沸石序批式反应器的亚硝化及其低碳脱氮研究

发布时间：2020-06-10 14:24

【摘要】：低碳节能脱氮一直是污水处理的研究难点之一。传统的脱氮工艺已经无法满足低C/N比的废水处理的一级A排放要求,针对此类废水的特点,基于沸石序批式反应器(SBR)亚硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮工艺,不仅能够脱除废水中有机物,同时还能提高整体工艺的脱氮效率。然而,如何实现稳定亚硝化,控制有机物对厌氧氨氧化耦合反硝化的脱氮影响,是本研究面对的两个重点。本研究以实验室规模的沸石SBR和上流式厌氧过滤床反应器(UBF)分别启动运行亚硝化和厌氧氨氧化耦合反硝化。探究各级反应器的运行控制策略以及微生物群落结构特征演替规律,并将两级反应器串联后处理低C/N废水,研究其处理效能和工艺条件,以期为组合工艺的推广应用提供理论基础和技术支持。首先,本课题考察了碱度比,沸石氨氮吸附容量,C/N比对沸石SBR实现亚硝化的影响,并深入探究了沸石SBR实现亚硝化的作用机制。结果表明,基于沸石对氨氮的吸附解吸平衡,反应器内氨氮得以维持一定浓度,从而为反应器提供了适宜的游离氨(FA)浓度。通过控制FA浓度,富集了氨氧化菌(AOB),选择性地抑制了亚硝酸盐氧化菌(NOB),最终实现了反应器内稳定亚硝化。单因素试验表明,碱度比为5:1时,沸石SBR中亚硝态氮产率(NPR)达到最高值1.1 kgN/(m~3·d);沸石对氨氮的吸附容量越大,反应器的NPR越大,亚硝态氮的积累浓度越高;溶解氧充足的情况下,低浓度有机物对反应器内亚硝化影响不大;通过高通量技术发现,反应器内的AOB在属水平上有较高的相对丰度,NOB的相对丰度几乎检测不到,这是保障亚硝化的关键因素。其次,在已富集厌氧氨氧化菌的UBF反应器中投加有机物,考察不同进水C/N比对UBF内厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮性能影响,并结合热力学分析耦合系统内各反应的吉布斯自由能(?~′_(8)))变化。结果发现:进水C/N为2.5时,耦合系统的脱氮效率最高,总氮(TN)去除率达到96%;此阶段下,反应器内厌氧氨氧化的?~′_(8))低于反硝化?~′_(8)),厌氧氨氧化反应更容易发生,厌氧氨氧化反应的脱氮贡献率为75.8%。当C/N比值上升到3.5时,反应器内TN去除率下降,厌氧氨氧化的?~′_(8))上升并高于反硝化?~′_(8)),导致耦合系统内的反硝化开始占据主导地位。高通量和qPCR分子生物技术发现,anammox菌和反硝化菌共存在同一反应器中;C/N比为2.5时,anammox菌的数量为1.58×10~7拷贝数/ul DNA,高于其他进水条件下的数量值。最后,对沸石SBR进行调试运行25天,使其出水水质满足厌氧氨氧化耦合反硝化进水要求。第26天开始将两级反应器串联,探讨组合工艺对低C/N废水的脱氮性能。研究发现,当进水NH_4~+-N为300 mg/L左右,COD为600 mg/L左右时,组合反应器出水中的NH_4~+-N、COD分别降到2 mg/L、41 mg/L,且主要的脱氮除碳是在UBF反应器中完成的,其相应的TN和COD去除率分别为66.5±4.5%、71.8±4.9%。
【图文】：

传统生物脱氮,氮转化,绪论,生物法

第一章绪论摄取 NO-3-N，同样会引发高铁血红蛋白症，严重时可导致窒息，，威胁人体生命。传统生物脱氮技术1 传统生物脱氮的原理自然水体中，微生物将有机氮分解转化成为无机氮。城市污水中氮素的去除主要物理化学或者生物法，先将有机氮转化为 NH3或者 N2，然后通过气液分离将他系统，剩余的一部分氮素被微生物的同化作用以剩余污泥的形式进入污泥处理系的转化过程如图 1-1。

细胞膜,机制,抑制作用,微生物灭活

16 mg/L时才会对AOB产生抑制作用。FA对NO-2-N 的抑制强于对 NO-3-N 的抑这一差异，就可以达成对 NO-2-N 的积累。例如，Chung[41]在 2005 年发现， 10-20 mg/L 时，有效的 NAR 就会实现，接着在 2006 年，进一步发现当 FA-10 mg/L 时，NOB 能得到有效得抑制且 AOB 活性不受影响。相反，在 2016 年告指出 FA 浓度达到 10.61 mg/L 的时候，NAR 可以稳定在 84%。不同文献得制水平不同，这是由于不同的操作条件所导致。在 SHARON 反应器中，FA到 300 mg/L 时才会抑制 AOB 的活性。也有研究表明，利用具有氨氮吸附作来处理氨氮废水时，系统内能维持适宜的 FA 浓度来实现 NO-2-N 的积累。同过程中 FA 的抑制作用是可逆的，而且 AOB 比 NOB 活性恢复的更快[43, 44]，中，以亚硝化螺旋菌占主导地位的 NOB 富集比较慢。Wang 等[44]研究表明高A 会导致微生物灭活，且 FA 对 NOB 的抑制作用明显强于 AOB，当 FA 浓度mg/L 时，AOB 的活性减少了 50%，而 NOB 的活性几乎没有。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

【参考文献】