【摘要】：低碳節(jié)能脫氮一直是污水處理的研究難點之一。傳統(tǒng)的脫氮工藝已經(jīng)無法滿足低C/N比的廢水處理的一級A排放要求,針對此類廢水的特點,基于沸石序批式反應(yīng)器(SBR)亞硝化-厭氧氨氧化耦合反硝化脫氮工藝,不僅能夠脫除廢水中有機(jī)物,同時還能提高整體工藝的脫氮效率。然而,如何實現(xiàn)穩(wěn)定亞硝化,控制有機(jī)物對厭氧氨氧化耦合反硝化的脫氮影響,是本研究面對的兩個重點。本研究以實驗室規(guī)模的沸石SBR和上流式厭氧過濾床反應(yīng)器(UBF)分別啟動運(yùn)行亞硝化和厭氧氨氧化耦合反硝化。探究各級反應(yīng)器的運(yùn)行控制策略以及微生物群落結(jié)構(gòu)特征演替規(guī)律,并將兩級反應(yīng)器串聯(lián)后處理低C/N廢水,研究其處理效能和工藝條件,以期為組合工藝的推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。首先,本課題考察了堿度比,沸石氨氮吸附容量,C/N比對沸石SBR實現(xiàn)亞硝化的影響,并深入探究了沸石SBR實現(xiàn)亞硝化的作用機(jī)制。結(jié)果表明,基于沸石對氨氮的吸附解吸平衡,反應(yīng)器內(nèi)氨氮得以維持一定濃度,從而為反應(yīng)器提供了適宜的游離氨(FA)濃度。通過控制FA濃度,富集了氨氧化菌(AOB),選擇性地抑制了亞硝酸鹽氧化菌(NOB),最終實現(xiàn)了反應(yīng)器內(nèi)穩(wěn)定亞硝化。單因素試驗表明,堿度比為5:1時,沸石SBR中亞硝態(tài)氮產(chǎn)率(NPR)達(dá)到最高值1.1 kgN/(m~3·d);沸石對氨氮的吸附容量越大,反應(yīng)器的NPR越大,亞硝態(tài)氮的積累濃度越高;溶解氧充足的情況下,低濃度有機(jī)物對反應(yīng)器內(nèi)亞硝化影響不大;通過高通量技術(shù)發(fā)現(xiàn),反應(yīng)器內(nèi)的AOB在屬水平上有較高的相對豐度,NOB的相對豐度幾乎檢測不到,這是保障亞硝化的關(guān)鍵因素。其次,在已富集厭氧氨氧化菌的UBF反應(yīng)器中投加有機(jī)物,考察不同進(jìn)水C/N比對UBF內(nèi)厭氧氨氧化耦合反硝化脫氮性能影響,并結(jié)合熱力學(xué)分析耦合系統(tǒng)內(nèi)各反應(yīng)的吉布斯自由能(?~′_(8)))變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn):進(jìn)水C/N為2.5時,耦合系統(tǒng)的脫氮效率最高,總氮(TN)去除率達(dá)到96%;此階段下,反應(yīng)器內(nèi)厭氧氨氧化的?~′_(8))低于反硝化?~′_(8)),厭氧氨氧化反應(yīng)更容易發(fā)生,厭氧氨氧化反應(yīng)的脫氮貢獻(xiàn)率為75.8%。當(dāng)C/N比值上升到3.5時,反應(yīng)器內(nèi)TN去除率下降,厭氧氨氧化的?~′_(8))上升并高于反硝化?~′_(8)),導(dǎo)致耦合系統(tǒng)內(nèi)的反硝化開始占據(jù)主導(dǎo)地位。高通量和qPCR分子生物技術(shù)發(fā)現(xiàn),anammox菌和反硝化菌共存在同一反應(yīng)器中;C/N比為2.5時,anammox菌的數(shù)量為1.58×10~7拷貝數(shù)/ul DNA,高于其他進(jìn)水條件下的數(shù)量值。最后,對沸石SBR進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行25天,使其出水水質(zhì)滿足厭氧氨氧化耦合反硝化進(jìn)水要求。第26天開始將兩級反應(yīng)器串聯(lián),探討組合工藝對低C/N廢水的脫氮性能。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)進(jìn)水NH_4~+-N為300 mg/L左右,COD為600 mg/L左右時,組合反應(yīng)器出水中的NH_4~+-N、COD分別降到2 mg/L、41 mg/L,且主要的脫氮除碳是在UBF反應(yīng)器中完成的,其相應(yīng)的TN和COD去除率分別為66.5±4.5%、71.8±4.9%。
【圖文】：

第一章 緒論攝取 NO-3-N，同樣會引發(fā)高鐵血紅蛋白癥，嚴(yán)重時可導(dǎo)致窒息，，威脅人體生命。 傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)1 傳統(tǒng)生物脫氮的原理自然水體中，微生物將有機(jī)氮分解轉(zhuǎn)化成為無機(jī)氮。城市污水中氮素的去除主要物理化學(xué)或者生物法，先將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為 NH3或者 N2，然后通過氣液分離將他系統(tǒng)，剩余的一部分氮素被微生物的同化作用以剩余污泥的形式進(jìn)入污泥處理系的轉(zhuǎn)化過程如圖 1-1。

16 mg/L時才會對AOB產(chǎn)生抑制作用。FA對NO-2-N 的抑制強(qiáng)于對 NO-3-N 的抑這一差異，就可以達(dá)成對 NO-2-N 的積累。例如，Chung[41]在 2005 年發(fā)現(xiàn)， 10-20 mg/L 時，有效的 NAR 就會實現(xiàn)，接著在 2006 年，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)當(dāng) FA-10 mg/L 時，NOB 能得到有效得抑制且 AOB 活性不受影響。相反，在 2016 年告指出 FA 濃度達(dá)到 10.61 mg/L 的時候，NAR 可以穩(wěn)定在 84%。不同文獻(xiàn)得制水平不同，這是由于不同的操作條件所導(dǎo)致。在 SHARON 反應(yīng)器中，F(xiàn)A到 300 mg/L 時才會抑制 AOB 的活性。也有研究表明，利用具有氨氮吸附作來處理氨氮廢水時，系統(tǒng)內(nèi)能維持適宜的 FA 濃度來實現(xiàn) NO-2-N 的積累。同過程中 FA 的抑制作用是可逆的，而且 AOB 比 NOB 活性恢復(fù)的更快[43, 44]，中，以亞硝化螺旋菌占主導(dǎo)地位的 NOB 富集比較慢。Wang 等[44]研究表明高A 會導(dǎo)致微生物滅活，且 FA 對 NOB 的抑制作用明顯強(qiáng)于 AOB，當(dāng) FA 濃度mg/L 時，AOB 的活性減少了 50%，而 NOB 的活性幾乎沒有。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2706417