纳米颗粒对自养脱氮工艺的影响研究

发布时间：2020-10-18 11:29

　　 目前,污水脱氮仍然是环境污染治理领域的一项重要任务。然而,传统的脱氮工艺已不能满足日益严格的污水处理标准及污水处理资源化的需求。近年来发展起来的自养脱氮工艺是一种高效、经济的新型工艺,主要包括亚硝化工艺和厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)工艺,该工艺通过氨氮氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)将部分氨氮氧化为亚氮,再通过厌氧氨氧化细菌(Anaerobic ammonia-oxidizing bacteria,AAOB)将剩余的氨氮和产生的亚氮去除,且不需要消耗有机碳源。然而,AAOB生长缓慢,富集困难,导致该工艺启动时间长。同时,AAOB对环境条件的变化非常敏感,极易受到废水中杂质的影响。因此,本文考察了自养脱氮工艺的启动策略,并研究了新兴污染物纳米颗粒(Nanoparticles,NPs)对该工艺的影响机制。本文采用序批式反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR),首先在低溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)≤0.1 mg/L,高pH(7.8~8.0),室温条件下启动亚硝化工艺,待启动成功并稳定运行后,转为厌氧氨氧化工艺运行。在此过程中考察了功能微生物在各阶段的种群演替规律。同时分别在亚硝化阶段和厌氧氨氧化阶段运行稳定后,从反应器中取出污泥,进行了序批实验。针对亚硝化阶段的污泥,分别考察了纳米铜(Cu-NPs)、纳米氧化铜(CuO-NPs)以及CuO-NPs在不同pH水平下对其污泥活性、氨氮去除速率、功能微生物种群、铜在污泥中的分布等方面的影响;针对厌氧氨氧化阶段的污泥,考察不同纳米颗粒对厌氧氨氧化反应速率、总氮去除性能、胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)及微生物种群的影响,并从中选择出具有代表性的CuO-NPs考察了不同粒径CuO-NPs对厌氧氨氧化的影响。通过研究得出以下结论:(1)自养脱氮工艺的快速启动策略为:在室温,pH为7.8~8.0,DO≤0.1 mg/L,进水氨氮为200 mg/L的条件下历时21 d启动亚硝化工艺;在室温,pH为7.8~8.0,进水氨氮和亚氮浓度分别为100 mg/L的条件下历时35 d启动Anammox工艺。经冷冻保存后的亚硝化污泥可采用SBR厌氧预培养-高曝气-MBR连续流运行的方式快速恢复亚硝化污泥活性。在亚硝化阶段,亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)的相对丰度逐渐增加,并在启动厌氧氨氧化后逐渐降低,同时库氏菌(Candidatus_Kuenenia)逐渐升高。(2)Cu-NPs对亚硝化污泥短期抑制阈值是30 mg/L;1 mg/L Cu-NPs的长期作用可使氨氮去除率从90%降低为44.8%,AOB比亚硝酸盐氧化细菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)对Cu-NPs更加敏感;CuO-NPs短期作用对亚硝化的抑制阈值为30 mg/L,而长期作用的抑制阈值为10 mg/L,这是因为污泥对纳米颗粒的吸附和积累增加了其在污泥中的含量。在不添加CuO-NPs的情况下,AOB可以抵抗酸性条件(pH=6.5),添加NPs之后,AOB受到了明显的抑制,而低pH值并没有加剧CuO-NPs的抑制作用。酸性条件提高了Nitrosomonas的相对数量,但是抑制了氨氮的去除,所以自养脱氮系统适宜的pH范围为中性偏碱性。(3)在不同NPs的短期作用中,CuO-NPs和ZnO-NPs在1-50mg/L对Anammox的抑制作用相似,TiO_2-NPs在1 mg/L时对Anammox有促进作用,在5~20 mg/L浓度内显著抑制,在50 mg/L无影响;不同NPs的长期作用对AAOB的直接毒性为CuOZnOTiO_2,积累性毒性强度为CuOZnOTiO_2。不同粒径的CuO-NPs实验结果表明,粒径越小,毒性越大,同时结合Cu(II)的对比实验结果可知,CuO-NPs对Anammox的抑制更多的是由于其纳米效应,而非NPs释放出的铜离子作用,且Candidatus_Brocadia对NPs的耐受性高于Candidatus_Kuenenia。
【学位单位】：郑州轻工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703;TB383.1
【部分图文】：

图 1-1 氮循环原理图Fig.1-1 Schematic diagram of nitrogen cycle工艺与亚硝化工艺结合可以实现全程自养脱氮，与传统耗量[16]，具有很高的总氮去除率，其二氧化碳的产量较动力消耗减少了 60%，不需要另外投加碳源[17]，AAOB胞产率很低[18,19]，所以剩余污泥的产量也很少，符合目用的要求。Anammox 工艺具有脱氮效率高、运行费用低理中发展潜力巨大。mox 工艺存在两种方法为 Anammox 提供电子受体，一中产生 NO2-，随后进入 Anammox 反应器进行反应；一ammox 反应器中产生 NO2-并立即参与 Anammox 应分为分体式（两级系统）和一体式（单级系统）两种氮（CompletelyAutotrophic Nitrogen removal Over Nitr

技术路线

.DO/pH/T 便携式在线监测仪；3.气泵；4.探头；5.曝气环；6排水口。）图 2-1 SBR 反应器设置原理Fig. 2-1 Schematic diagram of SBR污泥活性恢复策略动成功后，将亚硝化污泥在-20℃条件下，冷冻保存两实验设计三种恢复亚硝化污泥活性的策略：①R1 选 Bioreactor，MBR），如图 2-2，用低 ρ（DO）连续流，如图 2-1 所示，采用低 ρ（DO）间歇流恢复策略；氮预培养-高曝气-低 ρ（DO）运行三阶段的恢复策略示。R2 和 R3 每天运行两个周期，换水比 90%，各应 480min，沉淀 30min，排水 5min，静置 200min洗泥，以保证各周期开始时三氮浓度一致。表 2-4 反应器运行参数Table 2-4 Main parameters for the three reactors
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 朱友利;郭劲松;;基于厌氧氨氧化的单级自养脱氮工艺研究进展[J];工业水处理;2013年06期

2 刘成军,王志刚,钟建强;天然气脱氮工艺综述[J];石油规划设计;2000年04期

3 逯焕波;廖德祥;杨开亮;占志强;石文潮;陈立楠;杨非;;全程自养脱氮工艺研究进展[J];广州化工;2017年13期

4 王林红;;单级自养脱氮工艺及功能微生物研究进展[J];山西建筑;2014年35期

5 郭劲松;罗本福;方芳;;生物脱氮研究的新进展——全程自养脱氮工艺[J];环境科学与技术;2005年06期

6 顾晓峰;王日生;吴宝清;陈赓良;;天然气脱氮工艺评述[J];石油与天然气化工;2019年01期

7 何国民,袁修荣,陈传华;润滑油基础油液相脱氮工艺的开发及工业化[J];炼油设计;2000年10期

8 王飞,侯晶,牛建平;镍基高温合金脱氮工艺的研究[J];真空;2005年05期

9 胡超;;脱氮工艺在化工污水处理中的应用[J];石油石化绿色低碳;2018年06期

10 宋雪玲;;SBR脱氮工艺探讨[J];化工设计通讯;2018年03期

相关博士学位论文 前7条

1 胡博;多段进水A/O生物膜脱氮工艺运行性能研究[D];长安大学;2011年

2 李彭;不同电子供体深度脱氮工艺及微生物群落特征研究[D];清华大学;2014年

3 梁志伟;短程硝化反硝化联合脱氮工艺运行策略与硝化生物膜特性研究[D];浙江大学;2010年

4 赵茜;短程脱氮工艺去除煤气化废水中总氮的特性及效能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

5 杨群;低C/N比污水EMBR脱氮工艺研究[D];华中科技大学;2011年

6 刘涛;基于亚硝化的全程自养脱氮工艺（CANON）效能及微生物特征研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

7 杨国红;SBBR单级自养脱氮工艺性能与氮转化途径研究[D];重庆大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 周月;纳米颗粒对自养脱氮工艺的影响研究[D];郑州轻工业大学;2019年

2 孙学影;基于硫化物硝酸菌抑制的城市污水单级自养脱氮工艺研究[D];东北林业大学;2013年

3 唐欣;低强度超声促进单级自养脱氮工艺处理氨氮废水[D];大连理工大学;2015年

4 冯继贵;活性污泥法单级自养脱氮工艺的启动与稳定性研究[D];长安大学;2015年

5 蒋燕;膜生物反应器脱氮工艺的研究[D];苏州大学;2007年

6 邓杨帆;SBBR单级自养脱氮工艺启动及其脱氮性能研究[D];长安大学;2015年

7 杨哲;A/O脱氮工艺的模拟系统研究[D];同济大学;2008年

8 于莉芳;分段进水A/O脱氮工艺中试试验研究与分析[D];西安建筑科技大学;2005年

9 韩光辉;分段进水A/O脱氮工艺中试研究[D];西安建筑科技大学;2005年

10 李玉萍;曝气生物滤池脱氮工艺的技术研究[D];山东大学;2006年

本文编号：2846240