低强度超声波强化含氮废水生物脱氮研究

发布时间：2020-10-21 13:13

　　 基于硝化和反硝化的传统生物脱氮工艺,易受到外界环境因素干扰而导致微生物活性降低、生物处理性能下降。超声波是一种环境友好型物化技术,被广泛应用在污泥处理中。近年来低强度超声波被引入到生物处理反应器中,发现在低温、低溶解氧、低碳氮比等情况下均能够有效提高生物活性和污染物处理效能。本研究采用低强度超声波,通过合理控制超声条件,从而有效地提高目标菌群的微生物活性,达到强化污水生物脱氮目的。本研究将低强度超声辐照SBBR反应器,通过控制不同的超声辐照参数,对比不加超声组,考察系统脱氮效能,并优化生物脱氮的超声参数。研究不同C/N以及不同进水氨氮浓度下,超声对生物脱氮的强化作用,并对不同工况下微生物的胞外聚合物及微生物群落结构与功能菌群进行分析,探讨超声对生物脱氮的强化机制。本研究得出主要结论如下:(1)低进水氨氮浓度下,低功率超声辐照可以提高氨氮去除率,超声功率越高,对氨氮去除促进作用越强。功率为45 W时,亚硝氮积累率最高,AOB占比最高,NOB占比低于空白组。超声功率越高,TN去除率越低。超声组反硝化菌属的占比随着超声功率的升高而降低;较高功率超声辐照下,当超声功率为180 W,辐照时间为10 min,DO为2 mg/L时,反应器氨氮及TN去除率最高。超声组生物膜中EPS含量高于空白组,随着超声功率的升高,EPS含量逐渐升高。高通量分析结果表明,超声功率较高时,生物膜中存在异养硝化—好氧反硝化菌。超声组NOB的占比低于空白组。超声功率越高,厌氧氨氧化菌Candidatus Kuenenia的占比越高;在每个周期都超声辐照方式下,超声功率为45 W,超声时间为10min时,氨氮去除率最高。功率为45 W,超声时间为5 min时,总氮去除率最高。超声辐照方式为一个周期,停一个周期时,超声时间为30 min时,TN去除率最高。(2)低进水氨氮浓度,低超声功率下,随着C/N的升高,NAR降低,TN去除率升高。C/N为4时,氨氮去除率最高。C/N越高,Nitrosomonas的占比越低,然而C/N为5时,占比最高。C/N不同,反硝化菌的优势菌也不同。C/N为3时,厌氧氨氧化菌占比最高;高超声功率下,不同C/N时超声组的氨氮及TN去除率均高于未超声组。碳源的升高会促进反硝化作用的进行,C/N过高时,DNRA反应发生。该工况AOB菌占比低,存在进行异养硝化—好氧反硝化菌。同一C/N下,超声组的NOB菌占比较低。超声作用能够很好的抑制丝状菌的生长。C/N为1时,Candidatus Kuenenia的占比最高。与低超声功率不同,随着C/N的升高,厌氧氨氧化菌的占比逐渐降低。(3)低进水氨氮浓度下,超声组TN去除负荷高于空白组。过快的提高进水氨氮可能会对反应器中的微生物有一定的破坏作用;进一步提高进水氨氮负荷后,有亚硝氮积累且超声组NAR高于空白组。超声组随着氨氮浓度的升高,EPS含量稍有降低;提高水力停留时间,氨氮进水负荷均降低,氨氮及TN去除率升高,TN去除负荷均有所降低。空白组EPS含量显著升高。超声组氨氮浓度越高,EPS含量越高。超声组与空白组均中存在异养硝化-好氧反硝化菌,硝化菌占比较低。超声组异养硝化—好氧反硝化菌占比较低,传统反硝化菌占比较高。空白组厌氧氨氧化菌占比高于超声组。(4)高进水氨氮浓度下,空白组的氨氮及TN去除率均低于超声组。进水氨氮浓度高时,TN去除负荷也较高。4组反应器进水氨氮浓度同时提高后,超声组的氨氮去除率及TN去除负荷仍高于空白组。进水氨氮浓度最高时,其厌氧氨氧化菌的占比最高,该工况下存在厌氧氨氧化、短程硝化反硝化与全程硝化反硝化耦合作用。超声组中氨氮浓度越高,EPS含量越高。在高氨氮浓度下,超声作用可以促进AOB,对反硝化菌有一定的促进作用。进水氨氮浓度相同时,空白组中厌氧氨氧化菌占比高于超声组。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703
【部分图文】：

反应装置如图 2-1，图 2-2 为反应器的示意图。反应器 1,2,3,4 均为有 的烧杯，内径为 8.5 cm，高为 10 cm。反应器均采用 PU 海绵为生物膜为 50%。底部设置砂石曝气盘曝气，连接质量流量计和空气压缩泵，氧均匀控制。通过水浴锅控制 4 组反应器水温一致且温度为 30±2℃。为进水（进水时间为 5 min）同时出水（出水时间为 5 min），静置时应器 1 不进行超声辐照，设为对照组，反应器 2/3/4 均采用进水—超应—出水的运行方式(换水周期由不同工况决定)。实验期间，超声过进行。反应器总量 500 mL，填料所占体积为 250 ml，加水到 500 mL2/3。反应器进水后立即超声，分别将 R2、R3、R4 反应器取出放入隔高度，使变幅杆末端插入样品液面 15~20 mm 并使其位于反应器中心破碎机调节不同超声功率比及超声时间，分别对 R2、R3、R4 反应器超声辐照后停止，将反应器放入水浴锅中继续运行。

图 2-2 SBBR 工艺示意图Fig.2-2 Schematic diagram of SBBR process取自山西某污水处理厂 SBR 工艺曝气池中活性污泥，将取恢复其污泥活性。将活性污泥与配水等比例混合加入装有填，连续曝气，观察挂膜情况，待填料挂膜成功后。分别选取 4 组反应器内。采用自来水配水，碳源、氨氮及磷源分别由葡萄糖、NH4Cl 以:1，NaHCO3来补充反应器微内生物反应所需的碱度。加入少微量元素。配水方案如表。

太原理工大学硕士研究生学位论文表 3-1 超声功率对生物脱氮强化不同阶段条件Table 3-1 Operational conditions under different expermental stages氨氮荷3·d)）进水氨氮浓度（mg/L）C/N超声功率（W）超声时间（min）换水比（R1 R2 R3 R407 100 2 0 9 27 45 10 1/3 07 50 2 0 180 270 360 10 2/3 应器处理效率
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本文编号：2850160