基于有机缓释碳源的反硝化生物滤池对污水深度脱氮效果研究

发布时间：2020-08-01 13:52

【摘要】：近年来,我国针对自然水体中氮、磷超标的问题,许多省市都出台了更为严格的污水排放标准(准地表Ⅳ类水标准)。在严抓环保的大趋势下,很多污水处理厂面临升级改造的需要。由于南方地区普遍污水碳源浓度较低,无法保证反硝化过程彻底完成,给污水处理厂深度脱氮带来了压力和挑战。本论文对比了目前污水处理厂常用的深度脱氮工艺:MBR膜生物反应器和反硝化生物滤池,认为MBR膜生物反应器虽然有较好的出水效果,但对于中小型污水处理厂有许多不适应性。对于中小型污水处理厂而言,反硝化生物滤池在保证有较好出水条件的前提下,运行成本低和运行维护方便的优点使其在实际应用中有很大空间。课题组前期研究发现生物炭滤池相比普通砂滤池有更好的脱氮效果。本课题在生物炭滤池的基础上,探讨有机缓释碳源对反应器深度脱氮的影响。通过对比不同有机缓释碳源的反硝化脱氮速率,筛选出有较快反应速率的有机缓释碳源;随后建立不同比例的有机缓释碳源生物滤池,进行自然挂膜启动,采用控制变量法依次研究表面水力负荷、C/N比和回流率对反应器出水效果的影响;在优化工艺参数下,探讨反应器对不同污染物去除的稳定性以及对模拟污水的提标处理效果;同时,对反应器内不同高度滤料表面微生物进行初步分析,探讨脱氮机理。得到的主要结论如下:(1)对PLA(聚乳酸)、PHBV(聚羟基丁酸戊酯)、PCL(聚己内酯)生物滤池和砂滤池进行反硝化脱氮对比研究,以PLA为有机缓释碳源的生物滤池和普通砂滤池出水无明显区别,NO_3~--N去除率分别为24%和26%;从第63-80天,PCL生物滤池出水NO_3~--N浓度稳定在1.8 mg/L以下,NO_3~--N去除率达到93%以上,四种生物滤池的反硝化速率大小顺序为:PCL生物滤池PHBV生物滤池PLA生物滤池=普通砂滤池。(2)优选PCL作为有机缓释碳源,不同比例的PCL和生物炭组合成4组反应器,进行为期30天的挂膜启动。在挂膜后期(21~30天),4组反应器NH_4~+-N平均去除率都在75%以上;PCL-3和PCL-4反应器NO_3~--N去除率达到90%以上,TN去除率达到90%以上,PCL-2、PCL-3和PCL-4反应器COD浓度有不同程度的增加;(3)在PCL生物炭滤池中,随着表面水力负荷的增加,COD浓度有一定下降,NH_4~+-N、NO_3~--N和TN出水浓度有不同程度的增加。PCL-4反应器有较强抗冲击负荷的能力,在不同表面水力负荷下均有较好的脱氮效果;(4)不同C/N比对反应器NH_4~+-N去除率影响较小,4组反应器去除率均保持在70%以上。C/N比对反应器出水NO_3~--N、TN和COD浓度影响较大,PCL-3和PCL-4反应器反硝化脱氮效果优于PCL-1和PCL-2反应器反应器。C/N比从3:2.3升高至3:3.8,PCL-3反应器TN出水浓度从10.00 mg/L以下升高至20.00mg/L以上,而PCL-4反应器TN出水浓度始终保持在10.00 mg/L以下,但PCL-4反应器出水COD浓度较高;(5)增加回流率对降低反应器出水COD浓度有较大作用,并在一定程度上强化了反应器去除其他污染物的能力。PCL-3和PCL-4反应器比PCL-1和PCL-2反应器有更高的TN去除率,TN去除率达80%以上,PCL-3和PCL-4反应器COD出水浓度分别降至20 mg/L和45 mg/L左右;(6)在优化工艺参数条件下,即为表面水力负荷0.19 cm~3/(cm~2·min)、C:N=3:2.8和回流率200%。在此工艺条件下,PCL-1、PCL-2和PCL-3反应器NH_4~+-N平均去除率在80%以上,4组反应器均无明显NO_2~--N积累,出水NO_2~--N浓度低于0.017 mg/L;PCL-3和PCL-4反应器TN出水浓度低于10.0 mg/L,PCL-1、PCL-2和PCL-3反应器COD出水浓度在30 mg/L以下,PCL-4反应器COD出水浓度在40 mg/L左右;(7)在优化工艺参数下,4组反应器对模拟一级B标污水提标处理中,PCL-3反应器出水满足提标要求,对模拟一级A标污水提标处理中,PCL-2和PCL-3反应器出水满足提标要求,出水水质符合准地表Ⅳ类水标准的各项污染物限值要求。(8)在对反应器内不同高度上的填料进行微生物分析中发现,PCL-1反应器上、中、下部微生物功能性较为相似,与PCL-3和PCL-4反应器内微生物有一定差异。PCL-1、PCL-3和PCL-4反应器内优势菌门为Protebacteria(48.81%-75.42%)、Bacteroidetes(5.36%-19.72%)和Acidobacteria(0.51%-21.64%),优势菌属为Unclassified_f_Comamonadaceae(1.72%-34.59%)、Simlicispira(0.12%-23.75%)、Terrimonas(0-16.66%);在属水平分析中,3组反应器中PCL-3和PCL-4反应器在动胶菌属(Zoogloea)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)和硝化螺菌属(Nitrospira)有更显著的表现。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：

有机碳源筛选实验装置示意图

有机缓释碳源生物炭滤池装置示意图

其中 PCL-4bot 与其他 3 个样本距离较远，说明 PCL-4 反应器部存在不同功能的微生物。表 6-1 9 个样本微生物测序数据结果Samples Reads OTUs Chao Ace Shannon Simpson Coverag1#top 62009 293 362.03 360.95 3.09 0.061 0.998851#mid 36087 375 395.18 393.87 4.05 0.048 0.998971#bot 44648 377 419.50 411.14 4.08 0.039 0.998853#top 62699 272 306.00 316.29 3.44 0.062 0.999173#mid 67120 260 315.00 310.67 2.82 0.115 0.999163#bot 43431 176 270.23 233.67 2.42 0.180 0.998844#top 64830 328 362.03 364.40 3.56 0.061 0.999224#mid 64476 228 284.40 272.00 2.97 0.095 0.999254#bot 48332 182 227.32 220.53 4.08 0.114 0.99913

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本文编号：2777544