基于厭氧氨氧化的全程自養(yǎng)脫氮（CANON）工藝是目前最經(jīng)濟(jì)快捷的脫氮路徑之一，其相比于傳統(tǒng)硝化-反硝化工藝可以節(jié)省60%的耗氧量和100%的有機(jī)碳源。然而該工藝仍然存在啟動時間長、去除負(fù)荷低、局限于高氨氮廢水的問題。為了解決以上問題，本課題首次將膜生物反應(yīng)器（MBR）應(yīng)用于CANON工藝，從CANON工藝的快速啟動、CANON工藝的影響因素、CANON工藝處理生活污水的可行性以及不同條件下相應(yīng)的微生物特征等方面開展了試驗(yàn)研究。 基于CANON工藝啟動時間較長的現(xiàn)狀，本課題采用三個設(shè)置完全相同的MBR反應(yīng)器（分別記為R1、R2和R3），同時接種取自城市污水廠的普通活性污泥，在常溫25℃下考察了CANON工藝的快速啟動策略。其中，R1通過保持進(jìn)水氨氮濃度為80mg/L左右，在限氧條件下逐漸縮短水力停留時間（HRT）（8.0-5.3-4.7-4.2-3.5-2.4-1.9h）的方式啟動；R2通過在限氧條件下逐漸增加進(jìn)水氨氮濃度（70-100-150-200mg/L）的方式啟動；R3在限氧條件下保持進(jìn)水氨氮濃度為200mg/L左右，以間歇運(yùn)行的方式啟動。結(jié)果表明，三種方式均可快速啟動CANON工藝，R1啟動時間78天，總氮去除負(fù)荷（NRR）達(dá)到0.95kg/m3/d以上；R2啟動時間50天，NRR達(dá)到0.70kg/m3/d以上；R3啟動時間36天，NRR達(dá)到0.61kg/m3/d以上。間歇運(yùn)行的方式能夠更快的啟動CANON工藝，而連續(xù)流的運(yùn)行方式可以達(dá)到較高的NRR。 考慮到目前CANON工藝在低氨氮廢水中應(yīng)用的局限性，本文采用DGGE分析了低氨氮CANON工藝啟動過程中的群落演替規(guī)律。結(jié)果表明，在啟動過程中，好氧氨氧化菌（AerAOB）的生物多樣性減少，但Nitrosomonas一直是其優(yōu)勢群落。相反，厭氧氨氧化菌（AnAOB）的多樣性逐漸增加，其優(yōu)勢群落則從種泥中的Candidatus Brocadia fulgida轉(zhuǎn)變?yōu)镃andidatus Kuenenia stuttgartiensis。此外，通過間歇試驗(yàn)結(jié)合FISH技術(shù)分析并證實(shí)了功能微生物的富集過程。MBR-CANON反應(yīng)器里同時存在著生物膜系統(tǒng)（膜絲表面）和活性污泥系統(tǒng)（反應(yīng)器內(nèi)部），前者的AnAOB相對比例較高，而后者的AerAOB比例較高。這兩部分污泥內(nèi)的微生物共同完成了高效的自養(yǎng)脫氮。 氨氮作為CANON反應(yīng)的重要基質(zhì)，其濃度的改變不僅會影響到CANON工藝的脫氮性能，同時會導(dǎo)致功能微生物活性及群落的改變。本文通過比較兩個分別在低、高氨氮下長期運(yùn)行的反應(yīng)器（R1和R2），并且在不同進(jìn)水氨氮濃度下分別測定反應(yīng)速率，考察了氨氮濃度對反應(yīng)器性能、微生物活性及群落的影響。結(jié)果表明，高氨氮反應(yīng)器內(nèi)AerAOB和AnAOB活性較好，AerAOB多樣性較高，而AnAOB多樣性變化不大，同時NOB受抑制程度更加徹底。此外，對于完全混合的MBR來說，進(jìn)水氨氮負(fù)荷（ALR）的改變也會影響反應(yīng)器內(nèi)的氨氮濃度，從而影響反應(yīng)器的處理性能。因此，通過研究不同曝氣量（AFR）下ALR對CANON工藝的影響，提出了CANON工藝穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵控制參數(shù)AFR/ALR，將該參數(shù)控制在0.28（L/min）/（kg/m3/d）以下，可以保證CANON工藝高效穩(wěn)定運(yùn)行，反應(yīng)器內(nèi)既無亞氮積累，也無多余硝氮生成。 CANON工藝的另外一個重要基質(zhì)是堿度，同時堿度作為無機(jī)碳源也將影響自養(yǎng)微生物的活性。本文考察了堿度對不同階段功能微生物活性、CANON工藝脫氮性能及功能微生物相對數(shù)量的影響。結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水堿度/氨氮比（A/a）降到4以下時，將嚴(yán)重影響CANON工藝的脫氮性能，即使將A/a提高為10，脫氮性能也不能完全恢復(fù)；長期堿度不足導(dǎo)致AerAOB和AnAOB的相對比例減少，NOB相對比例增加，污泥結(jié)構(gòu)變的松散。將A/a控制為8左右既可以滿足AerAOB和AnAOB的高活性，同時可以有效抑制NOB的活性。此外，考慮到將MBR-CANON工藝應(yīng)用于處理生活污水，而生活污水中含有一定量的COD，因此通過在進(jìn)水中投加葡萄糖的方法考察了進(jìn)水COD對CANON工藝的影響。結(jié)果表明C/N比小于1時，COD的加入對CANON工藝影響不大；C/N大于1時，反應(yīng)內(nèi)開始出現(xiàn)反硝化，此時存在自養(yǎng)脫氮和異養(yǎng)脫氮的協(xié)同和競爭。 基于以上研究結(jié)果，將生活污水逐步引入兩個MBR-CANON反應(yīng)器，考察該系統(tǒng)處理生活污水的可行性。結(jié)果表明，在處理生活污水階段，AerAOB的生物多樣性降低，AnAOB的生物多樣性沒有變化。AerAOB和AnAOB的相對比例均減少，同時污泥分布更為松散。Nitrosomonas菌和Candidatus Kuenenia stuttgartiensis菌依然是反應(yīng)器內(nèi)的優(yōu)勢種群。兩個反應(yīng)器均能實(shí)現(xiàn)對生活污水中COD、總氮及SS的同時高效去除，出水濁度均小于1NTU，系統(tǒng)若后接化學(xué)除磷，則可以實(shí)現(xiàn)磷的同時去除。 本文的研究結(jié)果表明，MBR是實(shí)現(xiàn)CANON工藝的合適裝置。接種普通活性污泥，在常溫MBR內(nèi)可以快速啟動CANON工藝，同時能夠達(dá)到較高的氮去除負(fù)荷，并且實(shí)現(xiàn)了對生活污水中COD、總氮和SS等多種污染物的同時高效去除。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

圖 1-1 厭氧氨氧化的生化途徑及酶系統(tǒng)[34, 35]Fig.1-1 Biochemical pathways and enzyme system of Anammox

圖 1-1 厭氧氨氧化的生化途徑及酶系統(tǒng)[34, 35]Fig.1-1 Biochemical pathways and enzyme system of Anammox

圖 1-5 亞硝化單胞菌屬的集中反應(yīng)途徑[62]Fig. 1-5 The three energy-evoving pathways in Nitrosomonas specis在以 CANON 工藝運(yùn)行的生物系統(tǒng)中，幾乎所有的 AerAOB 菌均屬于roteobacteria 門的 Nitrosomonas 種屬[54]。而目前研究最多的則是屬于該種屬itrosomonas europaea 和 Nitrosomonas eutropha。亞硝化單胞菌群通過氧化氨氮
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 郝曉地;仇付國;W·R·L·van der Star;M·C·M·van Loosdrecht;;厭氧氨氧化技術(shù)工程化的全球現(xiàn)狀及展望[J];中國給水排水;2007年18期

2 賈麗;郭勁松;方芳;魏洪懷;郭東茹;;有機(jī)碳源對單級自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)脫氮性能及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[J];重慶大學(xué)學(xué)報;2013年03期

3 楊小麗;周娜;陳明;張瑞;宋海亮;傅大放;;FISH技術(shù)解析不同氨氮濃度MBR中的微生物群落結(jié)構(gòu)[J];東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年02期

4 朱友利;郭勁松;;基于厭氧氨氧化的單級自養(yǎng)脫氮工藝研究進(jìn)展[J];工業(yè)水處理;2013年06期

5 張紅陶;鄭平;;Canon工藝研究進(jìn)展[J];工業(yè)水處理;2013年08期

6 郭建華;王淑瑩;鄭雅楠;彭永臻;劉洋;孫治榮;;實(shí)時控制實(shí)現(xiàn)短程硝化過程中種群結(jié)構(gòu)的演變[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2010年08期

7 石曉慶;王錦;張倩;;不同曝氣條件對膜生物反應(yīng)器工藝脫氮性能的影響[J];化工學(xué)報;2009年04期

8 張軍,呂偉婭,聶梅生,王寶貞;MBR在污水處理與回用工藝中的應(yīng)用[J];環(huán)境工程;2001年05期

9 曹占平;張景麗;張宏偉;;污泥齡對MBR中微生物特性的影響[J];環(huán)境工程學(xué)報;2011年04期

10 ;Effect of inorganic carbon on anaerobic ammonium oxidation enriched in sequencing batch reactor[J];Journal of Environmental Sciences;2008年08期

本文編號：2839186