基于沸石序批式反应器亚硝化的氧化铁红废水低碳脱氮研究

发布时间：2020-06-09 13:06

【摘要】：氧化铁红废水经过烧碱中和沉淀法处理后,仍含有高浓度氨氮、硫酸根且缺乏碳源与碱度,能否有效降低废水氨氮处理成本将决定该工艺是否能实现工程化应用。为了实现该废水的低耗高效处理,本研究构建了两种低碳脱氮工艺亚硝化反硝化工艺‖和部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺‖。由于两者的关键点和难点都在于稳定亚硝化,本研究首先开展了以沸石序批式反应器(ZSBR)为基础的研究,通过控制游离氨(FA)、曝气策略等因素,富集了氨氧化菌(AOB),使其分别实现了稳定高效的完全亚硝化和部分亚硝化。然后将ZSBR分别耦合厌氧上流式污泥床(A-USB)形式的反硝化反应器和厌氧氨氧化反应器处理实际废水,以期为氧化铁红废水的低碳脱氮处理提供理论支持。研究结果总结如下:完全亚硝化试验:在换水比为2/3、外回流比为2/1、曝气量为1.3m~3/h的条件下,ZSBR曝气6.5h,亚硝化率(NAR)≥95%,亚硝酸盐产率(NPR)可达0.48kg/(m~3·d),并在后续试验中充分利用了反硝化回流碱度,NaHCO_3的碱度投加比仅为4.5-4.9/1。部分亚硝化试验:在Na_2CO_3的碱度投加比为4.3/1、换水比为1/2、曝气量为1.0m~3/h的条件下,控制ZSBR出水pH为7.0-7.3(约曝气8h),可准确控制出水NO_2~--N/NH_4~+-N为1.1-1.5,NAR≥92%,NPR最高可达0.72 kg/(m~3·d)。试验各阶段氨氮转化均符合零级反应,且阶段Ⅰ-Ⅳ下的氨氮去除速率符合Grau模型的拟合方程(v=0.30158×1200×S_0/S_e)。亚硝化反硝化工艺:以ZSBR完全亚硝化出水作为反硝化进水,在不同碳源的平行试验中,葡萄糖和乙醇为最适碳源,其最适投加碳氮比分别为2.5/1和2/1。反硝化试验以葡萄糖为碳源,当水力停留时间(HRT)为1.5h时,平均TN去除负荷(TRR)约为2.87kg/(m~3·d),TN去除率(TRE)≥85%。此外,试验采用低HRT、定期排泥与定期曝气的策略能有效抑制硫酸盐还原菌(SRB)的作用,避免了反硝化系统的崩溃。该工艺的运行成本约为24.4元/吨水,比硝化反硝化工艺(约32.00元/吨水)节约了22%以上的费用。部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺:以ZSBR部分亚硝化出水作为厌氧氨氧化进水,当进水TN浓度为300mg/L时,TRE≥70%,最高TRR达到了0.50kg/(m~3·d),废水中的高浓度SO_4~(2-)没有对厌氧氨氧化造成不利影响。该工艺的运行成本仅为约10.16元/吨水,应是最理想的脱氮处理工艺。
【图文】：

氮元素,主要反应,形式

图 1-1 氮元素在自然界中的主要反应形式Fig.1-1 The main reaction forms of nitrogen in Nature在自然界氮循环过程中，大气中的 N2可以经过闪电、工业固氮的作用转化为 NH和 NO3-，微生物或植物通过生物固氮作用吸收同化自然界中的 NH4+和 NO3-，从而产生含有有机氮的生物大分子；有机氮经过氨化细菌的氨化反应可以转化为 NH4+；NH4+可以通过氨氧化菌（AOB）的亚硝化反应转化为NO2-，在进一步经过亚硝酸盐氧化菌（NOB的硝化反应转化为 NO3-；水体中的 NO2-与 NO3-可以在反硝化细菌的反硝化作用下逐步还原成最终产物 N2；而 NH4+和 NO2-还可以在厌氧氨氧化细菌的作用下发生厌氧氨氧化作用转化为 N2，同时产生少量 NO3-。自然环境中的氮元素循环是维持生态系统稳定的重要一环，但随着工业固氮产量的不断提高，大量工业废水中的氮元素需要通过废水处理转化为 N2返还到大气中，因此氨化作用、亚硝化作用、硝化作用、反硝化作用和厌氧氨氧化作用这些可以工程化运用的废水生物脱氮技术得到了广泛的研究和应用。1.3.1 氨化作用

脱氮工艺,硝化反硝化,鸟粪石

华南理工大学硕士学位论文最后将鸟粪石沉淀收集，，便可脱除废水中的氨氮。3-+NH4++6H2O MgNH4PO4·6H2O（鸟粪石）在处理高氨氮废水上处理效果良好稳定，工艺简单，但其方法的实际应用。理方法硝化工艺物脱氮技术由硝化反应和反硝化反应两部分组成，简单的前置反硝化和后置反硝化两种形式，在废水碳源不足的反硝化的处理效果。其工艺流程如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

【参考文献】