【摘要】：近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，畜禽產(chǎn)品的需求量逐漸增加，畜禽養(yǎng)殖業(yè)得到迅速發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的廢液越來越多。目前畜禽養(yǎng)殖污染已成為三峽水庫的主要污染源之一，嚴(yán)重威脅三峽庫區(qū)水環(huán)境安全。因此，開發(fā)高效經(jīng)濟(jì)的畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)具有迫切性，同時對保護(hù)和改善次級支流及庫區(qū)水環(huán)境具有重要的意義。 畜禽糞水的除碳脫氮是本研究的核心。為了實(shí)現(xiàn)畜禽糞水有機(jī)物和氮的有效去除，本文提出利用兩種不同耦合工藝（產(chǎn)甲烷—短程硝化反硝化—厭氧氨氧化、同時產(chǎn)甲烷反硝化—短程硝化反硝化）處理畜禽糞水。試驗(yàn)期間首先對三種反應(yīng)器（厭氧氨氧化反應(yīng)器、同時產(chǎn)甲烷反硝化反應(yīng)器、短程硝化反硝化反應(yīng)器）的啟動特性及脫氮性能進(jìn)行研究；然后分別進(jìn)行組合，研究兩組耦合工藝對畜禽糞水的去除效果，研究結(jié)果表明同時產(chǎn)甲烷反硝化—短程硝化反硝化耦合工藝對畜禽糞水有機(jī)質(zhì)和氮均具有較好的去除效果且運(yùn)行穩(wěn)定。后期利用同時產(chǎn)甲烷反硝化—短程硝化反硝化耦合工藝進(jìn)行工程規(guī)模的示范研究。 主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下： ①厭氧氨氧化污泥馴化及反應(yīng)器的啟動研究 為了實(shí)現(xiàn)畜禽糞水厭氧氨氧化途徑脫氮，首先應(yīng)用模擬廢水對厭氧氨氧化反應(yīng)器進(jìn)行啟動。通過兩組不同接種污泥濃度大小厭氧氨氧化反應(yīng)器啟動試驗(yàn)得出：污泥濃度為53.23g/L反應(yīng)器進(jìn)水NH_4~+-N、NO_2~--N達(dá)340.74mg/L、340.97mg/L，其NH_4~+-N、NO_2~--N去除率分別達(dá)99%和98%，TN去除率在75%以上；而污泥濃度為31.94g/L反應(yīng)器進(jìn)水NH_4~+-N、NO_2~--N提高至216.98mg/L和218.94mg/L時，其氨氮去除率在90%，亞硝氮去除率只有50%，且有大量的硝態(tài)氮產(chǎn)生，TN去除率只有30~40%，因此高接種污泥濃度更有利于厭氧氨氧化反應(yīng)器的高效啟動。通過掃描電鏡觀察兩個反應(yīng)器內(nèi)存在球狀、桿狀的厭氧氨氧化菌，成功實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化反應(yīng)器的啟動。 ②同時產(chǎn)甲烷反硝化影響機(jī)理及反應(yīng)器啟動研究 亞硝氮是影響同時產(chǎn)甲烷反硝化有機(jī)物去除效果的主要原因，為此，研究了亞硝氮對產(chǎn)甲烷反硝化反應(yīng)的生化抑制機(jī)理。應(yīng)用批式試驗(yàn)研究了有機(jī)物負(fù)荷為3.0kgCOD·m-3·d~(-1)、COD/NO_2~--N值分別為10:1、20:1、30:1、40:1時同時產(chǎn)甲烷反硝化對畜禽糞水的去除效果，通過COD、輔酶F_(420)、β-葡萄糖苷酶、MLVSS/MLSS等變化規(guī)律得出COD/NO_2~--N值為30:1、40:1時，COD去除率、輔酶F_(420)、β-葡萄糖苷酶和MLVSS/MLSS含量與空白無亞硝氮的變化規(guī)律一致，亞硝氮幾乎未對產(chǎn)甲烷菌活性產(chǎn)生抑制作用；而COD/NO_2~--N值為10:1、20:1時，其COD去除率、輔酶F_(420)、β-葡萄糖苷酶和MLVSS/MLSS含量降低，產(chǎn)甲烷菌活性受到明顯抑制。在pH為6.8~7.6、溫度35±1℃、COD/NO_2~--N=30:1條件下進(jìn)行混合式反應(yīng)器處理畜禽糞水的研究，經(jīng)過45d運(yùn)行，反應(yīng)器穩(wěn)定有機(jī)負(fù)荷和亞硝氮負(fù)荷分別達(dá)3.0kgCOD·m-3·d~(-1)和0.1kg NO_2~--N·m-3·d~(-1)，其COD和NO_2~--N去除率分別為70%和99%，實(shí)現(xiàn)同時產(chǎn)甲烷反硝化反應(yīng)器的啟動。 ③短程硝化反硝化反應(yīng)的穩(wěn)定實(shí)現(xiàn) 實(shí)現(xiàn)畜禽糞水亞硝化途徑脫氮是本課題研究的重要內(nèi)容，基于此，主要進(jìn)行了兩點(diǎn)研究：1）應(yīng)用畜禽糞水于短程硝化反硝化反應(yīng)器穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)亞硝氮的積累，其進(jìn)水氨氮濃度達(dá)813.84mg/L，氨氮去除率達(dá)94%，亞硝酸鹽積累率為90%。2）應(yīng)用短程硝化反硝化反應(yīng)器進(jìn)行pH、FA和供氧方式等影響因素的研究，試驗(yàn)得出：畜禽糞水處理過程中，當(dāng)pH為8、FA為18mg/L時更利于短程硝化反硝化反應(yīng)的穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)；恒定曝氣量和恒定DO條件下氨氮去除率相差不大。 ④產(chǎn)甲烷—短程硝化反硝化—厭氧氨氧化耦合工藝處理畜禽糞水 1）應(yīng)用畜禽糞水進(jìn)行厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的啟動，經(jīng)過30d的運(yùn)行反應(yīng)器負(fù)荷達(dá)3.5COD kg·m-3·d~(-1)，有機(jī)物去除率為80%。2）應(yīng)用產(chǎn)甲烷—短程硝化反硝化—厭氧氨氧化耦合工藝處理畜禽糞水，耦合工藝對有機(jī)物的去除率大于95%，有機(jī)物去除效果較好。3）短程硝化反硝化反應(yīng)器出水NO_2~--N/NH_4~+-N值在0.6~2.5之間，耦合工藝對TN去除率在55~80%之間。 ⑤同時產(chǎn)甲烷反硝化—短程硝化反硝化耦合工藝處理畜禽糞水 應(yīng)用同時產(chǎn)甲烷反硝化—短程硝化反硝化耦合工藝處理畜禽糞水，并分別研究了模擬循環(huán)、1:1和2:1回流比下有機(jī)物和氮的去除效果。模擬循環(huán)階段系統(tǒng)對有機(jī)物和氨氮的去除率分別為95%和94%；1:1回流比下系統(tǒng)對有機(jī)物去除率為96%，對氨氮去除率為95%，系統(tǒng)對總氮平均去除率為86%；2:1回流比下系統(tǒng)對有機(jī)物去除率在94%以上，系統(tǒng)對總氮平均去除率為89%。綜合糞水有機(jī)物和氮的去除效果及節(jié)能等因素考慮適合選擇系統(tǒng)回流比為1:1，此時同時產(chǎn)甲烷反硝化反應(yīng)器對總有機(jī)物和平均總氮去除率分別為70~80%和13%；短程硝化反硝化反應(yīng)器對總有機(jī)物和平均總氮的去除率分別為16~26%和73%。 ⑥同時產(chǎn)甲烷反硝化—短程硝化反硝化處理畜禽加工廢水工程示范 通過馴化試驗(yàn)完成了產(chǎn)甲烷反硝化—短程硝化反硝化示范工程各反應(yīng)器的啟動。厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器有機(jī)物去除率達(dá)70%以上；短程硝化反硝化反應(yīng)器氨氮去除率達(dá)80%以上。根據(jù)前期研究成果，穩(wěn)定運(yùn)行期選擇系統(tǒng)回流比為1:1，此時同時產(chǎn)甲烷反硝化反應(yīng)器對有機(jī)物去除率可達(dá)80%以上，系統(tǒng)對有機(jī)物去除率在95%以上，系統(tǒng)對氨氮的去除率在90%以上，系統(tǒng)對總氮去除率為71%，耦合工藝示范工程對畜禽加工廢水有機(jī)物和氮的去除效果較好。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X713
【圖文】：

脫氮機(jī)理分析厭氧氨氧化過程中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化還不是非常明確，據(jù)報(bào)道有 NH2OH、N2H4、HNO2、NO 和 N2O 等[50-53]。在試驗(yàn)中比 N2H4更具有活性，NH2OH 能比 N2H4還原更多種類的細(xì)68nm[54]。Van de Graaf 等采用同位素15N 對厭氧氨氧化反應(yīng)明氨被微生物氧化過程中，羥胺最有可能作為電子受體，氮分解而來，并提出了厭氧氨氧化反應(yīng)的可能途徑。在 NH量試驗(yàn)中，有短暫的 N2H4積累現(xiàn)象。假設(shè) N2H4轉(zhuǎn)化為氮-還原為 NH2OH 的過程提供等量電子，用15N 做標(biāo)簽實(shí)驗(yàn)得一個由膜包圍的酶復(fù)合體將氨和 NH2OH 轉(zhuǎn)化為 N2H4，N為氮?dú)�，產(chǎn)生的電子通過內(nèi)部電子轉(zhuǎn)移，在包含酶復(fù)合體為 NH2OH；②氨和 NH2OH 在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)被一由膜包圍的酶2H4在外周胞質(zhì)內(nèi)轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓a(chǎn)生的電子通過電子傳輸鏈酸鹽還原酶將 NO2-還原為 NH2OH，厭氧氨氧化代謝途徑

以消除硝酸鹽對產(chǎn)甲烷菌活性的抑制，顆粒污泥內(nèi)部嚴(yán)格的厭氧區(qū)有利于產(chǎn)甲烷菌的生長，當(dāng)反硝化作用完成后過剩的有機(jī)物即被顆粒內(nèi)部的產(chǎn)甲烷菌利用轉(zhuǎn)化為甲烷氣體，目前提出的反硝化產(chǎn)甲烷顆粒污泥代謝模型如圖1.2所示[78]。圖 1.2 產(chǎn)甲烷反硝化顆粒污泥代謝模型Fig. 1.2 Metabolic model of simultaneous denitrification and methanogenesis granular sludge②同時產(chǎn)甲烷反硝化影響機(jī)制分析同時反硝化產(chǎn)甲烷工藝具有很強(qiáng)的優(yōu)越性，在實(shí)現(xiàn)厭氧反應(yīng)器功能擴(kuò)展的同時，也為傳統(tǒng)硝化-反硝化工藝提供新的思路。但是，單一反應(yīng)器反硝化產(chǎn)甲烷工藝也有其自身的不足，如會導(dǎo)致厭氧污泥的沉降性下降從而導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差；NOx--N和反硝化中間產(chǎn)物對產(chǎn)甲烷菌具有毒性作用；碳源的競爭易導(dǎo)致甲烷產(chǎn)量減少甚至沒有甲烷產(chǎn)生，因此研究兩類微生物間的相互關(guān)系對同一反應(yīng)器產(chǎn)甲烷反硝化硝化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義，兩者相互作用關(guān)系主要包括[79-82]以下三個方面：（1）競爭作用，通常認(rèn)?

圖 1.3 技術(shù)路線Fig. 1.3 Technical route of this topic1.5.3 擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題1）探索研究適合處理畜禽糞水有機(jī)質(zhì)和氮的耦合工藝技術(shù)路線，以期實(shí)現(xiàn)畜禽糞有機(jī)物的資源化利用和氮的有效去除。2）單一反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)同時產(chǎn)甲烷反硝化反應(yīng)，并通過功能菌群活性變化規(guī)律及生化機(jī)理分析探索產(chǎn)甲烷菌、反硝化菌的最適耦合條件。3) 通過對短程硝化反硝化工藝參數(shù)的調(diào)控實(shí)現(xiàn)畜禽糞水亞硝酸鹽氮的穩(wěn)定積累。4）通過對同時產(chǎn)甲烷反硝化—短程硝化反硝化耦合工藝參數(shù)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)畜禽糞水有機(jī)質(zhì)和氮的高效去除。

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 劉玉浩;彭緒亞;何清明;李蕾;;產(chǎn)甲烷反硝化-短程硝化反硝化組合工藝處理屠宰廢水的效能[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2013年09期

2 刁明月;謝影;彭緒亞;李治陽;申Z

本文編號：2796188