纳米零价铁对颗粒污泥特征及硝化性能的影响研究

发布时间：2017-05-01 12:15

  本文关键词：纳米零价铁对颗粒污泥特征及硝化性能的影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纳米零价铁(nZVI)因比表面积大、强氧化还原性和高反应活性,正越来越多地被用于各类污染物的控制研究。同时,nZVI对污水处理系统和水体环境的潜在影响也同样值得关注。亚硝化颗粒污泥(NGS)是将污泥颗粒化与稳定亚硝化反应相结合的全新生物技术。作为实践“亚硝化路线”的重要基础,NGS有利于高度富集氨氧化菌(AOB)和选择性抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB),从而获得高效的亚硝酸盐累积,较好地克服了传统亚硝化工艺(如SHARON)的缺点。本论文以NGS为研究对象,依次对污泥颗粒化过程控制、亚硝化功能快速启动策略、抗nZVI冲击性能和不同粒径性能差异等问题进行了系统考察,主要包括:1.在柱形SBR反应器中接种市政污水厂活性污泥,以乙酸钠为碳源,考察了有机负荷(OLR)对污泥颗粒化的影响。结果表明,当进水OLR在3.20~4.84kg·(m~3·d)~(-1)时,污泥粒径的增长速率最快。成熟颗粒污泥的浓度(MLSS)、体积指数(SVI30)、平均粒径、沉降速率和比耗氧速率(SOUR)分别达到23.9 g·L~(-1)、20 mL·g~(-1)、1.4 mm、102 m·h-1和50.2 mg·(g·h)~(-1)。同时,胞外聚合物(EPS)含量的变化对生物量累积、颗粒生长表现出良好的响应关系。2.以异养颗粒污泥为接种污泥启动SBR反应器,通过协同调控进水碳、氮负荷比值,成功获得了以短程亚硝化为主要功能的自养型颗粒污泥。随着AOB动力学活性(μ(NO_2-N))的持续增强,SBR对亚硝态氮(NO_2--N)的累积速率可达1.4 kg·(m~3·d)-1。污泥平均粒径由1.4 mm增至2.2 mm,颜色变为红棕色,沉降性能明显改善。得益于EPS的不断累积,颗粒污泥在高选择压条件下,仍能有效截留、固定AOB。另外,曝气反应期间游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)对NOB的选择性抑制,也是实现稳定、高效亚硝化反应的重要原因。3.采用批次试验,考察了不同nZVI浓度对NGS性能的冲击性影响。结果表明,当n ZVI投加量从0 mg·L~(-1)提高至10 mg·L~(-1)时,AOB活性明显提高,NGS对氨氮的去除率始终保持在95%以上,亚硝态氮比累积速率(μ_(NO_2-N))由27.3mg·(g·h)-1提高至30.7 mg·(g·h)-1,EPS中多糖与蛋白质含量均明显上升。当nZVI浓度高于25 mg·L~(-1)时,AOB活性大幅降低,EPS与微生物代谢产物(SMP)中的多糖组分出现此消彼长。当nZVI投加量为700 mg·L~(-1)时,NGS的μ(NO_2-N)仅相当于对照组的64.1%。扫描电镜与能谱分析结果表明,nZVI在NGS表面的大量吸附对污泥表面的微生物生态造成了严重破坏。4.考察不同粒径NGS抵抗nZVI冲击的能力。结果表明,当nZVI投加量小于100 mg·L~(-1)时,小粒径NGS的亚硝化性能有所提高,μ_(NO_2-N)和μ(NO_3-N)分别较空白组上升11%和下降15.3%。当nZVI投加量达到900 mg·L~(-1)时,污泥性能才会出现大幅降低。与之相比,投加低浓度nZVI并未对大粒径NGS的性能起到促进作用。当nZVI投加量大于500 mg·L~(-1)时,大粒径NGS的亚硝化性能将被完全抑制。由Haldane动力学模型可知,nZVI对SOUR-A的抑制属于非竞争性抑制(R2分别为0.9882和0.9891)。此外,随着nZVI投加量的增大,污泥EPS含量出现先升后降的变化过程。NGS对nZVI的吸附符合Langmuir和Freundlich等温吸附方程。其中大粒径的吸附速率更快,但吸附容量更低。这可能是小粒径NGS表面的微孔、中孔孔径更小,且结构更为密实造成的。
【关键词】：亚硝化颗粒污泥 纳米零价铁 氨氮去除 胞外聚合物 比好氧速率
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 nZVI的定义14
• 1.3 nZVI的制备14-15
• 1.3.1 纳米铁的物理制备方法14
• 1.3.2 纳米铁的化学制备方法14-15
• 1.4 nZVI的应用15-16
• 1.4.1 nZVI常见存在的问题16
• 1.5 nZVI在环境中的迁移规律16-18
• 1.6 nZVI的研究进展18-19
• 1.6.1 对污染物去除效能的影响18
• 1.6.2 对污泥组成特性的影响18-19
• 1.6.3 nZVI对微生物的影响19
• 1.7 生物固定化技术——亚硝化颗粒污泥19-20
• 1.8 研究意义20
• 1.9 研究内容和目标20-23
• 第二章 提高有机负荷对好氧颗粒污泥形成与稳定过程的影响研究23-31
• 2.1 引言23-24
• 2.2 材料与方法24-25
• 2.2.1 实验装置与运行工况24
• 2.2.2 接种污泥与用水24
• 2.2.3 分析方法24-25
• 2.3 结果与分析25-30
• 2.3.1 颗粒污泥形成过程中性能的变化25-26
• 2.3.2 OLR对污泥颗粒生长的影响26-29
• 2.3.3 污泥颗粒化过程中EPS组分的变化29-30
• 2.4 结论30-31
• 第三章 协同调控C/N负荷提升好氧颗粒污泥亚硝化性能31-43
• 3.1 引言31-32
• 3.2 材料与方法32-34
• 3.2.1 接种污泥32
• 3.2.2 实验装置32-33
• 3.2.3 反应器进水33
• 3.2.4 常规分析方法33-34
• 3.2.5 微生物动力学活性34
• 3.3 结果与讨论34-41
• 3.3.1 反应器亚硝化功能的提升34-36
• 3.3.2 颗粒污泥形态与EPS组成的变化36-38
• 3.3.3 功能菌动力学活性的变化分析38-41
• 3.4 结论41-42
• 符号说明42-43
• 第四章 nZVI对亚硝化颗粒污泥短期冲击性影响研究43-54
• 4.1 引言43-44
• 4.2 材料与方法44-46
• 4.2.1 接种污泥44
• 4.2.2 nZVI悬浊液44
• 4.2.3 批次实验方法44-45
• 4.2.4 分析方法45-46
• 4.3 结果与讨论46-52
• 4.3.1 nZVI对氮形态转化规律的影响46-47
• 4.3.2 nZVI对氨氧化菌活性的影响47-48
• 4.3.3 nZVI对污泥EPS及SMP组分的影响48-49
• 4.3.4 铁元素在泥相、水相中的分布情况49-52
• 4.4 结论52-54
• 第五章 nZVI投加对两种粒径颗粒污泥性能变化响应关系的影响研究54-65
• 5.1 引言54-55
• 5.2 材料与方法55-58
• 5.2.1 颗粒污泥55-56
• 5.2.2 nZVI悬浊液56
• 5.2.3 批次实验方法56-57
• 5.2.4 分析方法57-58
• 5.3 结果与分析58-64
• 5.3.1 nZVI对NGS氮转化性能的影响58-60
• 5.3.2 NGS对nZVI的生物吸附60-61
• 5.3.3 NGS的形态差异分析61-64
• 5.4 结论64-65
• 第六章 结论与建议65-67
• 参考文献67-77
• 致谢77-78
• 作者简历78

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本文编号：338915