猪场沼液自养脱氮耦合反硝化除磷技术研究

发布时间：2017-04-09 05:14

  本文关键词：猪场沼液自养脱氮耦合反硝化除磷技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：厌氧产沼发酵工艺因其可以高效去除有机物,被广泛应用于猪场废水的前处理。然而,厌氧产沼发酵产生的沼液通常碳氮比较低,采用传统生化方法难以确保猪场废水处理的稳定达标排放。因此,亟需开发新型高效沼液处理技术以实现厌氧发酵出水的深度脱氮除磷。鉴于此,本论文提出了一种适用于猪场沼液处理的新型自养脱氮耦合反硝化除磷技术。利用模拟废水,针对目前自养脱氮工艺的技术瓶颈,建立了基于负荷、回流比、DO及pH调节的系统稳定运行策略；针对反硝化除磷工艺难以实际应用的现状,探讨了反硝化除磷工艺运行的稳定性和好氧除磷微生物的反硝化能力。在此基础上提出了一套适用于高浓度含磷沼液处理的新型自养脱氮耦合反硝化除磷工艺,并采用实际废水探究了以上工艺应用于猪场沼液处理的可行性及稳定性调控策略,为猪场废水高效脱氮除磷技术研发提供了新的思路。主要研究结论如下：(1)系统探讨了“高浓度低通量”和“低浓度高通量”运行对半短程硝化(Sharon)过程启动及其稳定性的影响。试验表明,与“高浓度低通量”的启动方式相比,“低浓度高通量”的启动过程更迅速,启动30d后,氨氮转换负荷可提升至2.04 kg N/d/m3 . q-PCR分析的结果证实了“低浓度高通量”的启动方式可以维持较高的污泥硝化活性,有利于氨氧化微生物的快速富集。在进水碱度适量的情况下,系统DO的变化对出水基质比(NO2--N/NH4+-N)影响不大。但碱度过量时,需严格控制系统DO以实现出水基质比的稳定。因此,从Sharon系统启动和稳定运行的角度来讲,应优先选择“低浓度高通量”启动方式。为实现出水基质比的稳定,需要根据碱度对DO进行相应调节。(2)在厌氧氨氧化(Anammox)高效稳定运行的基础上,探究了进水基质比和有机物对Anammox过程稳定性的影响。系统稳定运行120 d时,总氮的去除负荷可提升至1.31 kg N/d/m3,平均基质去除比(N02--N去除量/NH4+-N去除量)为1.24,硝酸盐生成比(N03--N产生量/NH4+-N去除量)为0.15. q-PCR实验结果表明,系统中微生物以Anammox菌为主,同时含有少量的硝化与反硝化微生物。改变进水基质比及COD浓度后发现,较高的进水基质比(高于理论值)及适量COD的浓度(低于系统N03--N反硝化所需COD浓度)均不会对Anammox系统稳定性产生显著性影响,相反有助于使该系统中的Anammox菌与反硝化菌共同发挥作用,提升系统TN去除效果。(3)初步探究了反硝化除磷(DPAO)系统在室温条件下的稳定性及其微生物学机理,在此基础上建立了稳定高效的好氧缺氧结合除磷模式。DPAO系统室温条件下的运行表明,通过控制pH可以实现聚磷菌(PAO)的大量繁殖,显著减少聚糖菌(GAO)数量,但系统中GAO微生物的存在仍对DPAO过程造成威胁。在碳源交替供给时,GAO的快速繁殖易导致DPAO除磷系统恶化,限制了其在高浓度废水处理中的应用。鉴于此,我们提出了基于丙酸型好氧PAO的DPAO微生物富集方法,通过好氧缺氧结合除磷模式,以提高生物除磷能力及其稳定性。模拟废水试验表明结合除磷模式(好氧反应2 h结合缺氧反应1.5 h)可稳定去除50 mg/L PO43-P和50 mg/L NO3--N,其脱氮除磷效果与理想的DPAO工艺相当,但稳定性更好,更适用于沼液等高浓度含磷废水的处理。(4)基于自养脱氮系统与反硝化除磷系统在模拟废水条件下的基础研究,采用实际废水考察了“自养脱氮耦合反硝化除磷技术”的运行稳定性。结果表明,DO与pH调控是实现Sharon与Anammox工艺高效对接的关键所在。好氧反应时间及DO控制对P043--p去除效果的影响显著,好氧反应2h同时控制DO 0.6mg/L时工艺脱氮除磷效果最佳。当实际废水进水COD 700-2000 mg/L, NH4+-N 500-700 mg/L, PO43-P 35 mg/L左右时,经自养脱氮耦合反硝化除磷技术处理,出水水质COD 150-200 mg/L, NH4+-N 20-25 mg/L, PO43-P 6mg/L,基本无N03--N和N02--N残留。由此可见,本研究构建的自养脱氮耦合反硝化除磷技术的脱氮除磷负荷、基质去除率和稳定性均明显优于传统脱氮除磷工艺,具有潜在的实际应用价值。
【关键词】：厌氧沼液 半短程硝化 厌氧氨氧化 反硝化除磷 好氧缺氧结合除磷 耦合技术
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X713
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-10
• Abstract10-14
• 第一章 绪论14-25
• 1.1 规模化猪场废水水质特征及处理现状14-15
• 1.2 自养型废水脱氮除磷新技术研究现状15-20
• 1.2.1 半短程硝化工艺研究现状15-16
• 1.2.2 厌氧氨氧化工艺研究现状16-17
• 1.2.3 Sharon-Anammox工艺研究现状17-18
• 1.2.4 反硝化除磷工艺研究现状18-20
• 1.3 自养脱氮耦合反硝化除磷技术用于猪场沼液处理的可行性分析20-23
• 1.3.1 自养脱氮耦合反硝化除磷技术用于猪场沼液处理的瓶颈分析20-21
• 1.3.2 自养脱氮耦合反硝化除磷技术用于猪场沼液处理的可行性分析21-23
• 1.4 研究目的及内容23-25
• 第二章 材料与方法25-37
• 2.1 系统试验装置与运行25-30
• 2.1.1 半短程硝化(Sharon)装置与运行25-26
• 2.1.2 厌氧氨氧化(Anammox)装置与运行26-27
• 2.1.3 反硝化除磷(SBR)装置与运行27-28
• 2.1.4 好氧除磷(SBR)装置与运行28
• 2.1.5 自养脱氮耦合反硝化除磷工艺设计28-29
• 2.1.6 批次试验装置与运行29-30
• 2.2 模拟废水组成与实际废水水质30
• 2.2.1 模拟废水30
• 2.2.2 实际猪场沼液30
• 2.3 测试项目与方法30-31
• 2.3.1 常规项目监测方法31
• 2.3.2 废水中NO_2~--N浓度对COD测定的影响31
• 2.4 样品微生物学分析31-37
• 2.4.1 污泥样品DNA的提取31-32
• 2.4.2 实时荧光定量PCR32-33
• 2.4.3 荧光原位杂交(FISH)技术33-37
• 第三章 脱氮除磷系统的启动与运行稳定性研究37-70
• 3.1 Sharon系统启动运行与稳定性探究38-45
• 3.1.1 DO控制模式下Sharon工艺启动运行方式的探究38-43
• 3.1.2 进水碱度对Sharon过程稳定性的影响43-45
• 3.2 Anammox系统负荷提升过程及基于进水条件改变的稳定性探究45-55
• 3.2.1 Anammox系统的负荷提升过程45-49
• 3.2.2 进水基质比变化对Anammox反应器性能的影响研究49-51
• 3.2.3 有机物对Anammox过程的抑制作用51-55
• 3.3 中温条件下DPAO过程的驯化及其稳定性探究55-64
• 3.3.1 DPAO系统的启动和运行55-57
• 3.3.2 pH调节下的DPAO反应器运行57-61
• 3.3.3 基于碳源变化的DPAO系统稳定性探究61-64
• 3.3.4 DPAO系统运行过程中GAO与PAO的恶性竞争分析64
• 3.4 中温条件下PAO的驯化及其反硝化能力探究与应用64-68
• 3.4.1 丙酸型好氧除磷SBR反应器的运行64-66
• 3.4.2 丙酸型好氧PAO反硝化除磷能力探究66-67
• 3.4.3 好氧缺氧结合生物除磷模式的建立与运行67-68
• 3.5 本章小结68-70
• 第四章 猪场沼液自养脱氮耦合反硝化除磷技术处理研究70-82
• 4.1 猪场沼液半短程硝化处理研究71-73
• 4.1.1 Sharon系统实际废水处理运行适应期71-72
• 4.1.2 Sharon系统实际废水处理运行稳定期72-73
• 4.2 Anammox系统处理实际废水的研究73-78
• 4.2.1 Anammox系统实际废水处理失稳阶段73-75
• 4.2.2 基于系统pH调整的Anammox性能恢复期75-76
• 4.2.3 进水pH稳定调整的Anammox系统负荷提升及稳定运行阶段76-78
• 4.3 好氧缺氧结合除磷工艺处理实际废水的研究78-80
• 4.4 自养脱氮耦合除磷系统用于猪场沼液处理的效能分析80-81
• 4.5 本章小结81-82
• 第五章 研究结论、创新点和展望82-85
• 5.1 研究结论82-84
• 5.2 主要创新点84
• 5.3 研究不足和展望84-85
• 参考文献85-89
• 攻读硕士期间发表的文章、专利及奖励89

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