硝化菌表观和实际比增长速率关系和估计研究

发布时间：2020-08-20 16:33

【摘要】：近年来,随着社会各界对生态环境问题的日益重视,从国家到地方也相继颁布了更为严格的污水排放标准。高效、经济的生物脱氮技术就成为了广大专家学者研究的重点。短程硝化是将硝化过程控制在氨氮被氧化为亚硝态氮阶段的一种新型生物脱氮技术。短程硝化的关键就是要抑制NOB的生长,促进AOB的繁殖,从而需要对AOB和NOB两种硝化细菌的生长特性进行研究。已有不少文章对硝化细菌的溶解氧亲和力进行了研究,但是对硝化细菌生长速率方面的研究较少。本文主要以污泥颗粒尺寸与最大比增长速率为研究对象,对AOB与NOB生长速率之间的关系进行研究。本课题将采用CSTR和SBR反应器分别培养氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB),通过不断提高反应器容积负荷,分析CSTR和SBR反应器内水质变化情况。利用光学显微镜观察不同运行阶段AOB和NOB的颗粒形态和尺寸大小。通过动力学测定装置测定硝化细菌的最大比增长速率,研究硝化细菌最大比增长速率与污泥颗粒尺寸之间的关系。通过研究,得到以下结论:(1)通过逐步提高反应器进水容积负荷,可以实现硝化细菌的快速增殖,同时加快硝化细菌的颗粒化过程。增大进水容积负荷会使反应器初期的处理效率降低,微生物应对容积负荷的升高需要一定的适应时间。(2)随着反应器进水容积负荷的不断增大,CSTR反应器中N02--N累积率也在不断升高,说明高氨氮容积负荷对NOB的生长具有抑制作用。反应器进水容积负荷持续升高,AOB和NOB想要恢复对NH4+-N和NO2--N较高的去除效率需要经过更长的反应时间。面对突然增大的容积负荷,NOB比AOB具有更好的抵抗冲击负荷的能力。(3)硝化污泥培养初期,污泥主要为絮状结构;培养后期,反应器内形成外形近似圆形和椭圆形的污泥颗粒。污泥颗粒具有明显的尺寸边界,轮廓清晰,结构紧实,形态饱满。污泥颗粒尺寸越大,溶解氧和底物进入到颗粒内部的阻力也越大,培养的时间也越长。由于NOB的生长速率小于AOB的生长速率,所以在相同的培养时间下,NOB形成的颗粒尺寸要小于AOB形成的颗粒尺寸。(4)CSTR反应器和SBR反应器运行期间,通过不断提高反应器容积负荷,AOB和NOB颗粒尺寸分别增大至445μm和359μm。由于混合溶液中的溶解氧和底物进入到污泥颗粒内部需要克服较大的扩散阻力,所以随着污泥颗粒尺寸的不断增大,硝化细菌的最大比增长速率也在逐渐降低。培养过程中,AOB最大比增长速率从1.12d-1降低至0.20d-1;NOB最大比增长速率从0.83d-1降低至0.1 0d-1。(5)硝化颗粒污泥尺寸较小时,OUR曲线呈指数增长;硝化颗粒污泥尺寸较大时,OUR曲线呈线性增长。(6)当AOB颗粒粒径在21-278μm范围时,AOB最大比增长速率随颗粒粒径增大而减小的趋势缓慢;当AOB颗粒粒径在278-445μm范围时,AOB最大比增长速率随颗粒粒径增大而减小的趋势较快。NOB最大比增长速率与污泥颗粒尺寸之间呈现线性递减的关系。当污泥颗粒粒径在232μm左右时,AOB与NOB最大比增长速率的差值最大。根据这一特性,在实际污水处理工艺中,培养硝化颗粒污泥使其粒径尺寸达到232μm左右,通过控制污泥停留时间,达到淘洗NOB,快速启动短程硝化的目的。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：

示意图,活性污泥絮体,浓度梯度,示意图

１９１４邋年，Ａｒｄｅｒｎ邋和邋Ｌｏｃｋｅｔｔ邋首次提出序批式反应器（Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ邋Ｂａｔｃｈ邋Ｒｅａｃｔｏｒ，ＳＢＲ），逡逑又称间歇式活性污泥法。ＳＢＲ反应器同时具有曝气反应和沉淀分离的功能，依次进行进水、逡逑反应、沉淀、排水、闲置五个过程，运行方式如图１－４所示，完成一个反应周期ｔＷ。逡逑Ｕｉｕｙｕ逡逑进水逦反应逦沉淀逦排水逦闲置逡逑图Ｍ邋ＳＢＲ脱氮工艺运行方式逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｔｈｅ邋ｏｐｅｒａｔｉｏｎ邋ｍｏｄｅ邋ｏｆ邋ＳＢＲ邋ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑１．１．４新型生物脱氮工艺逡逑传统生物脱氮工艺大多能耗高，占地面积大，基建投资高。伴随着城市污水低Ｃ／Ｎ比逡逑等问题，新型生物脱氮技术目前成为广大专家学者研宄的重点。逡逑（１）同步硝化反硝化（ＳＮＤ）工艺逡逑根据传统生物脱氮理论，硝化作用和反硝化作用分别只能在好氧和缺氧条件下才能进逡逑行。但最近有学者在ＳＢＲ、氧化沟等反应系统中发现，即使在好氧条件下也存在反硝化现逡逑象，这种现象被称为同步硝化反硝化现象（ＳｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓＮｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄ邋Ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，简逡逑称邋ＳＮＤ）。逡逑ＳＮＤ工艺的原理是ｌ３８＂４％由于微生物膜存在一定厚度，并且污泥絮体内部的微生物想逡逑要利用污泥絮体外部的溶解氧需要克服一定的扩散阻力。所以在污泥絮体外部溶解氧浓度逡逑较高，形成好氧区，主要进行硝化反应；污泥絮体内部溶解氧浓度较低，形成缺氧区，主逡逑要进行反硝化反应

反应器,主要设备,参数,导流筒

２．１试验装置逡逑２．１．１邋ＣＳＴＲ反应器逡逑氨氧化细菌（ＡＯＢ）的培养采用ＣＳＴＲ反应器，如图２－１所示。反应器采用有机玻璃逡逑制成。反应器顶部直径２０ｃｍ，底部直径１０ｃｍ，高８０ｃｍ，有效容积为７．２Ｌ。在反应器内部逡逑设置导流筒，通过在导流筒底部曝气的方式，实现混合液在导流筒内外的循环。本试验采逡逑用人工配制的模拟污水，通过调节蠕动泵转速，使氯化铵溶液以一定流量从进水箱中流入逡逑反应器底部。反应器上端设置一溢流口，经过处理的污水和沉降性能较差的污泥将通过溢逡逑流口排出反应器外。在反应初期，微生物主要以絮状污泥的形式存在于反应器内，污泥沉逡逑降性能较差，若不进行污泥回流，将有大量污泥流失。此时可在反应器外放置一水桶，用逡逑以收集流出的污泥，并将污泥回流至反应器内。通过软管将曝气泵和微孔曝气头相连，将逡逑微孔曝气头置于反应器底部

反应器,蠕动泵,微孔曝气,转子流量计

逦成丰仪表逡逑２．１．２邋ＳＢＲ反应器逡逑亚硝酸盐氧化细菌（ＮＯＢ）的培养采用ＳＢＲ反应器，如图２－２所示。反应器采用玻璃逡逑材质。反应器直径８ｃｍ，高４８ｃｍ，有效容积为２Ｌ。进水和出水均采用蠕动泵控制，进水逡逑管置于反应器底部，出水管置于反应器１／２处。进水蠕动泵、出水蠕动泵和曝气泵均通过逡逑安装电子定时器的方式控制反应时间。将微孔曝气头置于反应器底部，在微孔曝气头和曝逡逑气泵之间安装转子流量计，通过调节转子流量计流量大小控制反应器内溶解氧浓度。将溶逡逑氧仪探头置于反应器内，利用实验室自主开发的Ｍａｔｌａｂ程序，将溶解氧数据传输到计算机逡逑中，实时监测反应器中溶解氧的变化情况。当温度较低时，在反应器周围包裹一层橡胶加逡逑热带，以保证ＮＯＢ能够在适宜的温度下进行生长。在反应初期，微生物主要以絮状污泥逡逑的形式存在于反应器内

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