基于吸附-生化解吸的低氨氮废水低碳脱氮处理研究

发布时间：2020-06-19 18:45

【摘要】：低碳氮比低浓度氨氮废水的低碳经济脱氮一直是废水处理领域的研究热点与难点。相较而言,亚硝化反硝化工艺虽低碳节能程度低于厌氧氨氧化工艺,但其具有更强适用性和稳定性的优势,故适合用于低碳氮比低浓度废水的处理。然而,如何实现低浓度废水的稳定亚硝化,仍是该废水实现亚硝化反硝化处理的技术难点。基于沸石的氨氮吸附性能和硝化微生物载体功能,本课题探究了利用沸石生物固定床(ZBFB)的吸附-生化解吸实现低浓度氨氮废水亚硝化的可行性,并进一步联合缺氧序批式活性污泥反应器(ASBR)对该废水进行反硝化处理,以期为基于ZBFB的亚硝化反硝化工艺应用于低碳氮比的低浓度氨氮废水的低碳脱氮处理提供理论基础和技术支持。利用ZBFB对低浓度氨氮废水(NH_4~+-N=50mg/L)进行吸附处理时,进水上升流速宜为1.8m/h,且吸附穿透点为32h;随后对ZBFB进行生物挂膜,发现挂膜后的填料氨氮吸附容量基本不受影响。在吸附完毕后,对ZBFB进行生化解吸,发现在2g/L Na_2CO_3、时长为16h、曝气量和内循环上升流速分别为0.06Nm~3/h和1.8m/h的条件下,生化解吸出水以NO_2~--N为主。实现亚硝化的关键在于生化解吸过程中的游离氨(FA)抑制加上严格控制的操作参数。采用ZBFB联合ASBR的吸附-生化解吸-反硝化循环处理低浓度氨氮废水,发现在多个循环周期运行中,ZBFB的吸附出水NH_4~+-N稳定低于5.0mg/L;在循环运行前期,ZBFB-ASBR可实现低浓度氨氮废水的亚硝化反硝化处理;但在运行35个周期后,因生化解吸过程中的FA浓度的降低和亚硝酸盐氧化菌(NOB)适应能力的提高,ZBFB的亚硝化生化解吸受到破坏,ASBR的脱氮方式由亚硝化反硝化转变为完全硝化反硝化,反硝化的碳源消耗量增加,低碳效果变差;充足的亚硝化胞菌属和亚硝化球菌属相对丰度是ZBFB实现亚硝化的关键,但随后硝化杆菌为主的NOB在ZBFB运行后期逐渐适应并生长壮大,导致ZBFB亚硝化生化解吸破坏;ASBR中副球菌属和假单胞菌属的相对丰度分别为8.44%和2.30%,是保障ASBR反硝化作用的主要功能微生物。随后尝试寻找恢复ZBFB亚硝化生化解吸的方法。改变曝气方式无法恢复ZBFB的亚硝化生化解吸,而逐步将生化解吸温度升至36~oC时,亚硝化生化解吸可迅速恢复,温度升高引起的铵离子解吸速率增快、AOB比增长速率提升和FA对NOB的有效抑制是ZBFB亚硝化生化解吸恢复的主要原因;控制生化解吸温度为36~oC,通过ZBFB-ASBR的吸附-生化解吸-反硝化运行可稳定实现低浓度氨氮废水的亚硝化反硝化处理;高通量测序与QPCR分析结果进一步证明了ZBFB在36~oC下进行长期生化解吸后,亚硝化单胞菌属相对丰度明显增大,硝化杆菌属和硝化螺旋菌属均被明显抑制。生化解吸温度的提升,是利用ZBFB稳定实现低浓度氨氮废水亚硝化的保障,同时还是利用ZBFB-ASBR稳定实现低浓度氨氮废水的亚硝化反硝化处理的关键。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

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本文编号：2721194