NdFeB磁性颗粒强化自营养脱氮工艺启动及运行特性研究

发布时间：2020-03-09 04:40

【摘要】：随着人们经济生活水平的提高,氮素的污染严重影响了水体环境和人类的健康,解决氮素污染问题已迫在眉睫。当前的脱氮工艺主要以传统的硝化-反硝化为主,存在占地面积大、处理费用高等问题。以短程硝化与厌氧氨氧化为核心的自营养脱氮技术与传统的硝化-反硝化技术相比,可节省62.5%的曝气量和100%的碳源,但该技术需实现好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的共存,且厌氧氨氧化菌世代周期长、对环境敏感、富集困难等因素限制了其应用。研究表明,磁场能够诱导厌氧氨氧化菌的富集,提高厌氧氨氧化菌的活性。但是目前采用的外加磁场方式存在随距离的增加磁场强度衰退明显的现象,很难在反应器内形成稳定、均匀的磁场分布。反应器内加磁技术相较于外加磁场技术具有磁场均匀,污泥沉降性能好,易于富集厌氧氨氧化菌等优势,但也存在磁粉易流失,磁场强度偏低等问题。这也制约了磁场强化自营养脱氮技术的发展。因此,本试验对新型的高磁场强度磁性颗粒的制备方法进行了研究,选取影响磁性颗粒磁场强度的五个主要因素偶联剂、粘合剂、磁粉配比、粒径大小、充磁时间开展单因素试验与响应面分析,结果显示选择钛酸酯偶联剂、聚乙烯醇/海藻酸钠粘合剂、纳米Fe3O4添加量为5%、粒径大小为2mm、充磁时间为60min为最优的制备条件,制备出的磁性颗粒的磁场强度能够达到0.85m T。对磁性颗粒的扫描电镜图显示颗粒比表面积大,能够为微生物的附着提供载体。以前期试验培养的厌氧氨氧化菌污泥为试验对象,研究了磁性颗粒投加量对厌氧氨氧化污泥的比氨氧化速率和脱氢酶活性的影响。在磁性颗粒投加量为0mg/L-50mg/L之间时,随着投加量的增加,厌氧氨氧化污泥的比氨氧化速率和脱氢酶活性呈现均呈现先增大后减小的规律。当投加量为30mg/L时,厌氧氨氧化污泥的最大比氨氧化速率和脱氢酶活性达到最大值,分别为225mgN/(g VSS·d)、39mg TF/(L·h)。实验中采用对比实验研究了磁性颗粒对自营养脱氮反应器启动的影响规律。启动反应器R1(未投加磁性颗粒)、反应器R2(投加磁性颗粒30mg/L)两个SBR反应器,结果表明R1、R2均能成功启动自营养脱氮体系,启动时间分别为126d,105d。稳定运行过程中,总氮的去除率分别为50%、65%,氮氮去除负荷分别为50、60gN/(m3·d)。在厌氧氨氧化启动阶段,高通量测序结果显示,反应器R2厌氧氨氧化菌的丰度高于R1,反应器R2厌氧氨氧化的启动时间较R1节约1/5的时间;在自营养脱氮体系启动成功后,反应器R1、R2内厌氧氨氧化菌的丰度均小于厌氧氨氧化阶段结束时,R2反应器内的厌氧氨氧化菌的数量仍要高于R1。反应器稳定运行后,对自营养脱氮体系的运行特性进行了研究。研究表明:进水总氮负荷对自营养脱氮反应器的总氮去除率有较明显的影响,在进水总氮负荷为200mg/L时,总氮的去除率为60%;负荷从200mg/L逐步增加到400mg/L时,出水浓度逐步升高,去除率逐步下降;负荷从200mg/L降低到100mg/L时,出水浓度下降,去除率升高,但反应器内的剩余DO升高,出水硝态氮的浓度升高,会抑制厌氧氨氧化菌的活性,因此进水总氮负荷为200mg/L时能够实现反应器内好氧和厌氧氨氧化菌的互利共存。当反应器在pH值等于8时,氨氮和总氮的去除率最大,分别能够达到70%、60%;pH在6-8范围内变化时,氨氮与总氮的去除率随pH的增加呈升高趋势,pH值下降会抑制好氧和厌氧氨氧化菌的活性;pH由8继续增加到9时氨氮与总氮去除率略有下降。进水有机物浓度的变化对反应器氨氮与总氮的处理效能有较明显的影响,当C/N在0-1.5范围内时,随着C/N比的增加,氨氮与总氮的去除率呈现先增加后下降趋势,C/N为0.5时氨氮与总氮去除率最高,去除率分别达到80%、75%,说明在一定的有机物条件下,好氧氨氧化菌、厌氧氨氧化菌、反硝化菌能够共存于同一反应器内,有利于自营养脱氮工艺的稳定运行。当C/N比提高到1.5时,厌氧氨氧化菌的活性受到严重的抑制,氨氮去除主要以好氧氨氧化菌的氧化为主。
【图文】：

自营,脱氮工艺,反应模型

图 1.1 ANAMMOX 化学反应模型4 自营养脱氮技术2002 年，荷兰大学首先提出的一种新型废水生物脱氮工艺，即（CANON）[9]，，该工艺能够实现废水的单级自养脱氮。该工艺的浓度的条件下，单个反应器或生物膜系统内，通过控制溶解氧实现氧化，即利用好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的协同作用将氨氮转化中氮素污染物的过程。自营养脱氮工艺的反应模型如图 1.2 所示。完全自营养脱氮工艺的方程式如下所示

化学反应模型

NdFeB 磁性颗粒强化自营养脱氮工艺启动及运行特性研究n de Graaf[8]提出了 ANAMMOX 化学反应模型(如下图)。该模型利用在该化学反应模型中，以羟胺（NH2OH）为氧化剂，把氨氧化成一步被氧化为氮气。23320.50.150. 26NO 0.066HCO 0.26NO 0.066CHON
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703

【参考文献】