發(fā)布時(shí)間：2020-06-21 07:03

【摘要】：短程硝化(Partial Nitrification, PN)和厭氧氨氧化(ANaerobic AMmonium OXidation, ANAMMOX)工藝是高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的新型生物脫氮工藝,一經(jīng)問(wèn)世便引起了環(huán)境工程界的高度關(guān)注。在我國(guó)廢水氮磷污染成為主要水環(huán)境問(wèn)題的情況下,傳統(tǒng)生物脫氮工藝已遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)需求,研發(fā)高效PN和ANAMMOX工藝具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。 然而,由于PN和ANAMMOX工藝的功能菌——氨氧化菌(Ammonia Oxidation Bacteria, AOB)和厭氧氨氧化菌(Anaerobic Ammonium Oxidation Bacteria, AAOB)生長(zhǎng)緩慢,對(duì)環(huán)境條件敏感,致使工藝啟動(dòng)困難,運(yùn)行欠穩(wěn),因而嚴(yán)重影響了其研發(fā)進(jìn)程。為了擺脫這一困局,本文對(duì)菌種富集、工藝運(yùn)行和過(guò)程控制等方面進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的研究,主要結(jié)論如下： 1)獲得了高效短程硝化富集培養(yǎng)物(HANs),揭示了HANs的代謝性能。 ①試驗(yàn)證明,以高基質(zhì)濃度運(yùn)行PN反應(yīng)系統(tǒng),可以成功選育HANs。當(dāng)反應(yīng)液中的游離氨(FA)濃度保持10-20 mg N·L-1(相當(dāng)于對(duì)照FA濃度的10倍)時(shí),經(jīng)過(guò)27天連續(xù)培養(yǎng),反應(yīng)系統(tǒng)的容積去除率(VRR)可達(dá)2.22土0.33kg N·m-3·d-1,容積亞硝氮產(chǎn)率(NPR)可達(dá)2.12±0.34 kg N·m-3·d-1,分別為對(duì)照的3.2倍和3.6倍。 ②檢測(cè)發(fā)現(xiàn),以高基質(zhì)濃度選育的HANs具有高活性和高耐氨性。分批培養(yǎng)試驗(yàn)測(cè)得的HANs最大比活性(SSA)達(dá)2.87g N·g-11VSS·d-1, FA半抑制濃度達(dá)613.9 mg NH3-N·L-1,分別是對(duì)照的4.6倍和30.4倍。 ③研究揭示,以高基質(zhì)濃度選育的HANs具有低剩余污泥產(chǎn)率特性。連續(xù)培養(yǎng)試驗(yàn)測(cè)得的HANs細(xì)胞得率為0.15 g VSS·g-1NH4+-N,分批培養(yǎng)試驗(yàn)測(cè)得的HANs衰減速率為0.09 d-1,分別為正常水平的45%和1.2倍。導(dǎo)致低污泥產(chǎn)率的原因是,在HANs的能量分配中,僅9%用于細(xì)胞合成,為正常水平的64%。 2)研發(fā)了氣升循環(huán)式PN工藝,探明了高效PN工藝的運(yùn)行性能。 ①試驗(yàn)證明,氣升循環(huán)式PN工藝具有很高的容積效能。其最大容積負(fù)荷(NLR)、VRR和NPR分別達(dá)16.7±1.5 kg N·m-3·d-1,13.0±1.3 kg N·m-3·d-1和12.3±1.4 kg N·m-3·d-1,平均亞硝氮積累率達(dá)94.6±3.9%。 ②觀察發(fā)現(xiàn),氣升循環(huán)式PN工藝具有很好的運(yùn)行穩(wěn)定性。在進(jìn)水氨氮濃度為358.5-942.3 mg N·L-1,水力停留時(shí)間(HRT)為0.86-2.00 h,進(jìn)水pH為8.00-8.43的工況下,氨氮去除率、出水氨氮濃度和亞硝氮積累率的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差分別為5.1%-19.4%,4.3%-26.5%和4.4%-5.3%。該工藝對(duì)基質(zhì)濃度、進(jìn)水流量和pH波動(dòng)具有良好的抵抗能力。 ③研究揭示,氣升循環(huán)式PN工藝高效、穩(wěn)定的主要原因是在反應(yīng)系統(tǒng)中形成了短程硝化顆粒污泥。顆粒污泥沉降性能優(yōu)良,可使反應(yīng)系統(tǒng)中的污泥濃度積累至7.9 g VSS.L-1;顆粒污泥生態(tài)環(huán)境和諧,可使SSA高達(dá)1.83 g N.g-1VSS·d-1。 3)闡明了高效PN工藝的反應(yīng)過(guò)程特性,建立了高效PN工藝的過(guò)程控制技術(shù)。 ①試驗(yàn)證明,堿度對(duì)PN反應(yīng)系統(tǒng)的性能有較大影響,其影響主要通過(guò)pH和FA實(shí)現(xiàn)。當(dāng)反應(yīng)液堿度由2011.5 mg CaCO3·L-1降至1711.0 mg CaCO3·L-1時(shí),pH由8.56降至6.70,FA由4.8 mg NH3-N·L-1降至0.3 mg NH3-N·L-1,反應(yīng)系統(tǒng)的VRR先由0.83 kg N·m-3-3·d-1上升至1.64 kg N·m-3·d-1,然后下降至0.53 kg N·m-3·d-1。 ②研究表明,PN工藝的堿度控制可分為三個(gè)區(qū)段。反應(yīng)系統(tǒng)的最低堿度保有量為1660.0 mg CaCO3·L-1,有效堿度含量為1711.0-1840.0 mg CaCO3·L-1,最佳堿度含量為1840.0-1853.0 mg CaC03.L-1. ③試驗(yàn)證明,溫度對(duì)PN系統(tǒng)性能有較大影響,其影響主要通過(guò)改變酶活實(shí)現(xiàn)。當(dāng)水溫為16.8-22.4℃時(shí),VRR和NPR分別為0.54-1.70 kg N·m-3·d-1和0.53-1.65 kg N·m-3·d-1。在該溫度范圍內(nèi),PN反應(yīng)存在兩個(gè)差異很大的活化能,分別為65.6 kJ·mol-1(較高溫時(shí))和584.9 kJ·mol-1(較低溫時(shí)),其溫度交界點(diǎn)為17.4℃。 ④研究表明,PN工藝的溫度控制可分為兩個(gè)區(qū)段。當(dāng)溫度短期低于17.4℃時(shí),無(wú)需進(jìn)行溫度控制；當(dāng)溫度長(zhǎng)期低于17.4℃時(shí),需將溫度升至17.4℃,以取得最大升溫效益。 4)獲得了高效厭氧氫氧化富集培養(yǎng)物(HAAB),揭示了HAAB的代謝性能。 ①試驗(yàn)證明,以上流式生物濾器(UBF)為工具,可以成功選育HAAB。在HRT為1.54 h,進(jìn)水氨氮濃度947.8±17.4 mg N·L-1,進(jìn)水亞硝氮濃度1246.9±20.1 mg N·L-1的條件下,連續(xù)培養(yǎng)功能菌435天,反應(yīng)系統(tǒng)的容積氨氮去除速率(VARR)、容積亞硝氮去除速率(VNRR)和VRR分別可達(dá)14.4±0.2kg N·m-3·d-1,19.4±0.3kg N·m-3·d-1和33.9±0.4 kg N·m-3·d-1。 ②檢測(cè)發(fā)現(xiàn),所獲得的HAAB具有超優(yōu)性能。該培養(yǎng)物沉降速率為90-150m·h-1, SSA為2.19 g N·g-1VSS·d-1,倍增時(shí)間為7.4 d,細(xì)胞得率為0.48gVSS·g-1NH4+-N。這些指標(biāo)均優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道水平。 ③研究揭示,HAAB的培育過(guò)程可分為三個(gè)階段。培育初期,宜以饑餓處理加速接種物中非功能菌的衰減；培育中期,宜以提升基質(zhì)濃度篩選HAAB;培育后期,宜以出水回流緩解基質(zhì)毒性。 5)研發(fā)了ANAMMOX-EGSB工藝,探明了高效ANAMMOX工藝的運(yùn)行性能。 ①試驗(yàn)證明,ANAMMOX-EGSB工藝可取得超常的容積效能。EGSB反應(yīng)器的HRT可短至0.237-0.267 h, NLR可高達(dá)76.4kg N·m-3·d-1,VRR可高達(dá)61.4kg N·m-3·d-1。這些指標(biāo)已超出文獻(xiàn)報(bào)道的最高值。 ②觀察發(fā)現(xiàn),ANAMMOX-EGSB工藝具有超常的運(yùn)行穩(wěn)定性。在進(jìn)水總氮濃度為429.5-928.6 mg N·L-1,水力負(fù)荷為90.0-101.5 L·L-1·d-1,pH為7.00-8.30的工況下,反應(yīng)器總氮去除率和出水濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為3.6%-6.9%和14.4%-22.6%。該工藝對(duì)基質(zhì)濃度、進(jìn)水流速和pH波動(dòng)具有良好的抵抗能力。 ③研究揭示,ANAMMOX-EGSB工藝高效、穩(wěn)定的主要原因是反應(yīng)器內(nèi)持留了密度高、活性強(qiáng)的顆粒污泥。反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的污泥濃度高達(dá)24-28 g·L-1,連續(xù)培養(yǎng)測(cè)得的SSA高達(dá)3.62g N·g-1VSS·d-1。 6)闡明了高效ANAMMOX工藝的反應(yīng)過(guò)程特性,建立了高效ANAMMOX工藝的過(guò)程控制技術(shù)。 ①檢測(cè)發(fā)現(xiàn),ANAMMOX反應(yīng)的真正基質(zhì)是離子態(tài)的銨和亞硝酸鹽。在分批培養(yǎng)試驗(yàn)中,pH為6.98-8.19時(shí),pH對(duì)總氨氮半飽和常數(shù)的影響不大,其值為4.16±0.49 mg N·L-1; pH為6.95-8.30時(shí),pH對(duì)總亞硝氮半飽和常數(shù)的影響也不大,其值為4.07±1.07 mg N·L-1。據(jù)此推斷,離子態(tài)的銨和亞硝酸鹽是ANAMMOX反應(yīng)的真正基質(zhì)。 ②試驗(yàn)證明,低進(jìn)水pH對(duì)ANAMMOX工藝的效能有顯著影響。其影響主要來(lái)自低pH與游離亞硝酸的雙重抑制。在NLR大于14.8 kg N·m-3·d-1和設(shè)置回流(4：1)的情況下,這種抑制可得到有效緩解。抑制作用導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)時(shí),可采用停車自然恢復(fù)、清水沖洗恢復(fù)和外加堿液恢復(fù)三種措施恢復(fù)效能。 ③觀察發(fā)現(xiàn),高負(fù)荷工況易激發(fā)ANAMMOX顆粒污泥上浮。這使得反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)污泥大量流失,效能迅速下降。顆粒污泥上浮的原因是內(nèi)部產(chǎn)生空洞,持留氣體,導(dǎo)致顆粒污泥密度低于水密度。采取“收集浮泥→機(jī)械破碎→返回反應(yīng)器”的措施可增加系統(tǒng)中污泥量,從而恢復(fù)效能。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

原理著豐富的AOB，大致可以分為自養(yǎng)型和異養(yǎng)型、Nitrosococcus和Njtroso護(hù)ira屬，后者主，10朋haera屬(Gallel，andwinte雙2005)。在廢。本章著重探討自養(yǎng)型AOB及其作用。硝酸鹽是一個(gè)產(chǎn)能反應(yīng)(一260.2kJ·mol一’NH4氣可知，該反應(yīng)涉及兩個(gè)步驟。先在氨單加氧酶再在經(jīng)胺氧還酶(IJAO)催化下，經(jīng)胺轉(zhuǎn)化成碳酸鹽為碳源，通過(guò)卡爾文途徑轉(zhuǎn)化為有機(jī)物。廠j塑邊哩竺令NHZoH一宜絲壁絲竺分從幾一彝膜外周質(zhì)細(xì)胞膜一細(xì)胞質(zhì)

(工· aekneretal.，2()10)膜狀短程硝化污泥厚度約200卜m，隨著膜厚度的增加，膜內(nèi)溶氧濃度迅速下降(如圖1.2所示)。受此氧濃度梯度的影響，膜表層主要分布AOB，中部分布NOB，膜內(nèi)層分布少量異養(yǎng)菌(如反硝化菌)。生物膜不易流失，污泥VSS可大于 10gL一‘。但生物膜表面積相對(duì)較小，傳質(zhì)阻為相對(duì)較大。顆粒狀短程硝化污泥，粒徑較小，一般不超出3111111，內(nèi)部富含胞外多聚物 (EPs)(MatsLllllotoetal.

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 馬春;厭氧氨氧化工藝處理低溫和高鹽度廢水的可行性研究[D];杭州師范大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2723718