好氧颗粒污泥同步硝化反硝化过程研究

发布时间：2020-06-26 14:32

【摘要】：利用厌氧颗粒污泥通风培养驯化获得具有同步硝化反硝化功能的好氧颗粒污泥，使异养菌、硝化菌和反硝化茵等共存于一个颗粒中，微生物间形成相互协作、互为共生的关系，构成一个具有同步硝化反硝化功能的反应体系。本文研究了同步硝化反硝化好氧颗粒污泥特性、反应过程以及微生物相分布，硝化反硝化反应模式及通氧优化，好氧颗粒污泥的动力学常数及传质模式，温室气体N2O的产生过程及控制方法。主要研究内容如下： i．好氧颗粒污泥的培养利用厌氧颗粒污泥好氧培养，93d后转化获得的好氧颗粒污泥具有良好的生物活性和同步硝化反硝化特性，在反应过程中COD去除率达90％，氨氮去除率近98％，几乎检测不到 NO2--N和NO3--N，好氧颗粒污泥建立了良好的硝化反硝化反应体系。在过程研究中，2h 反应后73． 6％有机物被代谢去除，3h反应后COD浓度降至87m／L，NO2--N和NO3--N在反应液中的浓度继续下降，6h的反应显示好氧颗粒污泥具有良好的同步硝化反硝化能力。稳定状态下颗粒的平均直径为2． 26mm，好氧颗粒污泥粒径在2． 1～2． 8mm范围的占全部颗粒污泥的60％，污泥停留时间约22d；1． 5L反应器中颗粒污泥数量约1． 1×104个，比表面积为389m2／m3：好氧颗粒污泥的最大沉降速度约9cm／min，所能承受的最大力为23． 236N；反应器内MLSS 8g／L，SV 15～28％，SVI 20～38ml／g。观察发现好氧颗粒污泥具有适合好氧和厌氧反应的微环境，颗粒污泥表面结构紧密，主要是球状细菌，内部有较大的空隙，主要为杆状细菌。 ii．好氧颗粒污泥生长特性颗粒污泥最适宜硝化反硝化反应的温度范围为25～38℃，最适的pH范围在7～8之间，最佳的溶解氧浓度在1-2mg／L。好氧颗粒污泥对有机物和氨氮的亲和常数分别为100mg／L 和2mg／L。当COD浓度为1500mg／L时，好氧颗粒污泥对氨氮的利用率下降；当氨氮浓度超过400mg／L时，有机物降解速率下降，高的氨氮浓度引起硝化中间产物硝酸盐和亚硝酸 J.~_…“_........一一一止生垫鱼丝宜全丝‘一一一盐的积累，抑制好氧微生物活性。 Luongs模型，仔=叮~ 二〕卫二旦己丝{2二，较好地拟合了底物抑制实验过程，模型对coD C:+Ks 拟合性护为0.9932，对N场+一为尸为0.9916。氨氮对颗粒污泥降解CoD的抑制常数为凡=lll.lmg几，a=0.836;对氨氮降解的抑制常数为凡=103.lm叭，a=1.08。流加培养过程中，采用低氨氮浓度(30m叭)流加，过程很少积累N仇一和NOZ一;氨氮流加浓度为200m叭时，No3一和NoZ一的积累量分别为12m泌和3om叭;氨氮浓度400m叭时，2h后N仇一的量增加到60m叭，硝化反硝化过程受抑制。 COD吸附实验发现，反应Zh后颗粒污泥吸附COD量达每g干污泥56.7mg。同时，颗粒污泥中微生物在胞内积累PHAs，积累的PHAs以电子供体的形式参与了颗粒污泥的反硝化反应。 111.好氧颗粒污泥生物相分析根据分离获得的细菌形态特征和初步的生理生化特性，初步鉴定出颗粒污泥中含假单胞菌属(Ps eudomonas)5株，亚硝化单胞菌属(Nitros口monas)7株，硝化杆菌属(从如胡ira)4株、气单胞菌属(A eromonas)3株、黄单胞菌属〔枷nth口monas)2株、抱杆菌属(加‘illus)4株、黄色杆菌属(知nthobacter)2株、产碱菌属(A lealigenes)2株。分离获得的菌属中包含了硝化反应的亚硝化单胞菌属和硝化杆菌属微生物，以及具有好氧反硝化性能的Pseudomonas和通Icaligenes菌。摇瓶培养混合微生物进行脱氮实验，30h内有机物去除率在75%，氮去除率近50%。无菌条件下在多孔载体上培养混合微生物，30d后，微生物在多孔载体上附着生长，氨氮去除率达到84%，总氮(含氨氮、硝基氮和亚硝基氮)去除率63%。经过培养，含载体的反应器利用分离得到的微生物逐步形成具有同步硝化和反硝化功能。 iv.好氧颗粒污泥同步硝化反硝化反应机制及溶解氧条件影响用Monod方程拟合分析不同溶解氧浓度情况下的比硝化反应速率，得硝化反应半饱和常数(尤浏)和最大比硝化反应速率常数(彻玩工)分别为1.osm叭和40.2助吮MLSS/I nin。拟合比反硝化速率实验数据，得反硝化反应氧抑制常数(凡动和最大比反硝化反应速率常数仇加巴)分别为o.806mg几和36.38知岁gMLSS/min。利用动力学参数，可以计算完全同步硝化反硝化反应所需的溶解氧浓度，为o.927m妙。不同DO情况下反应CoD去除率均在90%以上，出水cOD低于60 mg几，好氧颗粒污泥具有良好的有机物代谢能力。高溶解氧浓度份3，omg几)可提高硝化反应速率，但易造成反应过程积累NoZ一N和No3一N;低溶解氧浓度(夕.omg/L)，反应积累的硝化产物少，颗粒污泥具有更好的反硝化反应能力。中文摘要在好氧颗粒污泥脱氮过程中，短程硝化反硝化与全程硝化反硝化途径并存。高DO情况下，大部分NOZ一被氧化为NO3一，NO3一N再在颗粒污泥内部还原为气态氮。而在低 DO情况下，NOZ一通过短程反硝化反应直接还原为气态的NZO和NZ。同样情况通过”N 同位素实验可证实，低COD加比由于缺乏有机物而影响颗粒污泥的反硝化反应。研究反应过程中各中间产物’SN量变化，发现部分氨氮不通过NO3一’加而直接通过 NOZ一’SN?
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：X703
【图文】：

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Fig2.2CODvariationduringtheProeessofaerobieeultivationofanaerobiegranularsludge.inflow:一outflow:▲removalrate(DOZ，ng/I矛士0.5，P卜170一7.5，COD500一8001，、g/IJ，曝气)AJ期611)图2.2是厌氧颗粒污泥好氧化过程中COD的降解过程。前5d，反应器的COD去除效率不高，在进水CoD浓度为720m叭情况下，出水COD为soom岁L，去除率仅为25%左右，说明系统中还没有足够多的好氧微生物。颗粒污泥本身是一良好的吸附体系，吸附的有机物对前期COD的下降有一定的贡献:另外，受传质的影响，颗粒污泥内部还部分保持兼氧状态，对吸附的有机物也有一定的分解代谢作用，这些因素使得从表观看，在培养起始阶段COD总的表现为下降趋势。为了使培养体系中好氧微生物获得更好的稳定增殖条件

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和亚硝化细菌为好氧微生物，反应为好氧过程，氧为氨和亚硝酸盐氧化的电子受体。在好氧颗粒污泥的培养过程中，配水中加入了一定浓度的NH4十一N，作为硝化微生物的生长底物。图2.3为好氧颗粒污泥培养过程中氨氮的动力学变化过程。培养20d，配水中NH4+-N浓度一直维持在150mg几左右，残留的NH4十一浓度逐渐下降，去除率从17%一直上升到75%。培养22d后，降低进水的NH4+一浓度，观察在较低浓度下颗粒污泥硝化反应的情况。实验发现，经过较高浓度的NH4十一培养后的颗粒污泥，硝化反应能力较强，在低浓度的N践十一情况下

【引证文献】