活性污泥包埋固定化处理氨氮废水的特性

发布时间：2017-08-26 16:34

  本文关键词：活性污泥包埋固定化处理氨氮废水的特性

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【摘要】：由于城镇化进程和社会经济发展,氮、磷等营养元素过度排放到环境中,不仅引起水体富营养化,而且水体中的氨氮通过电离平衡转化成游离氨,对水生生物和人体造成严重伤害。工业氨氮废水排放量大、组成复杂、氨氮浓度高,处理难度远大于城市(生活)污水,如何经济、高效地去除工业废水中的高浓度氨氮,一直是困扰国内外环境工程界工业废水处理领域的一大难题。采用固定化微生物技术选择性地将功能菌固定于载体中,可抵御不良的环境条件,维持细菌活性,灵活控制适宜的泥龄,提高污水中污染物的去除能力。近年来,利用固定化微生物技术强化生物脱氮已经成为氨氮废水处理领域研究的方向之一。论文采用聚乙烯醇(PVA)包埋硝化驯化后的活性污泥制备固定化颗粒,针对初始氨氮浓度为50~400 mg/L的模拟废水,通过序批式间歇反应器(SBR)试验,探讨了包埋颗粒的硝化效能与理化特性;并对比分析了包埋颗粒、活性污泥与二者混合体系对氨氮废水的硝化与脱氮处理效果。本文的主要研究内容和结论如下:(1)活性污泥的硝化驯化及包埋颗粒制备活性污泥的硝化驯化:活性污泥取自实验室稳定运行的SBR生活污水反应器,采用氨氮浓度为50 mg/L的模拟废水进行周期性间歇硝化驯化,直至活性污泥絮状体密实,絮团粒度约40~70um,且比耗氧速率(SOUR)上升并稳定至0.4711mg(O_2)/(g(MLSS)·min)左右,氨氧化速率达0.0616 mgN/(g(MLSS)·min)。包埋颗粒的制备:采用驯化结束的活性污泥,以聚乙烯醇(PVA)为包埋材料,饱和硼酸CaCl2溶液为交联剂,采用挤压法制备球形固定化颗粒。颗粒具有弹性良好、凝胶强度高、易流化等优点。(2)包埋颗粒处理氨氮废水硝化效能分析实验在系列2.5 L的反应器中以间歇方式运行。包埋颗粒的体积填充率为10%,模拟废水中初始氨氮浓度介于50~400 mg/L。结果表明:包埋颗粒中微生物的硝化活性逐渐恢复,不同初始氨氮浓度条件下,包埋颗粒分别在第28、40、46、58、58周期达到氨氮最大去除率,分别为100%、100%、81.74%、64.62%和48.42%。在反应稳定阶段(第46周期),包埋硝化菌颗粒对氨氮的降解较符合零级反应动力学,且最大氨氧化速率(Vmax)为271.40 mgN/(L-particles·h),半饱和常数K为66.69 mg/L。(3)包埋颗粒理化特性的过程研究对包埋颗粒进行传质特性、微观结构、比表面积、微生物种群等理化性质的分析。实验条件下的稳定反应期,包埋颗粒内氨氮和氧气的有效扩散系数分别为0.467×10~(-9) m~2/s和0.279×10~(-9) m~2/s;通过扫描电镜观察和比表面积测定可知,运行时间达到稳定期(第46周期),包埋颗粒体积一定程度膨胀,结构疏松,其比表面积(BET)和平均孔径分别为新鲜制备颗粒的2.3倍、1.4倍。对未驯化活性污泥、稳定期包埋颗粒表面和内部的微生物种类和含量进行了高通量测序,结果表明:包埋颗粒中微生物种类数略低于未驯化活性污泥,且硝化细菌优先生长于颗粒表面,反硝化细菌优先生长于颗粒内部。(4)包埋颗粒、活性污泥与混合体系处理氨氮废水对比实验研究针对初始氨氮浓度为50~400 mg/L的模拟废水,分别进行单独投加颗粒、单独投加活性污泥及二者混合投加三种体系的间歇硝化实验,保持三种体系中硝化污泥量相等,对比了三种体系对氨氮、COD、总氮的去除效果,并探究了温度对氨氮去除效果的影响。实验结果表明:各初始氨氮浓度条件下,包埋硝化菌颗粒体系氨氮去除率高于活性污泥单一体系10%~40%,且当初始氨氮浓度高于200mg/L时,混合体系氨氮去除能力的高效性和稳定性优势更为突出;投加包埋颗粒与COD去除的相关性不显著;各初始氨氮浓度条件下,活性污泥体系总氮去除率为16%~30%,包埋颗粒体系总氮去除率较活性污泥体系高5%~15%,混合体系较活性污泥体系高5%~35%。目前,包埋固定化微生物技术处理高氨氮工业废水大多处于实验室研究阶段,且包埋颗粒在硝化效能和理化特性等基础研究仍然缺乏。本论文侧重于以聚乙烯醇(PVA)为包埋材料制备以硝化菌占优的活性污泥固定化颗粒,探讨不同初始氨氮浓度条件下,包埋颗粒的硝化效能和理化特性;同时比较不同反应体系处理效果,协调微生态环境,使固定化微生物更好地发挥代谢效能,可进一步为包埋固定化技术运用于高氨氮废水处理提供理论支撑,也为高效固定化微生物脱氮反应器的研发提供新思路。
【关键词】：活性污泥 包埋固定化 硝化 理化特性 脱氮
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 水体氮污染现状及脱氮技术10-12
• 1.1.1 水体中氮污染现状10-11
• 1.1.2 脱氮方法分类11-12
• 1.2 固定化微生物技术在污水处理领域中的应用12-14
• 1.2.1 固定化微生物技术概述12-13
• 1.2.2 固定化微生物技术分类13-14
• 1.3 包埋固定化微生物脱氮技术研究进展14-18
• 1.3.1 包埋固定化颗粒的制备14-16
• 1.3.2 包埋固定化微生物的硝化效能研究16-18
• 1.4 研究的目的、意义及内容18-21
• 1.4.1 研究的目的和意义18-19
• 1.4.2 研究的主要内容19-21
• 2 材料与方法21-31
• 2.1 实验材料21
• 2.1.1 模拟废水配比21
• 2.1.2 活性污泥的培养驯化21
• 2.2 实验方法21-27
• 2.2.1 包埋颗粒的制备及特性表征21-23
• 2.2.2 包埋颗粒处理氨氮废水的小试实验研究23-26
• 2.2.3 包埋颗粒、活性污泥与混合体系处理氨氮废水效果对比26-27
• 2.3 实验分析项目与检测方法27-29
• 2.3.1 常规指标的检测及分析27-28
• 2.3.2 实验分析指标计算方法28-29
• 2.4 实验试剂与仪器29-31
• 3 活性污泥包埋颗粒对氨氮的去除过程特性31-49
• 3.1 活性污泥的培养与包埋颗粒的特性31-33
• 3.2 包埋颗粒处理氨氮废水的硝化效能分析33-39
• 3.2.1 氨氮去除过程33-35
• 3.2.2 周期内氮浓度的变化35-36
• 3.2.3 氨氮降解动力学分析36-39
• 3.3 包埋颗粒的理化特性分析39-47
• 3.3.1 传质特性39-43
• 3.3.2 SEM与比表面积分析43-45
• 3.3.3 微生物种群分析45-47
• 3.4 本章小结47-49
• 4 包埋颗粒、活性污泥与混合体系处理氨氮废水对比实验研究49-60
• 4.1 实验设计49
• 4.2 实验结果与讨论49-58
• 4.2.1 氨氮去除效果比较49-52
• 4.2.2 COD去除效果比较52-55
• 4.2.3 总氮去除效果比较55-56
• 4.2.4 温度对氨氮去除效果的影响56-58
• 4.3 本章小结58-60
• 5 结论及展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-68

【参考文献】

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本文编号：742400