發(fā)布時(shí)間：2020-06-02 20:55

【摘要】： 水環(huán)境中氮元素的大量積累導(dǎo)致了水環(huán)境質(zhì)量的嚴(yán)重惡化,采用有效的防治措施化解這一危害,是目前亟待解決的問(wèn)題。用傳統(tǒng)硝化-反硝化工藝處理高濃度氨氮廢水時(shí),由于該工藝硝化時(shí)需要氧氣,反硝化時(shí)需要有機(jī)碳源,不滿足廢水處理可持續(xù)發(fā)展的要求。近幾年發(fā)現(xiàn)一種新型生物脫氮工藝-全程自養(yǎng)脫氮,它通過(guò)亞硝化菌將廢水中部分氨氮(55%)氧化為亞硝酸氮,然后再在厭氧氨氧化菌的作用下,利用剩余的氨氮為電子供體,生成的亞硝酸氮為電子受體,轉(zhuǎn)化為氮?dú)?達(dá)到脫氮的目的。該工藝至少節(jié)省25%的氧氣和40%的有機(jī)碳源,是一種很有應(yīng)用前景的脫氮工藝。 本課題立足于國(guó)內(nèi)外生物脫氮研究的最新研究成果,對(duì)自養(yǎng)脫氮中的亞硝化、厭氧氨氧化及其二級(jí)聯(lián)合全程自養(yǎng)脫氮進(jìn)行基礎(chǔ)研究,同時(shí)考察了單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污泥顆�；目尚行�。 采用懸浮生長(zhǎng)式(CSTR)生物體系研究限制型亞硝化和完全亞硝化,限制型亞硝化和完全亞硝化的區(qū)別在于:限制型亞硝化是指廢水中的氨氮只部分(約55%)轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮;而完全亞硝化是指廢水中的氨氮全部轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮。試驗(yàn)結(jié)果表明,限制型亞硝化反應(yīng)器運(yùn)行的最佳條件是DO控制在0.5～0.8 mg/L,pH值為7.5～8.3,溫度30℃,進(jìn)水氨氮濃度為350～400 mg/L;對(duì)于完全亞硝化反應(yīng),實(shí)現(xiàn)進(jìn)水氨氮100%亞硝化的最佳條件為DO控制在0.8～1.0 mg/L,pH值為7.5～8.3,溫度30℃,進(jìn)水氨氮濃度為300～350 mg/L,最大的亞硝酸積累率能達(dá)90%左右。 DO濃度是亞硝化選擇的一個(gè)重要參數(shù),污泥馴化期,反應(yīng)器的DO濃度為1.5～2.0 mg/L時(shí),限制型亞硝化和完全亞硝化反應(yīng)器都出現(xiàn)較強(qiáng)的硝化作用,硝酸氮的產(chǎn)量大,而亞硝化積累量小;亞硝化選擇期,降低DO濃度到0.5～0.8 mg/L可以實(shí)現(xiàn)限制型亞硝化,而完全亞硝化溶解氧濃度可以在DO濃度范圍0.5～1.5 mg/L,說(shuō)明控制完全亞硝化對(duì)DO濃度的要求沒(méi)有限制型亞硝化嚴(yán)格。 采用懸浮生長(zhǎng)式SBR反應(yīng)器富集培養(yǎng)厭氧氨氧化微生物并對(duì)其進(jìn)行分子生物學(xué)鑒定。利用厭氧顆粒污泥作為種泥,控制HRT在30 d,初期顆粒污泥以反硝化作用占優(yōu)勢(shì);馴化54 d后,反應(yīng)器中出現(xiàn)厭氧氨氧化作用,反硝化和厭氧氨氧化共存;到第90 d,成功培養(yǎng)出具有厭氧氨氧化活性的顆粒污泥,氨氮和亞硝酸氮的最大容積去除速率分別達(dá)到14.6 g NH_4~+-N /(m~3·d)和6.67 g NO2--N /(m~3·d),這說(shuō)明由于厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)緩慢,在馴化初期,較長(zhǎng)的HRT對(duì)富集厭氧氨氧化微生物是至關(guān)重要的,同時(shí)說(shuō)明厭氧顆粒污泥作為培養(yǎng)厭氧氨氧化微生物的種泥是合適的。從t=110 d開(kāi)始逐步縮短HRT,提高基質(zhì)負(fù)荷來(lái)促進(jìn)厭氧氨氧化菌的生長(zhǎng)。到t=156 d,HRT降到5 d,氨氮和亞硝酸氮的去除率分別達(dá)到60.6%和62.5%,亞硝酸氮/氨氮的比率為1.12,反應(yīng)器中的顆粒污泥已經(jīng)具有相當(dāng)高的厭氧氨氧化活性,總氮負(fù)荷達(dá)到34.3 g/(m~3·d)。在厭氧氨氧化反應(yīng)器啟動(dòng)過(guò)程中,通過(guò)測(cè)定NH_4~+-N去除量與NO_2~--N去除量的比值、反應(yīng)器內(nèi)COD濃度變化及反應(yīng)器內(nèi)污泥顏色的變化,可了解厭氧氨氧化反應(yīng)器的啟動(dòng)進(jìn)程。 由于厭氧氨氧化菌為化能自養(yǎng)微生物,它們以無(wú)機(jī)碳源為能源,因此本文研究了進(jìn)水無(wú)機(jī)碳濃度對(duì)厭氧氨氧化的影響。當(dāng)進(jìn)水無(wú)機(jī)碳濃度從1.0 g/L增加到1. 5 g/L,厭氧氨氧化的活性隨之增強(qiáng),但是當(dāng)進(jìn)水無(wú)機(jī)碳濃度增加2.0 mg/L后,厭氧氨氧化活性受到抑制,脫氮性能降低。無(wú)機(jī)碳對(duì)厭氧氨氧化的抑制作用是可逆的,當(dāng)反應(yīng)器在低進(jìn)水無(wú)機(jī)碳濃度下運(yùn)行一段時(shí)間,其厭氧氨氧化活性得以恢復(fù)。在最佳進(jìn)水無(wú)機(jī)碳濃度條件下,最大厭氧氨氧化速率達(dá)到66.4 mg N/ (L·d)。 借鑒前期利用好氧顆粒污泥直接培養(yǎng)具有全程自養(yǎng)脫氨氮能力污泥的失敗經(jīng)驗(yàn),本文采用厭氧顆粒污泥為種泥,培養(yǎng)全程自養(yǎng)脫氮顆粒污泥的方式也是先在厭氧條件下富集厭氧氨氧化微生物,然后控制反應(yīng)器中DO為0.3～0.5 mg/L,實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化顆粒污泥向全程自養(yǎng)脫氮顆粒污泥的轉(zhuǎn)化。試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)進(jìn)水CaCl_2的含量過(guò)高會(huì)使反應(yīng)器生物系統(tǒng)中的無(wú)機(jī)組分增加,相應(yīng)生物量減少,使脫氮效率變低。降低進(jìn)水中的CaCl_2的含量,經(jīng)過(guò)馴化,可使污泥脫氮性能得到恢復(fù),污泥也會(huì)由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榛疑蜃丶t色。
【圖文】：

56圖 3.6 反應(yīng)器內(nèi)污泥形態(tài)變化（左：數(shù)碼照片（原始大�。┯遥猴@微照片（×4Fig. 3.6 Changes of sludge morphology in SBR reactor（left：micrograph（×40）；right：digital picture（original））

為進(jìn)一步考察厭氧氨氧化顆粒污泥中微生物種群構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)對(duì)形成泥進(jìn)行了掃描電鏡觀察，結(jié)果如圖 3.7 所示。從顆粒污泥的掃描照片可污泥表面有短桿菌和球狀菌。同時(shí)可以看見(jiàn)顆粒污泥表面有許多小孔，作為與外部交換的通道，微生物生長(zhǎng)必需的氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以通過(guò)這以獲得，，同時(shí)生長(zhǎng)代謝的廢物可以通過(guò)它們排出顆粒污泥。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X703

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