零价铁快速启动好氧反硝化实现强化脱氮及应用研究

发布时间：2020-06-15 02:28

【摘要】：随着科技进步,人口增长,土地短缺和能源紧张的问题的日益突出,如何降低污水处理设备的能源消耗,减少处理设施占地面积,提高处理工艺净化效率的需求变得越来越紧迫。与传统的生物脱氮工艺相比,同步硝化反硝化具有能够节省碳源、降低能耗、减少设施占地面积、提高处理能力、简化日常操作流程等优点。而稳定高效的好氧反硝化是实现同步硝化反硝化的关键。另一方面,铁作为微生物活动所必须的元素,亦是污水生物脱氮过程中必不可少的元素之一。通过向污水处理系统中添加零价铁或铁盐来调高污泥活性及处理性能,是近年来出现的一种新型生物处理方法。本研究探究了零价铁通过快速启动好氧反硝化实现强化生物脱氮的现象与机理,通过在好氧硝化系统中投加零价铁,验证了零价铁可快速强化脱氮,并以快速强化脱氮为切入点,论证了零价铁对好氧反硝化的启动起主要作用。通过探究零价铁投加量对生物脱氮效率的影响,得到最优铁投加量,并在此基础上,分别考察了铁作为电子供体、铁的微生物腐蚀、嗜铁菌种群结构对反硝化的贡献,并通过宏基因组学深入探究零价铁快速启动好氧反硝化的作用机制。最后,采用零价铁强化序批式生物膜反应器,对江苏某印染厂生产过程产生的印染废水混合实验室配水后进行处理,以考察零价铁是否可以强化序批式生物膜法系统对印染废水处理效能。得到的主要结论如下:(1)投加零价铁可使生物脱氮效能迅速提高,好氧反硝化启动时间为1~2天,系统脱氮效果可稳定在60%左右。(2)零价铁强化体系最佳投量为80 g/L,与投加其他价态的铁盐相比,零价铁是引起快速强化脱氮的主要原因,并对于增强生物脱氮效果有维持作用。(3)在微生物腐蚀作用下,零价铁可作为一部分电子供体被部分反硝化菌利用,并以硝酸盐为最终电子受体,且腐蚀产生的大量新生铁离子还可能迅速刺激微生物酶活性和细菌本身活性,从而促进了好氧反硝化,提高了生物脱氮效果。(4)零价铁的引入,造成活性污泥中某些微生物菌群在空间位置上发生了迁移,部分具有更强反硝化能力的微生物有选择性地朝富铁环境聚集,从而有利于脱氮效率的提高。(5)采用零价铁强化江苏某印染厂生产过程产生的印染废水混合实验室配水,结果表明,出水COD稳定在60±10 mg/L,零价铁强化体系的出水总氮更低,稳定在15±5 mg/L。零价铁在生物膜系统中仍表现出较好的脱氮强化作用,因此,有望在印染废水处理中采用零价铁强化生物脱氮效能。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：

流程图,生物脱氮,流程

废水中的氮通常以含氮有机物、氨氮、硝酸盐氮及亚硝酸盐氮等形式存在到目前为止，人们已经对转化和去除污水中的氮进行了大量的研究工作，主要的处理方法分为物化法和生物法。物化法主要包括吹脱法、折点加氯法、离子交换法等[1]。但物化法普遍能耗大，运行费用高，容易产生二次污染，且处理效果较难满足当今越发严苛的排放标准。而依靠微生物作用转化成气态氮的生物法，以其操作简单、费用低廉，且能够兼顾各种形式的含氮化合物，因而广泛用于污废水的脱氮处理。本研究以生物法为基础，考察零价铁对生物脱氮的影响，所以本节着重描述了生物脱氮的原理及应用。1.1.1 生物脱氮原理废水中氮的去向主要包括以下三种方式[2]：一部分被微生物吸附或同化，随剩余污泥从水中分离；另一部分通过微生物作用转化为 N2、NxOy等含氮气体从水体逸出；其余则随出水排出。废水中氮的转化主要通过微生物处理过程中的氨化、硝化、反硝化和同化等实现。生物脱氮流程如图 1-1 所示。

工艺图,工艺,反硝化

图 1-2 Barth 工艺Fig. 1-2 Barth process2、前置缺氧—好氧生物脱氮工艺（A/O 工艺）A/.O 工艺开发于 20 世纪 80 年代初，该工艺将反硝化段放置在系统最前前应用较广泛的一种生物脱氮处理技术。由于反硝化设置在最前端，微优先利用污水中现有的有机物为碳源进行反硝化，通过内循环将曝气池大量的硝化产物——硝酸盐回流到缺氧池继续参与反硝化。反硝化过程

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