目前,污水脫氮仍然是環(huán)境污染治理領(lǐng)域的一項(xiàng)重要任務(wù)。然而,傳統(tǒng)的脫氮工藝已不能滿足日益嚴(yán)格的污水處理標(biāo)準(zhǔn)及污水處理資源化的需求。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的自養(yǎng)脫氮工藝是一種高效、經(jīng)濟(jì)的新型工藝,主要包括亞硝化工藝和厭氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)工藝,該工藝通過(guò)氨氮氧化細(xì)菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)將部分氨氮氧化為亞氮,再通過(guò)厭氧氨氧化細(xì)菌(Anaerobic ammonia-oxidizing bacteria,AAOB)將剩余的氨氮和產(chǎn)生的亞氮去除,且不需要消耗有機(jī)碳源。然而,AAOB生長(zhǎng)緩慢,富集困難,導(dǎo)致該工藝啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。同時(shí),AAOB對(duì)環(huán)境條件的變化非常敏感,極易受到廢水中雜質(zhì)的影響。因此,本文考察了自養(yǎng)脫氮工藝的啟動(dòng)策略,并研究了新興污染物納米顆粒(Nanoparticles,NPs)對(duì)該工藝的影響機(jī)制。本文采用序批式反應(yīng)器(Sequencing Batch Reactor,SBR),首先在低溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)≤0.1 mg/L,高pH(7.8~8.0),室溫條件下啟動(dòng)亞硝化工藝,待啟動(dòng)成功并穩(wěn)定運(yùn)行后,轉(zhuǎn)為厭氧氨氧化工藝運(yùn)行。在此過(guò)程中考察了功能微生物在各階段的種群演替規(guī)律。同時(shí)分別在亞硝化階段和厭氧氨氧化階段運(yùn)行穩(wěn)定后,從反應(yīng)器中取出污泥,進(jìn)行了序批實(shí)驗(yàn)。針對(duì)亞硝化階段的污泥,分別考察了納米銅(Cu-NPs)、納米氧化銅(CuO-NPs)以及CuO-NPs在不同pH水平下對(duì)其污泥活性、氨氮去除速率、功能微生物種群、銅在污泥中的分布等方面的影響;針對(duì)厭氧氨氧化階段的污泥,考察不同納米顆粒對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)速率、總氮去除性能、胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)及微生物種群的影響,并從中選擇出具有代表性的CuO-NPs考察了不同粒徑CuO-NPs對(duì)厭氧氨氧化的影響。通過(guò)研究得出以下結(jié)論:(1)自養(yǎng)脫氮工藝的快速啟動(dòng)策略為:在室溫,pH為7.8~8.0,DO≤0.1 mg/L,進(jìn)水氨氮為200 mg/L的條件下歷時(shí)21 d啟動(dòng)亞硝化工藝;在室溫,pH為7.8~8.0,進(jìn)水氨氮和亞氮濃度分別為100 mg/L的條件下歷時(shí)35 d啟動(dòng)Anammox工藝。經(jīng)冷凍保存后的亞硝化污泥可采用SBR厭氧預(yù)培養(yǎng)-高曝氣-MBR連續(xù)流運(yùn)行的方式快速恢復(fù)亞硝化污泥活性。在亞硝化階段,亞硝化單胞菌(Nitrosomonas)的相對(duì)豐度逐漸增加,并在啟動(dòng)厭氧氨氧化后逐漸降低,同時(shí)庫(kù)氏菌(Candidatus_Kuenenia)逐漸升高。(2)Cu-NPs對(duì)亞硝化污泥短期抑制閾值是30 mg/L;1 mg/L Cu-NPs的長(zhǎng)期作用可使氨氮去除率從90%降低為44.8%,AOB比亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)對(duì)Cu-NPs更加敏感;CuO-NPs短期作用對(duì)亞硝化的抑制閾值為30 mg/L,而長(zhǎng)期作用的抑制閾值為10 mg/L,這是因?yàn)槲勰鄬?duì)納米顆粒的吸附和積累增加了其在污泥中的含量。在不添加CuO-NPs的情況下,AOB可以抵抗酸性條件(pH=6.5),添加NPs之后,AOB受到了明顯的抑制,而低pH值并沒(méi)有加劇CuO-NPs的抑制作用。酸性條件提高了Nitrosomonas的相對(duì)數(shù)量,但是抑制了氨氮的去除,所以自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)適宜的pH范圍為中性偏堿性。(3)在不同NPs的短期作用中,CuO-NPs和ZnO-NPs在1-50mg/L對(duì)Anammox的抑制作用相似,TiO_2-NPs在1 mg/L時(shí)對(duì)Anammox有促進(jìn)作用,在5~20 mg/L濃度內(nèi)顯著抑制,在50 mg/L無(wú)影響;不同NPs的長(zhǎng)期作用對(duì)AAOB的直接毒性為CuOZnOTiO_2,積累性毒性強(qiáng)度為CuOZnOTiO_2。不同粒徑的CuO-NPs實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,粒徑越小,毒性越大,同時(shí)結(jié)合Cu(II)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,CuO-NPs對(duì)Anammox的抑制更多的是由于其納米效應(yīng),而非NPs釋放出的銅離子作用,且Candidatus_Brocadia對(duì)NPs的耐受性高于Candidatus_Kuenenia。
【學(xué)位單位】：鄭州輕工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X703;TB383.1
【部分圖文】：

圖 1-1 氮循環(huán)原理圖Fig.1-1 Schematic diagram of nitrogen cycle工藝與亞硝化工藝結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)全程自養(yǎng)脫氮，與傳統(tǒng)耗量[16]，具有很高的總氮去除率，其二氧化碳的產(chǎn)量較動(dòng)力消耗減少了 60%，不需要另外投加碳源[17]，AAOB胞產(chǎn)率很低[18,19]，所以剩余污泥的產(chǎn)量也很少，符合目用的要求。Anammox 工藝具有脫氮效率高、運(yùn)行費(fèi)用低理中發(fā)展?jié)摿薮�。mox 工藝存在兩種方法為 Anammox 提供電子受體，一中產(chǎn)生 NO2-，隨后進(jìn)入 Anammox 反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)；一ammox 反應(yīng)器中產(chǎn)生 NO2-并立即參與 Anammox 應(yīng)分為分體式（兩級(jí)系統(tǒng)）和一體式（單級(jí)系統(tǒng)）兩種氮（CompletelyAutotrophic Nitrogen removal Over Nitr

技術(shù)路線

.DO/pH/T 便攜式在線監(jiān)測(cè)儀；3.氣泵；4.探頭；5.曝氣環(huán)；6排水口。）圖 2-1 SBR 反應(yīng)器設(shè)置原理Fig. 2-1 Schematic diagram of SBR污泥活性恢復(fù)策略動(dòng)成功后，將亞硝化污泥在-20℃條件下，冷凍保存兩實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三種恢復(fù)亞硝化污泥活性的策略：①R1 選 Bioreactor，MBR），如圖 2-2，用低 ρ（DO）連續(xù)流，如圖 2-1 所示，采用低 ρ（DO）間歇流恢復(fù)策略；氮預(yù)培養(yǎng)-高曝氣-低 ρ（DO）運(yùn)行三階段的恢復(fù)策略示。R2 和 R3 每天運(yùn)行兩個(gè)周期，換水比 90%，各應(yīng) 480min，沉淀 30min，排水 5min，靜置 200min洗泥，以保證各周期開始時(shí)三氮濃度一致。表 2-4 反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)Table 2-4 Main parameters for the three reactors
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本文編號(hào)：2846240