应提供能量并供其生长及糖原质合成。利用内碳源驱动反硝化可以简化脱氮工艺流程,节省曝气量,减小污泥产量,解决污水处理过程中外部碳源缺乏的问题。本实验利用两套SBR反应器分别培养驯化反硝化聚糖菌和反硝化聚磷菌,考察了 C/N比、碳源类型、电子受体以及内、外碳源对聚糖菌反硝化和反硝化除磷的影响,并研究了两种微生物内碳源转化及反硝化N2O释放情况。实验结果如下:以硝酸盐为电子受体,乙酸钠为碳源培养微生物,经过362个周期的驯化,成功培养出反硝化聚磷菌,缺氧吸磷速率达到23mg/(L·h);经过320个周期的驯化培养出反硝化聚糖菌,NO3--N去除速率达到31.3mg/(L·h)。进水C/N比对DPAOs和DGAOs脱氮除磷效果具有重要影响。对于DPAOs,在进水COD浓度为200～500mg/L条件下,控制厌氧时间大于1h,可以同时满足有机物降至最低和磷达到最大释放量。进水COD、NO3--N和可溶性P的质量比为300:90:15时,去除N、P所需的耗氧有机物最少,P043--P和NOx--N去除率分别达到98.1%和98.8%,缺氧段每吸收1mg磷酸盐消耗1mg的硝酸盐;对于DGAOs的系统内,当进水COD、NO3--N质量比为400:60时反硝化性能最佳,NOx--N的去除率为89.1%。对于以乙酸钠为碳源、硝酸盐为电子受体培养的DPAOs和DGAOs,以亚硝酸盐为电子受体时DPAOs缺氧吸磷速率为3.8 mg/(L ·h),仅为硝酸盐为电子受体时14.8%。DGAOs反硝化速率为5.1 mg/(L ·h),相比以硝酸盐为电子受体时的39.7mg/(L ·h),速率下降87%,但延长缺氧时间反硝化率仍可达到88%;进水碳源为葡萄糖时两种微生物的反硝化性能均会下降,DPAOs和DGAOs反硝化速率分别为59.1%、61.4%;缺氧阶段外碳源的存在会使DPAOs系统反硝化除磷效果变差,缺氧吸磷率仅为7.7mg/(L·h),较内碳源反硝化吸磷率下降了 70%,而DGAOs能够利用外碳源进行反硝化,且相比内碳源驱动反硝化NOx--N降解速率提高了 4%。两种微生物PHB的积累和消耗与COD的降解、糖原质的合成有良好的相关性。厌氧阶段,COD随着磷的释放和PHB的积累被快速消耗,缺氧段PHB降解为反硝化提供能量并再合成糖原质。典型周期内DPAOs和DGAOs每消耗1mol的PHB分别约生成0.63mol、0.6mol的糖原质。进水C/N比越高时,二者厌氧阶段PHB的储存速率和储存量越大;当以亚硝酸盐为电子受体或葡萄糖为碳源时,PHB和糖原质的合成速率会下降;当缺氧段外加碳源时,PHB浓度仍上升。DPAOs和DGAOs反硝化过程均产生了 N20,后者较前者释放量高87%。
【图文】：

实验装置,反应器

２．１．１母反应器ＳＢＲ装置逡逑采用两套ＳＢＲ反应器，编号１＃、２＃，分别培养ＤＰＡＯｓ和ＤＧＡＯｓ。反应器均为有逡逑机玻璃管制成的圆柱体，如图２．１所示。高４５０ｍｍ，内径１４０ｍｍ，有效容积为５Ｌ。反逡逑应器底部一侧装有微孔曝气砂头，采用小型空气压缩机曝气，，转子流量计控制曝气量，逡逑顶部配有机械搅拌器；进水管位于反应器上部一侧，由进水泵进水；出水管位于反应器逡逑中部，连接电磁阀控制出水；进水泵、搅拌器、空气压缩机、和电磁阀连接自控系统，逡逑可实现自动进水、搅拌、曝气、排水等工序。逡逑搅拌器逡逑Ｐ水位计逡逑。逦排水口逡逑￣＇Ｉ逦■」逡逑蠕动泵逦＃逡逑？逦「逡逑Ｉ流逡逑Ｕ逦邋千~|逡逑水箱逦曝气机逡逑图２．１邋ＳＢＲ实验装置逡逑Ｆｉｇ．２．１邋ＳＢＲ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑ＤＰＡＯｓ和ＤＧＡＯｓ微生物培养过程中反应器运行方式经历了三种模式：厌氧／好氧，逡逑厌氧／缺氧／好氧和厌氧／缺氧，具体周期组成如表２．１所示。逡逑ＩＩ逡逑

示意图,批式实验,反应器,示意图

２．２批式实验逡逑２．２．１批式实验装置逡逑微生物成熟后采用多个小型ＳＢＲ反应器考察其性能，实验装置如图２．２所示，有效逡逑容积为１．５Ｌ。采用人工瞬时进水，磁力搅拌器进行搅拌，空气压缩机曝气，可实现厌氧逡逑／缺氧／好氧反应过程。逡逑磁力搅拌器逡逑１逦，逡逑ｆ￣逦１逡逑Ｔ逡逑逦邋＼逡逑Ｔ逡逑Ｔ逡逑￣邋＼逡逑Ｉ逦Ｉ逡逑ａ逡逑曝气泵逡逑图２．２批式实验反应器示意图逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｂａｔｃｈ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｒｅａｃｔｏｒ逡逑１３逡逑
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】