厌氧氨氧化的稳定性及其与自养脱硫反硝化耦合工艺研究

发布时间：2017-03-23 04:14

  本文关键词：厌氧氨氧化的稳定性及其与自养脱硫反硝化耦合工艺研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：厌氧氨氧化工艺相比于传统生物脱氮工艺具有节约能耗、无需外加碳源、污泥产量低等优势,逐渐成为目前最为经济高效的生物脱氮技术之一。然而,厌氧氨氧化菌对环境条件的敏感性限制了该工艺的推广应用。高氨氮废水中硫化物的处理通常与脱氮工艺分开进行,导致工艺更为复杂、能耗更高、占地面积更大。本文考察了四季气温变化对厌氧氨氧化工艺脱氮性能、稳定性以及污泥颗粒特性的影响；探究了不同类型、不同强度、不同冲击时间的瞬时冲击对厌氧氨氧化工艺稳定性的作用；完成了厌氧氨氧化与自养型脱硫反硝化耦合工艺的启动与稳定运行,实现了将氮素转化为氮气的同时将硫化物氧化为硫单质的同步脱氮除硫目标。主要结果如下：(1)厌氧氨氧化反应器在不设温控设施的实验室内成功运行330 d；当温度从31.2℃下降至2.5℃时,总氮去除率、总氮负荷和总氮去除负荷分别从91.2%, 13.5 kg N m-3 d-1和11.7 kg Nm-3d-1下降至49.4%,1.34kg N m-3 d-1和0.91 kg N m-3 d-1,脱氮性能可在温度回升后逐渐恢复；由于温度变化,工艺稳定性出现波动且冬季稳定性最差；比污泥活性(SAA)在低温时降至5.27±2.2 mg TN g-1 VSS d-1;颗粒污泥沉降性能在温度降低后变差,为57.8～63.5 m h-1,同时颗粒形状更加不规则,粒径更小,污泥呈现棕褐色,血红素c(heme c)含量下降；胞外聚合物(EPS)含量在进入冬季后增大；生物量是反应器在变温条件下成功运行的关键因素。(2)采用稳态进水的1.5倍和2倍基质浓度,Cu(Ⅱ)对厌氧氨氧化的IC25(5.95mg L-1)和IC50(12.9mg L-1),稳态水力停留时间(HRT)的2/3倍和1/2倍作为冲击条件,分别进行单因子、双因子、三因子组合的瞬时冲击,探索了厌氧氨氧化工艺的运行稳定性。试验结果表明：厌氧氨氧化系统的稳定性与游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)浓度有关；反应器响应呈现冲击强度/时间-效应；面对不同类型单因子冲击,反应器稳定性排序如下：基质浓度冲击Cu(Ⅱ)冲击水力负荷冲击；双因子冲击,对SAA冲击效果从强到弱为：(基质浓度+水力负荷冲击)(基质浓度+Cu(Ⅱ)冲击)(水力负荷+Cu(Ⅱ)冲击)；撤销冲击后,反应器在稳态进水条件下可恢复至冲击前状态。(3)完成了厌氧氨氧化与自养脱硫反硝化耦合工艺的启动,测试了耦合工艺的潜能,初步确定了优化工艺参数。采用等体积的厌氧氨氧化颗粒污泥与产甲烷颗粒污泥可成功启动该耦合工艺。最大氮去除负荷为4.00 kg N m-3 d-1,最大硫去除负荷为2.39 kg Sm-3d-1;进水NH4+-N:S2--S和NO2--N:S2--S比值设为1.74和2.20-2.27适宜于维持系统稳定；SAA和比自养脱硫反硝化活性(SADD)在经历最初适应期后随着运行负荷提升而逐渐增加；耦合系统中heme c含量持续下降,最终稳定在1.17μmolg-1 VSS;耦合工艺中主要微生物为Brocadiaceae和Hydrogenophilaceae。
【关键词】：厌氧氨氧化 温度 多因子冲击 稳定性 厌氧氨氧化-自养脱硫反硝化耦合工艺
【学位授予单位】：杭州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1. 绪论13-19
• 1.1 氮素污染及控制技术13-14
• 1.1.1 氮素污染现状13
• 1.1.2 生物脱氮技术及其研究进展13-14
• 1.2 厌氧氨氧化工艺失稳因素14-15
• 1.2.1 温度及其波动14-15
• 1.2.2 水质瞬变15
• 1.3 硫化物污染及其控制技术15-17
• 1.3.1 硫化物污染来源与危害15
• 1.3.2 生物除硫技术与研究进展15-17
• 1.4 研究目的和意义17
• 1.5 研究内容17-19
• 2 四季温度变化对厌氧氨氧化工艺的影响19-39
• 2.1 材料方法20-22
• 2.1.1 试验点设置20
• 2.1.2 反应器、接种污泥和模拟废水20
• 2.1.3 运行策略20-21
• 2.1.4 分析方法21
• 2.1.5 数学模型计算21-22
• 2.2 结果和讨论22-38
• 2.2.1 四季温度变化对脱氮性能的影响22-25
• 2.2.2 变温条件下厌氧氨氧化工艺的稳定性25
• 2.2.3 动力学模型25-29
• 2.2.4 化学计量比29-31
• 2.2.5 四季温度变化对污泥颗粒特性的影响31-38
• 2.3 小结38-39
• 3. 基质浓度、Cu(Ⅱ)和水力负荷对厌氧氨氧化系统的单独和复合冲击影响39-55
• 3.1 材料方法39-42
• 3.1.1 接种污泥和实验设置39
• 3.1.2 稳定期运行条件39-40
• 3.1.3 单因子冲击试验40
• 3.1.4 双因子和三因子复合冲击试验40-41
• 3.1.5 分析方法41-42
• 3.2 结果和讨论42-54
• 3.2.1 厌氧氨氧化反应器对不同冲击的响应42-48
• 3.2.2 游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)所起的作用48-52
• 3.2.3 SAA的冲击响应及恢复52-54
• 3.3 小结54-55
• 4. 厌氧氨氧化与自养脱硫反硝化耦合工艺研究55-75
• 4.1 材料方法56-60
• 4.1.1 接种污泥和模拟废水56-57
• 4.1.2 反应器启动与运行57
• 4.1.3 批次试验57-58
• 4.1.4 分析方法58
• 4.1.5 计算分析方法58-59
• 4.1.6 微生物种群59-60
• 4.2 结果和讨论60-74
• 4.2.1 反应器中厌氧氨氧化性能和硫化物的去除60-65
• 4.2.2 基质比对反应的影响65-66
• 4.2.3 厌氧氨氧化和自养脱硫反硝化对于反应器运行的贡献率66-67
• 4.2.4 生物特性验证67
• 4.2.5 SAA和SADD的变化67
• 4.2.6 EPS含量变化67-70
• 4.2.7 Heme c含量变化70-71
• 4.2.8 微生物群落结构分析71-74
• 4.3 小结74-75
• 5. 结论、创新点与启示75-77
• 5.1 结论75-76
• 5.2 创新点、启示76-77
• 参考文献77-86
• 个人简介86
• 攻读硕士学位期间取得的主要成果86-89

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本文编号：262912