厌氧氨氧化性能的研究

发布时间：2020-11-06 13:44

　　 氮素污染已危及人类健康和生态安全,为了控制氮素污染,环保工作者求知创新,不辱使命,推出了众多新型废水脱氮技术。其中,厌氧氨氧化技术具有高效、稳定、经济等优点,一经问世便博得大家青睐。然而,厌氧氨氧化菌生长缓慢,工程启动时间很长,严重制约了推广应用。根据电子受体的不同,厌氧氨氧化可分为亚硝酸盐型厌氧氨氧化(NH_4~++N0O_2~-→N_2+H_2O,N-anammox)和硫酸盐型厌氧氨氧化(NH_4~++SO_4~(-2)→N_2+S+H_2O,S-anammox)。对于亚硝酸盐型厌氧氨氧化,本课题从优化营养条件和改进反应器构型着手,攻坚克难,实现了对菌体的“开源截流”(促进细胞生长,高效持留菌体)。对于硫酸盐型厌氧氨氧化,本课题从创建自养条件切入,开拓进取,证实了硫酸盐型厌氧氨氧化的存在,为氮、硫地球生物化学循环提供了新的认识。主要研究结果如下: 1)发明了亚硝酸盐型厌氧氨氧化生物膜膨胀床反应器。试验发现:①以反硝化污泥启动亚硝酸盐型厌氧氨氧化工艺,可依次呈现菌体自溶阶段、活性停滞阶段和活性提高阶段。②反应器容积总氮去除率可高达3.02 kgN·m~(-3)·d~(-1)。③反应器内的接种污泥逐渐从深黄色絮状污泥转变成棕灰色颗粒污泥,再进一步转变成红色颗粒污泥。④红色颗粒污泥中的优势亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌为“Candidatus Brocadia”,它是反应器亚硝酸盐型厌氧氨氧化功能的主要承载者。 2)探明了亚铁和高铁离子对亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌的影响。试验发现:①亚铁和高铁离子对亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌的基质转化具有促进作用,这种促进作用随亚铁或高铁离子浓度升高而增强;当Fe~(2+)离子浓度和Fe~(3+)离子浓度分别为4.60 mg·L~(-1)时,试验反应器对NH_4~+-N和NO_2~--N的去除速率分别为对照反应器的1.95倍和1.71倍以及2.18倍和2.84倍。②Fe~(2+)离子和Fe~(3+)离子能够缓解基质亚硝酸对亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌的抑制作用。③常用的亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌培养基中铁离子含量不足,提高亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌培养基中Fe~(2+)离子或Fe~(3+)离子浓度,可促进亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌生长;在高浓度亚铁作用下,试验反应器的VS和ATP分别是对照反应器的2.16倍和3.53倍;在高浓度高铁作用下,试验反应器的VS和ATP依次是对照反应器的4.15倍和3.37倍。④提高铁离子浓度可增大亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌对总溶解性铁的转化量,改变亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌铁和血红素含量;提高Fe~(2+)离子浓度,亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌的铁含量和血红素C含量同时增加;提高Fe~(3+)离子浓度,亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌的铁含量增加,血红素C含量下降。⑤高浓度Fe~(2+)离子的长期作用可改变亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌的细胞结构,细胞内产生不明灰色区域;但高浓度Fe~(3+)离子的长期作用不影响亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌细胞结构。⑥Fe~(2+)离子和Fe~(3+)离子的长期作用可改变反应器内的微生物菌群结构,其中许多微生物属于非培养细菌,潜在菌源丰富。 3)证明了自养型硫酸盐型厌氧氨氧化的存在。NH_4~+和SO_4~(2-)的化学性质稳定,两者间不发生化学反应。在厌氧反应器中接种厌氧消化污泥,利用含有NH_4~+和SO_4~(2-)的无机培养基可驯化厌氧消化污泥,使其产生硫酸盐型厌氧氨氧化功能。在高基质浓度下,NH_4~+-N和SO_4~(2-)-S浓度平均降低71.67 mg·L~(-1和18.94 mg·L~(-1)。高基质浓度和低氧化还原电位可促进硫酸盐型厌氧氨氧化。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2009
【中图分类】：X703
【文章目录】：
致谢
序言
摘要
ABSTRACT
目录
第1章 引言
    1.1 氮素的污染及危害
    1.2 脱氮技术
        1.2.1 物理化学法
        1.2.2 传统生物脱氮技术
        1.2.3 新型生物脱氮技术
    1.3 厌氧氨氧化原理
        1.3.1 亚硝酸盐型厌氧氨氧化菌的形态和生理学特征
        1.3.2 厌氧氨氧化菌的类群和生态学特征
    1.4 厌氧氨氧化及其组合工艺
        1.4.1 短程硝化-厌氧氨氧化工艺
        1.4.2 CANON工艺
        1.4.3 硫酸盐型厌氧氨氧化工艺
    1.5 厌氧氨氧化工艺利弊分析及改进对策
    1.6 本课题的研究意义与内容
第2章 亚硝酸盐型厌氧氨氧化（N-ANAMMOX）工艺性能的研究
    2.1 材料与方法
        2.1.1 试验装置和工作条件
        2.1.2 接种污泥和模拟废水
        2.1.3 污泥活性测定
        2.1.4 样品电镜观察
        2.1.5 SN-anammox菌的鉴定
        2.1.6 测定项目和方法
    2.2 结果与讨论
        2.2.1 反应器的启动性能
        2.2.2 反应器的动力学性能
        2.2.3 反应器内颗粒污泥的生物学性能
    2.3 小结
第3章 亚铁、高铁离子对N-ANAMMOX菌影响的研究
    3.1 材料与方法
        3.1.1 接种污泥
        3.1.2 连续流试验
        3.1.3 分批试验
        3.1.4 其他化学测定项目和方法
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 连续流试验
        3.2.2 分批试验
    3.3 小结
第4章 硫酸盐型厌氧氨氧化（S-ANAMMOX）工艺性能的研究
    4.1 材料与方法
        4.1.1 化学反应试验
        4.1.2 生物反应试验
        4.1.3 污泥样品电镜观察
        4.1.4 测定项目和方法
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 化学反应性能
        4.2.2 生物反应性能
        4.2.3 生物相电镜观察
    4.3 小结
第5章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 创新点
    5.3 不足与展望
参考文献
个人简历
主要论文发表情况
获得专利情况
获得奖励

【引证文献】

相关博士学位论文 前2条

1 唐崇俭;厌氧氨氧化工艺特性与控制技术的研究[D];浙江大学;2011年

2 陈婷婷;厌氧氨氧化工艺运行性能及微生物特性研究[D];浙江大学;2013年

相关硕士学位论文 前2条

1 刘洪涛;部分亚硝化—厌氧氨氧化组合工艺脱氮性能研究[D];沈阳建筑大学;2013年

2 张晓宁;SBR亚硝化—复合式UASB厌氧氨氧化工艺脱氮性能研究[D];沈阳建筑大学;2012年

本文编号：2873213