填埋场反应器厌氧氨氧化协同反硝化脱氮机理和优化策略研究

发布时间：2017-12-14 13:30

本文关键词：填埋场反应器厌氧氨氧化协同反硝化脱氮机理和优化策略研究

【摘要】：生活垃圾在填埋处理过程中会产生污染性较高的渗滤液,并且填埋垃圾时间决定了渗滤液的化学组分,其中填埋后期产生的老龄渗滤液由于其高氨氮浓度、低C/N的特点,使用传统反硝化脱氮效果有限,而厌氧氨氧化在脱氮过程中无需碳源,脱氮过程中可以与反硝化形成互补,因此促进厌氧氨氧化和反硝化在填埋场反应器中协同脱氮有利于实现高效低耗的渗滤液处理工艺。但是,两者协同作用的影响因素尚缺乏研究,因此本研究通过构建填埋场反应器处理高氨氮、低碳氮比的老龄渗滤液,研究进水渗滤液有机负荷,BOD5/TN以及NO_2-N/NH_4-N等水质条件对反应器中反硝化和厌氧氨氧化联合脱氮的定量影响,同时结合Q-PCR,高通量测序和15N稳定同位素示踪技术解析两者协同作用的机理,以期对进水水质进行优化。在上述研究的基础上,提出了通过接种厌氧污泥提高反应器快速启动的有效策略。论文的主要结论如下:(1)进水水质优化策略:在本研究渗滤液进水有机负荷0.02～0.07 kg· m~(-3)·d~(-1),BOD5/TN0.05～0.2,NO_2-N/NH_4-N0.5～1.5范围条件下,出水总氮去除率在取值最适的进水水质条件下(0.04 kg · m~(-3) ·d~(-1),BOD5/TN0.2 和 NO_2-N/NH_4-N 1.0)可达到 90%以上。(2)厌氧氨氧化协同反硝化脱氮机理:反应器中氨氧化过程以硝化古菌(AOA)基因amoA为主,反硝化功能基因以nirK为优势。hzsA在脱氮效率较高的反应器中丰度较高,并与进水BOD5/TN成正比。高通量测序揭示填埋场反应器中的优势属为Pseudomonas 1.4～2.5%,Dechloromonly 1.3～2.2%,Comamonas 0.05～2.0%,Nitrosomonas 0.4～1.6%,Candidatus Kueneia 0.05～1.8%and Limnobacter 0.7～1.3%。其中具有亚硝化功能的Nitrosomonas的丰度与脱氮效率成反比,而厌氧氨氧化菌Candidatus Kuenia的丰度与脱氮效率成正比。相关性分析说明进水中BOD5/TN与厌氧氨氧化功能微生物的丰度呈正相关性,同时NO_2-N/NH_4-N的比值与反硝化功能微生物的丰度正相关。实验结果表明在低有机负荷下,渗滤液中有机物的存在有助于反硝化和厌氧氨氧化的协同脱氮,当进水中的NO_2-N/NH_4-N的比值越接近厌氧氨氧化反应的理论值1.32时越有利于厌氧氨氧化脱氮途径的进行,脱氮功能微生物受水质的影响使得对脱氮的贡献率表现出差异,因此,调控进水水质可以显著提高反应器的脱氮效率。(3)接种污泥快速启动填埋场反应器:以6%的接种率接种厌氧污泥,结果显示接种加速了运行初期反应器的脱氮效率,同时可以缩短反应器达到高效稳定运行所用的时间,但对于反应器脱氮效率以及厌氧氨氧化脱氮贡献率没有提高。接种增加了反应器中反硝化功能微生物的数量,其中nirS功能基因数量的增加可能为Candidatus Kuenenia的代谢提供了氧化剂,因此提高了反应器中反硝化和厌氧氨氧化的脱氮效率。但厌氧氨氧化微生物数量最高的为对照组反应器,优化进水运行后对照组反应器中hzsA的丰度最高为30%左右,比正交实验反应器的hzeA的丰度提高近3倍左右,说明进水水质优化更能促进反应器中的厌氧氨氧化微生物的富集。(4)厌氧氨氧化脱氮贡献率:进水水质影响填埋场反应器中反硝化和厌氧氨氧化脱氮贡献率,当进水BOD5/TN的比值0.05时贡献率为9.43%,增大到0.2后贡献率增加为21.46%;同样当进水中NO_2-N/NH_4-N的比值为0.5时厌氧氨氧化的贡献率为10%左右,而1.0或1.5后的贡献率可达20.72%。接种组厌氧氨氧化的贡献率低于对照组,接种组贡献率最高为13%,而对照组中的贡献率最高为23%。综上,通过对填埋场反应器中反硝化和厌氧氨氧化协同作用机理的研究,为实际运行中渗滤液水质的优化提供了理论依据,研究结果验证了优化进水的调控策略可以有效地提高反应器的运行效率和厌氧氨氧化的贡献率。此外,接种污泥确实可以有效提高反应器启动的脱氮效率,但决定反应器中脱氮途径的主要还是微生物的种类和数量,因此选择合适的污泥源对调控反应器快速启动和脱氮效率的提高更为重要。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703

【参考文献】

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