【摘要】：低碳節(jié)能脫氮一直是污水處理的研究難點之一。傳統(tǒng)的脫氮工藝已經(jīng)無法滿足低C/N比的廢水處理的一級A排放要求,針對此類廢水的特點,基于沸石序批式反應器(SBR)亞硝化-厭氧氨氧化耦合反硝化脫氮工藝,不僅能夠脫除廢水中有機物,同時還能提高整體工藝的脫氮效率。然而,如何實現(xiàn)穩(wěn)定亞硝化,控制有機物對厭氧氨氧化耦合反硝化的脫氮影響,是本研究面對的兩個重點。本研究以實驗室規(guī)模的沸石SBR和上流式厭氧過濾床反應器(UBF)分別啟動運行亞硝化和厭氧氨氧化耦合反硝化。探究各級反應器的運行控制策略以及微生物群落結構特征演替規(guī)律,并將兩級反應器串聯(lián)后處理低C/N廢水,研究其處理效能和工藝條件,以期為組合工藝的推廣應用提供理論基礎和技術支持。首先,本課題考察了堿度比,沸石氨氮吸附容量,C/N比對沸石SBR實現(xiàn)亞硝化的影響,并深入探究了沸石SBR實現(xiàn)亞硝化的作用機制。結果表明,基于沸石對氨氮的吸附解吸平衡,反應器內(nèi)氨氮得以維持一定濃度,從而為反應器提供了適宜的游離氨(FA)濃度。通過控制FA濃度,富集了氨氧化菌(AOB),選擇性地抑制了亞硝酸鹽氧化菌(NOB),最終實現(xiàn)了反應器內(nèi)穩(wěn)定亞硝化。單因素試驗表明,堿度比為5:1時,沸石SBR中亞硝態(tài)氮產(chǎn)率(NPR)達到最高值1.1 kgN/(m~3·d);沸石對氨氮的吸附容量越大,反應器的NPR越大,亞硝態(tài)氮的積累濃度越高;溶解氧充足的情況下,低濃度有機物對反應器內(nèi)亞硝化影響不大;通過高通量技術發(fā)現(xiàn),反應器內(nèi)的AOB在屬水平上有較高的相對豐度,NOB的相對豐度幾乎檢測不到,這是保障亞硝化的關鍵因素。其次,在已富集厭氧氨氧化菌的UBF反應器中投加有機物,考察不同進水C/N比對UBF內(nèi)厭氧氨氧化耦合反硝化脫氮性能影響,并結合熱力學分析耦合系統(tǒng)內(nèi)各反應的吉布斯自由能(?~′_(8)))變化。結果發(fā)現(xiàn):進水C/N為2.5時,耦合系統(tǒng)的脫氮效率最高,總氮(TN)去除率達到96%;此階段下,反應器內(nèi)厭氧氨氧化的?~′_(8))低于反硝化?~′_(8)),厭氧氨氧化反應更容易發(fā)生,厭氧氨氧化反應的脫氮貢獻率為75.8%。當C/N比值上升到3.5時,反應器內(nèi)TN去除率下降,厭氧氨氧化的?~′_(8))上升并高于反硝化?~′_(8)),導致耦合系統(tǒng)內(nèi)的反硝化開始占據(jù)主導地位。高通量和qPCR分子生物技術發(fā)現(xiàn),anammox菌和反硝化菌共存在同一反應器中;C/N比為2.5時,anammox菌的數(shù)量為1.58×10~7拷貝數(shù)/ul DNA,高于其他進水條件下的數(shù)量值。最后,對沸石SBR進行調(diào)試運行25天,使其出水水質(zhì)滿足厭氧氨氧化耦合反硝化進水要求。第26天開始將兩級反應器串聯(lián),探討組合工藝對低C/N廢水的脫氮性能。研究發(fā)現(xiàn),當進水NH_4~+-N為300 mg/L左右,COD為600 mg/L左右時,組合反應器出水中的NH_4~+-N、COD分別降到2 mg/L、41 mg/L,且主要的脫氮除碳是在UBF反應器中完成的,其相應的TN和COD去除率分別為66.5±4.5%、71.8±4.9%。
【圖文】：

第一章 緒論攝取 NO-3-N，同樣會引發(fā)高鐵血紅蛋白癥，嚴重時可導致窒息，，威脅人體生命。 傳統(tǒng)生物脫氮技術1 傳統(tǒng)生物脫氮的原理自然水體中，微生物將有機氮分解轉化成為無機氮。城市污水中氮素的去除主要物理化學或者生物法，先將有機氮轉化為 NH3或者 N2，然后通過氣液分離將他系統(tǒng)，剩余的一部分氮素被微生物的同化作用以剩余污泥的形式進入污泥處理系的轉化過程如圖 1-1。

16 mg/L時才會對AOB產(chǎn)生抑制作用。FA對NO-2-N 的抑制強于對 NO-3-N 的抑這一差異，就可以達成對 NO-2-N 的積累。例如，Chung[41]在 2005 年發(fā)現(xiàn)， 10-20 mg/L 時，有效的 NAR 就會實現(xiàn)，接著在 2006 年，進一步發(fā)現(xiàn)當 FA-10 mg/L 時，NOB 能得到有效得抑制且 AOB 活性不受影響。相反，在 2016 年告指出 FA 濃度達到 10.61 mg/L 的時候，NAR 可以穩(wěn)定在 84%。不同文獻得制水平不同，這是由于不同的操作條件所導致。在 SHARON 反應器中，F(xiàn)A到 300 mg/L 時才會抑制 AOB 的活性。也有研究表明，利用具有氨氮吸附作來處理氨氮廢水時，系統(tǒng)內(nèi)能維持適宜的 FA 濃度來實現(xiàn) NO-2-N 的積累。同過程中 FA 的抑制作用是可逆的，而且 AOB 比 NOB 活性恢復的更快[43, 44]，中，以亞硝化螺旋菌占主導地位的 NOB 富集比較慢。Wang 等[44]研究表明高A 會導致微生物滅活，且 FA 對 NOB 的抑制作用明顯強于 AOB，當 FA 濃度mg/L 時，AOB 的活性減少了 50%，而 NOB 的活性幾乎沒有。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2706417