鸟粪石结晶联用膜曝气生物膜反应器处理牛粪厌氧发酵液

发布时间：2020-08-14 21:13

【摘要】：膜曝气生物膜反应器(MABR)是一种新兴的处理高浓度有机污废水的生物膜技术,但由于污泥龄无限长导致该技术在除磷方面尤显不足。鸟粪石结晶技术作为一种化学结晶方法可以回收污水中的磷元素来弥补MABR本身的缺陷。本研究重点考察单独运行的膜曝气生物反应器(MABR)和鸟粪石结晶强化除磷联用膜曝气生物膜反应器(MAP-MABR)两者之间在不同运行参数条件下对牛粪厌氧发酵液中污染物的去除效能及生物群落的异同。通过对常规污水指标检测与生物群落构成的表征,揭示二者在高氨氮,COD以及磷酸盐负荷下污染物去除规律及生物群落的演替规律。为MABR反应器的广泛应用夯实基础。在鸟粪石结晶部分,利用MgCl_2·6H_2O为沉淀剂,NaOH为碱度调节剂对ADCMW中氮磷回收以及鸟粪石纯度进行优化。结果表明,在pH为8.0,Mg/P摩尔比为1.8时,磷酸盐有83%的去除,XRD显示此时鸟粪石的纯度最高。随着pH的逐渐增大,磷酸盐的回收可以达到97%以上,但沉淀物中出现CaCO_3以及Ca_3(PO_4)_2等杂质。而在Mg/P摩尔比方面,较低的比率会增加含钙沉淀物的出现,而更高的比率时会造成镁盐的浪费。考虑到磷酸盐的回收、鸟粪石的纯度、后期出水碱度是否适宜生物生长以及经济预算,确定pH为8.0,Mg/P摩尔比为1.8为前期鸟粪石强化处理回收营养物质的最佳参数。实验结果表明,在水力停留时间24h,曝气压力从0.01MP上升到0.04MP,循环流速从50r/min上升到180r/min的过程中,MABR反应器COD、TOC去除效果维持在80%以上,但氨氮,总氮的去除只能达到65%左右。浊度方面拥有良好的去除效果,可以达到85%以上。出水亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度几乎检测不到。而MAP-MABR的去除效果基本都优于MABR反应器,氨氮、TOC、COD和总氮的去除效果都可以达到80%以上。硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的出水含量也几乎为零。浊度也有良好的改善,去除效果可达90%。磷酸盐去除率最高可以达到98%,出水磷酸盐含量只有1mg/L左右。由于生物量数量的庞大,种类的复杂的原因,在冲击试验中,两反应器皆保持良好的抗冲击能力,很快便恢复到原始的去除状态。整个运行周期内调节反应器内溶解氧的含量维持在0.5mg/L的状态,实现了对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的淘汰和氨氧化菌(AOB)的富集,从而实现了短程硝化反硝化(SND)。反应运行后期,在一个水力停留时间内,配置不含有机碳源的氨氮溶液对两反应器进行测试。发现硝酸盐氮一直保持在10mg/L以下,而亚硝酸盐氮发生积累,可高达80mg/L,亚硝化率最高达到89%。并且一个水力停留时间后,总氮减少大约70mg/L,认为反应器内存在厌氧氨氧化(ANAMMOX)及反硝化除磷的过程。生物表征方面,MAP-MABR中出现大量的鳞壳虫,意味着BOD负荷较低,为ANAMMOX提供了环境基础。MABR反应器内出现藻类,这代表较高的磷酸盐含量促使了藻类的繁殖。污泥胞外聚合物测试分析,MABR的设计具有良好的截留生物作用,两反应器胞外聚合物浓度都远远高于原始污泥,为污泥吸附和附着提供较好的环境。高通量数据显示,在门分类上,原始污泥,MAP-MABR以及MABR的种类相似,但数量发生变化。尤为明显的是绿弯菌门(Chloroflexi),放线菌门(Actinobacteria),变形菌门(Proteobacteria),厚壁菌门(Firmicutes),拟杆菌门(Bacteroidetes),两反应器相对于原始污泥都有着明显的增长。其中厚壁菌门和拟杆菌门具有非常强的降解复杂有机物、蛋白质和脂类的能力。绿弯菌门常存在于污泥菌胶团絮状体内部,并以絮体骨架的形式存在,这为生物膜的形成提供了骨架支撑。但Nitrospirae(硝化螺旋菌门)出现明显的下降,证明了亚硝酸盐氧化菌数量的骤减,为SND的实现提供了生物水平的支撑。在纲水平上,Clostridia(梭杆菌纲)有着明显的提升,这类菌具有反硝化除磷的功能,为磷酸盐的去向提供依据。而在属的水平上,Nitrospira(硝酸螺旋菌属)所占比例从1.13%降到了0.1%左右,而Nitrosomonas(亚硝化单胞菌属)的比例从0.1%上升到了0.5%以上。其次,Candidatus Brocadia是一种具有厌氧氨氧化功能的菌属,它的含量从0%上升到0.174%左右,意味着两反应器内均存在ANAMMOX作用,但由于含量较少并不起主导作用。而MAP-MABR反应器中的菌群种类在数量上是多于MABR的。这可能是因为前期鸟粪石结晶过程使污水中氮镁磷元素负荷发生降低从而能让生物更加适应当前环境实现快速增长。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X713
【图文】：

示意图,污染物降解,生物膜,示意图

污染物经历了厌氧层和好氧层于好氧和厌氧微生物的新共生环境，M应器。通过从生物膜的两侧提供氧气和行好氧硝化和缺氧反硝化。氨氮方面，内部扩散，近而被靠近生物膜内侧的氨酸盐氮的浓度不断增大，底物浓度差含有机碳的废水完成反硝化作用。而积较大，可以在很小的空间范围内为具有较大的生物量，提高空间利用率的无限长，给一些生长周期较长的微细菌，以足够的时间去繁衍生长。与作用，也可以保护生物避免有毒废水的于其他活性污泥法及传统生物膜法。染物的去除。1.2-3.50.21-1.080.28-

技术路线图

缓冲系统,反应系统,供气系统,循环系统

图 2-1 MABR 反应器构造MABR 装置有四部分组成：供气系统，反应系统，循环系统，缓冲系统。其气系统由氧气瓶完成，氧气瓶口接减压阀，压力表和流量计，通过控制减压阀节曝气强度，从而控制气量大小。反应系统为 MABR 主体反应器，其构成有分，第一为内胆，其主要目的是为膜丝的缠绕提供载体，使得较小的反应器内

【参考文献】