厭氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation, Anammox)是一種可持續(xù)的生物脫氮工藝,在高濃度氨氮廢水處理領(lǐng)域前景廣闊。但是Anammox菌生長緩慢(倍增時間約2周),在常規(guī)反應(yīng)器中易流失、不易富集等問題限制了Anammox工藝的工業(yè)化應(yīng)用。厭氧膜生物反應(yīng)器(Anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)結(jié)構(gòu)緊湊、占地小,可以實現(xiàn)微生物的有效截留,適合培養(yǎng)生長緩慢的厭氧氨氧化菌并應(yīng)用其處理高濃度氨氮廢水。然而,膜污染問題卻是AnMBR應(yīng)用的主要瓶頸。本文旨在研究培養(yǎng)富集Anammox菌、減緩膜污染的厭氧氨氧化膜生物反應(yīng)器和工藝條件,為全程自養(yǎng)脫氮過程的穩(wěn)定運行提供理論和技術(shù)支持。 論文針對Anammox菌生長緩慢和膜污染問題,采用完全攪拌混合厭氧膜生物反應(yīng)器(Completely stirring anaerobic membrane bioreactor, CSTR-AnMBR),研究了Anammox菌的生長速率、富集效果、污泥顆�；约把h(huán)生物氣曝氣對膜污染和脫氮性能的影響；設(shè)計開發(fā)了一體式空氣曝氣全程自養(yǎng)脫氮-膨脹顆粒污泥床-膜生物反應(yīng)器(CANON-EGSB-MBR),考察了其膜運行性能和脫氮性能。取得如下研究成果： (1)在常規(guī)CSTR和CSTR-AnMBR中富集培養(yǎng)Anammox菌,研究Anammox菌的生長動力學(xué)。結(jié)果表明,利用Lawrence-McCarty模型對實驗數(shù)據(jù)進行線性擬合,得出CSTR-AnMBR中Anammox菌的真實產(chǎn)率YT=0.133±0.017kg VSS/kg TN,衰減系數(shù)Kd=0.012±0.001day-1;由于基質(zhì)傳遞均勻以及膜對污泥的有效截留,Anammox菌在CSTR-AnMBR中的最大表觀產(chǎn)率和最快生長速率均可達常規(guī)CSTR中的2倍。 (2)在CSTR-AnMBR中,研究了攪拌器轉(zhuǎn)速對Anammox污泥顆�；挠绊�,考察污泥顆�；约傲椒植紝δの廴镜挠绊憽＝Y(jié)果表明,分別保持攪拌器轉(zhuǎn)速在150、120和100rpm,反應(yīng)器內(nèi)Anammox污泥均呈絮狀。而保持攪拌器轉(zhuǎn)速在50rpm,反應(yīng)器內(nèi)Anammox污泥的平均粒徑從2871μm增加至8961μm,形成了顆粒污泥。該過程使小粒徑污泥絮體／顆粒濃度降低50%,污泥的胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)含量降低18%,從而使膜的運行周期相應(yīng)延長了2倍。形成的Anammox顆粒污泥最高活性為2.14kg TN/kg VSS·d,最短倍增時間為6.9天,最大N02-N耐受濃度為130mg/L。以人工模擬廢水為原水,反應(yīng)器在氮負荷為4.1kg TN/m3·d時,總氮的去除率達88%。 (3)在CSTR-AnMBR中,以Anammox菌自身產(chǎn)生的N2作為氣源,采用循環(huán)曝氣的方式對膜表面進行沖刷,考察其對膜污染的影響。結(jié)果表明,Anammox污泥絮體／顆粒粘附在膜表面,分泌大量EPS(尤其是多糖),進而形成濾餅層是膜污染的成因。保持曝氣強度為118m3/m2·h,相比無曝氣條件,濾餅層中EPS的生成速率下降92%,從而將膜的運行周期延長20倍。以人工模擬廢水為原水,反應(yīng)器在氮負荷為1.5kg TN/m3·d時,總氮的去除率達83%。 (4)在SHARON反應(yīng)器中,通過控制溶解氧的方式淘汰硝化細菌,富集培養(yǎng)亞硝化細菌,考察亞硝化細菌的耗氧動力學(xué)。FISH圖像顯示,經(jīng)馴化后,反應(yīng)器內(nèi)的亞硝化細菌已經(jīng)成為優(yōu)勢菌種。利用Monod模型對實驗數(shù)據(jù)進行曲線擬合,得到亞硝化細菌的最大氧利用率OURmax=18.81±0.44mg O2/g VSS-h,氧半抑制常數(shù)Ko=0.45士0.05mg/L;另外,在EGSB-AnMBR中,保持上升流速為0.7m/h,反應(yīng)器內(nèi)／Anammox污泥形成平均粒徑達300μm的顆粒污泥。 (5)將馴化的亞硝化細菌與Anammox顆粒投入反應(yīng)器,采用空氣曝氣和連續(xù)回流的方式啟動一體式CANON-EGSB-MBR,考察反應(yīng)器的膜運行性能和脫氮性能。結(jié)果表明,在反應(yīng)器的上部,以220m3/m2-h的空氣曝氣強度沖刷膜表面,膜的運行周期相比無曝氣時延長了5倍；同時,將上部混合液回流至下部,既為亞硝化細菌提供溶解氧,又促進污泥床層膨脹,保持污泥顆粒結(jié)構(gòu)。FISH圖像顯示,顆粒污泥形成了內(nèi)層Anammox菌、外層亞硝化細菌的雙區(qū)結(jié)構(gòu)(即形成CANON顆粒)。以人工模擬廢水為原水,室溫條件下(20±3℃),該一體式空氣曝氣CANON-EGSB-MBR在氮負荷為0.55kg NH4+-N/m3·d時,總氮去除率達81%。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：X703

【參考文獻】

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