微生物电化学系统强化废水生物脱氮的工艺研究

发布时间：2019-10-11 22:41

【摘要】：传统生物脱氮工艺在富营养化废水处理中发挥了重要作用。然而,脱氮过程需要投加甲醇等电子供体以及补充碱度。SANI工艺以硫元素作为生物脱氮过程中电子传递的介体,利用异养型硫酸盐还原细菌和硫自养型反硝化细菌较好地解决了上述两个问题。但是,SANI工艺的正常运行要求废水S/N比在1.6以上,受限于高浓度硫化物对微生物的毒害作用以及前置厌氧工艺产生恶臭等因素,该工艺目前只适用于低浓度氨氮废水的处理。本文通过将生物电化学系统(BES)与SANI工艺耦合,将微生物电解池(MEC)和电化学活性反硝化细菌引入SANI工艺,以实现BES-SANI耦合工艺对高浓度氨氮废水的处理。本文构建了BES-SANI耦合生物脱氮体系,并对回流比、废水pH、外加电压等关键操作条件进行了优化。研究结果表明:在TOC为600 mg/L,NH_4~+-N为214.6mg/L的条件下,确定在回流比3:1,pH8.0,外加电压0.3 V的最优条件下,BES-SANI耦合体系的脱氮速率为46.5gm~(-3) day-1,比SANI工艺(31.4gm~(-3) day-1)高48.1%,证明BES耦合SANI工艺能显著提高废水的脱氮效率。通过改变废水的硫酸盐含量,对BES-SANI耦合生物脱氮体系在不同S/N配比条件下的运行状况进行了分析。研究结果表明:在TOC为600mg/L、NH_4~+-N为214.6mg/L、外加电压为0.3 V的条件下,当S/N为SANI工艺的理论值时,TN去除率约为41.0%,体系剩余污泥产量得到有效控制;当S/N为SANI工艺的0.6倍时,TN去除率约为43.9%,体系剩余污泥产量略有增加;当S/N为SANI工艺的0.3倍时,TN去除率约为56.8%,但反硝化过程中的污泥大量蓄积。由此说明:BES的阴极电极可以替代部分S2-成为反硝化过程的电子供体,提高脱氮效率的同时,降低SANI工艺SO_4~(2-)的投加量。通过对BES-SANI耦合体系脱氮机理的探讨,表明:在高浓度氨氮废水的处理过程中,当S/N≈1.5时,脱氮主要依靠以硫为电子介体的自养反硝化作用,但过高的硫浓度会对微生物造成毒害,限制脱氮效率的提高;当S/N≈1时,脱氮主要依靠以硫和电极为电子介体的自养反硝化作用,SANI工艺中因为硫的减少而缺失的电子介体通过BES中的电极得到补偿;当S/N≈0.5时,脱氮主要依靠以有机碳源为电子供体的异养反硝化作用,抑制了SANI工艺中自养型反硝化细菌的脱氮作用。综上所述,在BES的辅助下,可将SANI工艺拓展应用到高浓度氨氮废水的处理中去。
【图文】：

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＿＾逡逑＃泥逡逑图１．２ａ）三级生物脱氮系统；ｂ）两级生物脱氮系统；Ｃ）一级生物脱氮系统⑴逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋ａ）邋Ｔｈｒｅｅ－ｓｔａｇｅ邋ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ；邋ｂ）邋Ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ邋ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ逡逑ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ；邋ｃ）邋Ｏｎｅ－ｓｔａｇｅ邋ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑生物脱氮法发展至今，研究者们仍在不断地对其进行优化。工程应用中，需逡逑要根据实际情况的不同，优选不同工艺，优化操作条件，，才能达到废水处理的目逡逑标。逡逑１．２．１邋Ａ／Ｏ邋法逡逑目前，传统生物脱氮工艺中最为常用的是Ａ／０法，即缺氧－好氧生物脱氮法。逡逑上文提到的生物脱氮系统都是按照有机物的好氧生物氧化、硝化、反硝化的顺序逡逑进行的，在硝化过程中都需要投加额外的碱度，而在反硝化阶段则又需要投加有逡逑机物，这在一定程度上提高了废水处理的成本。逡逑５逡逑

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逡逑排泥逡逑图１．３缺氧－好氧生物脱氮过程示意图⑴逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋Ａ／Ｏ邋ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑Ａ／Ｏ法以一定比例把硝化反应器的出水回流到前置的反硝化反应器中，反硝逡逑化细菌在厌氧或缺氧的条件下，以进水中的有机物作为碳源，以回流中的Ｎ0３－逡逑等作为电子受体，进行反硝化反应。这样的工艺流程既不需要向反硝化过程投加逡逑甲醇等有机碳源，也可以减少硝化过程中的有机负荷，节省曝气和碱度的投加。逡逑反硝化过程中，还原１邋ｍｇ的Ｎ０３－－Ｎ能产生３．７５邋ｍｇ的碱度，而在硝化过程逡逑中，氧化ｌｍｇ的ＮＨ４＋－Ｎ，使其转化为ＮＯｆ－Ｎ，需消耗７．１４ｍｇ的碱度，这说明逡逑反硝化过程中产生的碱度无法完全补偿硝化过程消耗的碱度［１］。然而，由于实际逡逑处理的废水往往含有一定的碱度
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703

【参考文献】