【摘要】：隨著科技進(jìn)步,人口增長,土地短缺和能源緊張的問題的日益突出,如何降低污水處理設(shè)備的能源消耗,減少處理設(shè)施占地面積,提高處理工藝凈化效率的需求變得越來越緊迫。與傳統(tǒng)的生物脫氮工藝相比,同步硝化反硝化具有能夠節(jié)省碳源、降低能耗、減少設(shè)施占地面積、提高處理能力、簡化日常操作流程等優(yōu)點(diǎn)。而穩(wěn)定高效的好氧反硝化是實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的關(guān)鍵。另一方面,鐵作為微生物活動(dòng)所必須的元素,亦是污水生物脫氮過程中必不可少的元素之一。通過向污水處理系統(tǒng)中添加零價(jià)鐵或鐵鹽來調(diào)高污泥活性及處理性能,是近年來出現(xiàn)的一種新型生物處理方法。本研究探究了零價(jià)鐵通過快速啟動(dòng)好氧反硝化實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化生物脫氮的現(xiàn)象與機(jī)理,通過在好氧硝化系統(tǒng)中投加零價(jià)鐵,驗(yàn)證了零價(jià)鐵可快速強(qiáng)化脫氮,并以快速強(qiáng)化脫氮為切入點(diǎn),論證了零價(jià)鐵對(duì)好氧反硝化的啟動(dòng)起主要作用。通過探究零價(jià)鐵投加量對(duì)生物脫氮效率的影響,得到最優(yōu)鐵投加量,并在此基礎(chǔ)上,分別考察了鐵作為電子供體、鐵的微生物腐蝕、嗜鐵菌種群結(jié)構(gòu)對(duì)反硝化的貢獻(xiàn),并通過宏基因組學(xué)深入探究零價(jià)鐵快速啟動(dòng)好氧反硝化的作用機(jī)制。最后,采用零價(jià)鐵強(qiáng)化序批式生物膜反應(yīng)器,對(duì)江蘇某印染廠生產(chǎn)過程產(chǎn)生的印染廢水混合實(shí)驗(yàn)室配水后進(jìn)行處理,以考察零價(jià)鐵是否可以強(qiáng)化序批式生物膜法系統(tǒng)對(duì)印染廢水處理效能。得到的主要結(jié)論如下:(1)投加零價(jià)鐵可使生物脫氮效能迅速提高,好氧反硝化啟動(dòng)時(shí)間為1~2天,系統(tǒng)脫氮效果可穩(wěn)定在60%左右。(2)零價(jià)鐵強(qiáng)化體系最佳投量為80 g/L,與投加其他價(jià)態(tài)的鐵鹽相比,零價(jià)鐵是引起快速強(qiáng)化脫氮的主要原因,并對(duì)于增強(qiáng)生物脫氮效果有維持作用。(3)在微生物腐蝕作用下,零價(jià)鐵可作為一部分電子供體被部分反硝化菌利用,并以硝酸鹽為最終電子受體,且腐蝕產(chǎn)生的大量新生鐵離子還可能迅速刺激微生物酶活性和細(xì)菌本身活性,從而促進(jìn)了好氧反硝化,提高了生物脫氮效果。(4)零價(jià)鐵的引入,造成活性污泥中某些微生物菌群在空間位置上發(fā)生了遷移,部分具有更強(qiáng)反硝化能力的微生物有選擇性地朝富鐵環(huán)境聚集,從而有利于脫氮效率的提高。(5)采用零價(jià)鐵強(qiáng)化江蘇某印染廠生產(chǎn)過程產(chǎn)生的印染廢水混合實(shí)驗(yàn)室配水,結(jié)果表明,出水COD穩(wěn)定在60±10 mg/L,零價(jià)鐵強(qiáng)化體系的出水總氮更低,穩(wěn)定在15±5 mg/L。零價(jià)鐵在生物膜系統(tǒng)中仍表現(xiàn)出較好的脫氮強(qiáng)化作用,因此,有望在印染廢水處理中采用零價(jià)鐵強(qiáng)化生物脫氮效能。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

廢水中的氮通常以含氮有機(jī)物、氨氮、硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮等形式存在到目前為止，人們已經(jīng)對(duì)轉(zhuǎn)化和去除污水中的氮進(jìn)行了大量的研究工作，主要的處理方法分為物化法和生物法。物化法主要包括吹脫法、折點(diǎn)加氯法、離子交換法等[1]。但物化法普遍能耗大，運(yùn)行費(fèi)用高，容易產(chǎn)生二次污染，且處理效果較難滿足當(dāng)今越發(fā)嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)。而依靠微生物作用轉(zhuǎn)化成氣態(tài)氮的生物法，以其操作簡單、費(fèi)用低廉，且能夠兼顧各種形式的含氮化合物，因而廣泛用于污廢水的脫氮處理。本研究以生物法為基礎(chǔ)，考察零價(jià)鐵對(duì)生物脫氮的影響，所以本節(jié)著重描述了生物脫氮的原理及應(yīng)用。1.1.1 生物脫氮原理廢水中氮的去向主要包括以下三種方式[2]：一部分被微生物吸附或同化，隨剩余污泥從水中分離；另一部分通過微生物作用轉(zhuǎn)化為 N2、NxOy等含氮?dú)怏w從水體逸出；其余則隨出水排出。廢水中氮的轉(zhuǎn)化主要通過微生物處理過程中的氨化、硝化、反硝化和同化等實(shí)現(xiàn)。生物脫氮流程如圖 1-1 所示。

圖 1-2 Barth 工藝Fig. 1-2 Barth process2、 前置缺氧—好氧生物脫氮工藝（A/O 工藝）A/.O 工藝開發(fā)于 20 世紀(jì) 80 年代初，該工藝將反硝化段放置在系統(tǒng)最前前應(yīng)用較廣泛的一種生物脫氮處理技術(shù)。由于反硝化設(shè)置在最前端，微優(yōu)先利用污水中現(xiàn)有的有機(jī)物為碳源進(jìn)行反硝化，通過內(nèi)循環(huán)將曝氣池大量的硝化產(chǎn)物——硝酸鹽回流到缺氧池繼續(xù)參與反硝化。反硝化過程

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