间歇曝气序批式反应器处理养猪沼液的特性研究

发布时间：2017-10-03 10:24

  本文关键词：间歇曝气序批式反应器处理养猪沼液的特性研究

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【摘要】：养猪沼液具有量大,氨氮(NH_4+-N)浓度高、碳氮比(COD/TN)低的特点,采用传统生物方法处理脱氮困难,无法满足日益严格的排放标准。间歇曝气序批式反应器(Intermittent aeration sequencing batch reactor,IASBR)在传统SBR基础上发展而来,在处理低碳氮比、高氨氮的废水方面具有明显的优势。本研究同时用IASBR和传统SBR处理养猪沼液,研究了不同条件下(间歇曝气次数、进水碳氮比和运行负荷)污染物去除效果的差异,并通过微生物群落分析解释了产生差异的原因。取得如下研究成果:1.在不同进水碳氮比和进水容积负荷下,间歇曝气次数越多,反应器对TN和氨氮的去除效果率越高,且稳定性更好,耐冲击负荷性更强。当碳氮比为3.0,TN负荷为0.38 kg/(m3·d)时,IASBR(4)(间歇曝气4次)对总氮(TN)、氨氮、TOC(总有机碳)的去除率分别达到92%、99%和92%左右,系统亚硝化率稳定在70%以上,明显好于IASBR(2)(间歇曝气2次)和SBR。2.沼液的进出水三维荧光分析表明,沼液的荧光峰主要集中在I,II区的芳香族蛋白质类似物和IV区的溶解性微生物副产物。经过处理后,荧光峰数量增加,但荧光强度明显下降,表明大分子有机物被分解成小分子物质,且IABR(4)、IASBR(2)的荧光强度下降幅度大于SBR。3.周期ORP和pH能够很好的反映系统的运行状态变化,在低氨氮负荷时IASBR(4)、IASBR(2)出现pH“氨谷”,指示氨氮氧化完成。而SBR始终没有出现这种现象。周期污染物浓度变化与沿程pH、ORP变化有极强的相关性。周期FA浓度变化表明,由于IASBR(4)和IASBR(2)的氨氮氧化速率较快,导致分别在第100 min和350 min时FA低于抑制NOB浓度浓度。较低的氨氮负荷不利于短程硝化的实现,提高进水氨氮负荷,有利于获得较高的亚硝化率。对SBR来说,由于氨氮氧化速率较慢,FA抑制处于较高浓度,NOB被抑制,SBR始终能够获得较高的亚硝化率。4.在IASBR(4)基础上进一步优化碳源投加方式,结果发现,将约23%的碳源投加到后端缺氧段,能够有效提高碳源利用率,相比单点投加方式,节约0.2个碳氮比。同时批次试验证明,长时间缺氧会抑制NOB的活性,缺氧时间越长,抑制作用越大,NOB从缺氧环境进入到好氧环境后,需要15 min恢复活性。5.高通量测序显示,三组反应器的优势菌种为:变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)等。与硝化反硝化有关的细菌(亚硝化单胞菌、陶厄氏菌)在IASBR(4)系统中积累最多,IASBR(2)次之,SBR最少。此外,由于曝气模式的不同,IASBR(4)和IASBR(2)系统中富集较多兼性厌氧菌,而在SBR中好氧菌所占比例较高。不同的曝气模式产生不同的微生物种群结构,Alpha多样性分析表明,IASBR系统中物种丰富度和微生物群落结构复杂度均好于传统SBR。
【关键词】：养猪沼液 IASBR 氨氮 总氮 碳氮比
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X713
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-23
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 养猪沼液处理工艺概况9-12
• 1.2.1 自然处理10-11
• 1.2.2 资源化利用11
• 1.2.3 生物法处理11
• 1.2.4 当前处理工艺存在的问题11-12
• 1.3 生物脱氮原理12-19
• 1.3.1 传统生物脱氮理论12-14
• 1.3.2 新型生物脱氮工艺14-16
• 1.3.3 短程硝化的影响因素16-19
• 1.4 间歇曝气序批式反应器19-21
• 1.4.1 序批式反应器19-20
• 1.4.2 间歇曝气序批式反应器20
• 1.4.3 间歇曝气序批式反应器在废水处理中的应用20-21
• 1.5 研究的目标、内容与技术路线21-23
• 1.5.1 研究目的21
• 1.5.2 研究内容21-22
• 1.5.3 技术路线22-23
• 第2章 实验装置与方法23-30
• 2.1 进水水质23
• 2.2 试验装置23-24
• 2.3 实验设计与运行条件24-25
• 2.4 测试项目与仪器方法25-30
• 2.4.1 常规水质25-26
• 2.4.2 三维荧光光谱分析26
• 2.4.3 硝化菌和硝化活性检测26-27
• 2.4.4 高通量测序分析27-30
• 第3章 IASBR与SBR处理养猪沼液效果的比较研究30-45
• 3.1 氮变化特性30-35
• 3.1.1 TN去除30-32
• 3.1.2 氨氮去除32-34
• 3.1.3 亚硝氮积累34-35
• 3.2 有机物去除特性35-36
• 3.3 总磷去除特性36-37
• 3.4 三维荧光光谱分析37-38
• 3.5 单周期内pH、ORP和游离氨变化38-43
• 3.5.1 pH和ORP39-42
• 3.5.2 游离氨浓度42-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第4章 IASBR运行条件的优化研究45-52
• 4.1 碳源投加方式优化45-48
• 4.1.1 污染物去除效果分析46-47
• 4.1.2 pH和ORP变化规律分析47-48
• 4.2 缺氧时间的优化研究48-50
• 4.3 本章小结50-52
• 第5章 IASBR与SBR处理沼液的微生物群落比较52-59
• 5.1 硝化菌和污泥硝化活性检测52-53
• 5.1.1 硝化菌52-53
• 5.1.2 污泥硝化活性53
• 5.2 基于高通量分子测序的微生物群落结构比较53-58
• 5.2.1 相似性分析53-54
• 5.2.2 Alpha多样性分析54-55
• 5.2.3 IASBR和SBR物种结构分析55-58
• 5.3 本章小结58-59
• 第6章 结论与展望59-61
• 6.1 研究结论59-60
• 6.2 研究不足及展望60-61
• 参考文献61-67
• 攻读学位期间获得的研究成果67-68
• 致谢68-69

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本文编号：964660