单级全程自养脱氮推流式反应器处理生活污水的研究

发布时间：2020-08-17 10:00

【摘要】：全程自养脱氮工艺是一项具有广阔前景的技术,有望使得城市污水处理厂更接近于能源自给自足。然而,相比于已获得较为广泛应用的测流全程自养脱氮工艺,主流全程自养脱氮工艺仍存在很多问题,使得该工艺难以维持稳定运行。由于亚硝酸盐氧化菌(NOB)抑制困难,部分亚硝化过程在长期运行过程中无法维持稳定,制约着全程自养脱氮工艺在城市污水处理中的应用。此外,许多现有的城市污水处理厂采用A/O、A2/O等工艺,拥有大量推流式反应设施,因此,若能对这些现有的推流式反应器进行简单改造即可获得适宜于全程自养脱氮工艺的反应器,将在城市污水处理厂的升级改造中节省大量资金,具有可观的经济价值。本研究采用一个参照A/O反应器设计的推流式反应器,填充固定载体,采用全程自养脱氮工艺,命名为单级全程自养脱氮推流式固定床生物膜反应器。本研究探究了这一新型主流全程自养脱氮反应器的启动与稳定运行策略;并对稳定运行时反应器内不同位置微生物群落结构进行分析,探究主流全程自养脱氮维持稳定运行的微生物学原理;最后通过处理经高负荷活性污泥反应器预处理的实际生活污水,考察主流全程自养脱氮系统在实际污水处理中的运行效能。经过110天的运行,单级推流式全程自养脱氮系统启动成功,在第110天获得了98.8%的NH4+-N去除率和90.6%的TN去除率,同时NRR达到了124.6 g N/(m~3·d)。通过对反应器运行效能和调整措施的分析发现,较高的温度(30℃)、较少进水COD浓度(70mg/L)、间歇曝气、反应器内剩余氨、低溶解氧浓度以及基于出水氮浓度的曝气总量控制等因素共同实现并维持了推流式全程自养脱氮系统的稳定运行,NOB得到了抑制。进一步研究发现,系统的运行效能受曝气量控制的稳定性影响,由于不够稳定的曝气量控制,使得稳定阶段后半段(185d-224d)的NH4+-N去除率和TN去除率分别在86.8%-100%和76.4%-91.6%之间波动。通过考察推流式全程自养脱氮系统不同推流距离处微生物群落结构,发现变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和绿弯菌门(Chloroflexi)在反应器前端具有最大丰度,而浮霉菌门(Planctomycetes)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和未培养门OD1在反应器末端具有最大丰度。反应器中厌氧氨氧化菌包括Candidatus Jettenia和Candidatus Brocadia,其中Candidatus Jettenia是主要的厌氧氨氧化菌,但Candidatus Brocadia随推流距离延长丰度逐渐升高。系统内AOB只有亚硝化单胞菌(Nitrosomonadaceae),在反应器所有位置丰度均不高,特别是在反应器前端丰度极低,沉淀污泥样品和生物膜样品中分别只有0.27%和0.15%。系统内NOB都属于硝化螺菌属(Nitrospira),主要存在于生物膜中,在反应器前端丰度极低(0.05%),但随推流距离延长丰度逐渐升高,在反应器末端具有较大丰度(7.3%)。因此,研究结果表明推流式系统结构特征使得系统内微生物群落结构在空间上存在差异,有助于有效的抑制NOB,维持全程自养脱氮系统稳定性。为考察本研究发明的全程自养脱氮推流式固定床生物膜反应器用于实际生活污水处理的可行性,采用了经高负荷活性污泥法预处理的实际生活污水的出水运行该反应器。结果表明,实际生活污水经高负荷活性污泥法预处理后,平均COD和NH4+-N浓度分别81.6mg/L和44.9mg/L,经全程自养脱氮推流式固定床生物膜反应器处理后,平均出水COD、NH4+-N、TN浓度分别为28.5mg/L、3.7mg/L和7.9mg/L,并且系统仍然维持稳定运行,获得了149.9 g N/(m~3·d)的NRR。因此,研究结果表明高负荷活性污泥反应器与全程自养脱氮推流式固定床生物膜反应器组成的组合系统对实际生活污水有很好的处理效果,而且可以稳定运行。
【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】：X799.3
【图文】：

状况,电子供体,有机物,厌氧

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文在厌氧且存在有机物作为电子供体的条件下将硝酸盐氮还原为亚）反硝化细菌在厌氧且存在有机物作为电子供体的条件下将亚硝酸气。这些采用通过硝化反硝化过程完成生物脱氮的污水处理工艺的厂许多都因曝气量不足，缺少有机物作为电子供体等原因在氮的去问题[5, 14]。

污水处理厂,反应器,类型,传统活性污泥法

- 3 -1. 一级处理 2.传统活性污泥法 3.A2/O 4.A/O 5.氧化沟 6.SBR 7.MBR 8.A/B9.生物膜工艺 10.曝气生物滤池 11.生物接触氧化 12.人工湿地 13.其它图 1-2 中国城市污水处理厂反应器类型[5]

短程硝化反硝化,途径,硝化反硝化

脱氮新工艺硝化反硝化工艺-3 所示，传统的硝化反硝化工艺需要将所有的氨氮先氧化为化作用还原为氮气。再硝化与反硝化的过程中，都会经过因此可以通过将硝化过程限制在亚硝化程度，再利用亚硝反硝化作用完成脱氮。相比于传统的硝化反硝化工艺，短以下优点[15]：在好氧阶段节约 25%的曝气量；在缺氧阶段节约 40%反硝化过程所需的有机物；以亚硝酸盐为电子受体的反硝化速率是以硝酸盐为电子受体倍；降低 20%的 CO2排放量；硝化过程降低 33-35%的污泥产量，反硝化过程降低 55%的污

【参考文献】