基于厭氧氨氧化的全程自養(yǎng)脫氮（CANON）工藝是目前最經(jīng)濟快捷的脫氮路徑之一，其相比于傳統(tǒng)硝化-反硝化工藝可以節(jié)省60%的耗氧量和100%的有機碳源。然而該工藝仍然存在啟動時間長、去除負荷低、局限于高氨氮廢水的問題。為了解決以上問題，本課題首次將膜生物反應器（MBR）應用于CANON工藝，從CANON工藝的快速啟動、CANON工藝的影響因素、CANON工藝處理生活污水的可行性以及不同條件下相應的微生物特征等方面開展了試驗研究。 基于CANON工藝啟動時間較長的現(xiàn)狀，本課題采用三個設置完全相同的MBR反應器（分別記為R1、R2和R3），同時接種取自城市污水廠的普通活性污泥，在常溫25℃下考察了CANON工藝的快速啟動策略。其中，R1通過保持進水氨氮濃度為80mg/L左右，在限氧條件下逐漸縮短水力停留時間（HRT）（8.0-5.3-4.7-4.2-3.5-2.4-1.9h）的方式啟動；R2通過在限氧條件下逐漸增加進水氨氮濃度（70-100-150-200mg/L）的方式啟動；R3在限氧條件下保持進水氨氮濃度為200mg/L左右，以間歇運行的方式啟動。結果表明，三種方式均可快速啟動CANON工藝，R1啟動時間78天，總氮去除負荷（NRR）達到0.95kg/m3/d以上；R2啟動時間50天，NRR達到0.70kg/m3/d以上；R3啟動時間36天，NRR達到0.61kg/m3/d以上。間歇運行的方式能夠更快的啟動CANON工藝，而連續(xù)流的運行方式可以達到較高的NRR。 考慮到目前CANON工藝在低氨氮廢水中應用的局限性，本文采用DGGE分析了低氨氮CANON工藝啟動過程中的群落演替規(guī)律。結果表明，在啟動過程中，好氧氨氧化菌（AerAOB）的生物多樣性減少，但Nitrosomonas一直是其優(yōu)勢群落。相反，厭氧氨氧化菌（AnAOB）的多樣性逐漸增加，其優(yōu)勢群落則從種泥中的Candidatus Brocadia fulgida轉變?yōu)镃andidatus Kuenenia stuttgartiensis。此外，通過間歇試驗結合FISH技術分析并證實了功能微生物的富集過程。MBR-CANON反應器里同時存在著生物膜系統(tǒng)（膜絲表面）和活性污泥系統(tǒng)（反應器內(nèi)部），前者的AnAOB相對比例較高，而后者的AerAOB比例較高。這兩部分污泥內(nèi)的微生物共同完成了高效的自養(yǎng)脫氮。 氨氮作為CANON反應的重要基質(zhì)，其濃度的改變不僅會影響到CANON工藝的脫氮性能，同時會導致功能微生物活性及群落的改變。本文通過比較兩個分別在低、高氨氮下長期運行的反應器（R1和R2），并且在不同進水氨氮濃度下分別測定反應速率，考察了氨氮濃度對反應器性能、微生物活性及群落的影響。結果表明，高氨氮反應器內(nèi)AerAOB和AnAOB活性較好，AerAOB多樣性較高，而AnAOB多樣性變化不大，同時NOB受抑制程度更加徹底。此外，對于完全混合的MBR來說，進水氨氮負荷（ALR）的改變也會影響反應器內(nèi)的氨氮濃度，從而影響反應器的處理性能。因此，通過研究不同曝氣量（AFR）下ALR對CANON工藝的影響，提出了CANON工藝穩(wěn)定運行的關鍵控制參數(shù)AFR/ALR，將該參數(shù)控制在0.28（L/min）/（kg/m3/d）以下，可以保證CANON工藝高效穩(wěn)定運行，反應器內(nèi)既無亞氮積累，也無多余硝氮生成。 CANON工藝的另外一個重要基質(zhì)是堿度，同時堿度作為無機碳源也將影響自養(yǎng)微生物的活性。本文考察了堿度對不同階段功能微生物活性、CANON工藝脫氮性能及功能微生物相對數(shù)量的影響。結果表明，當進水堿度/氨氮比（A/a）降到4以下時，將嚴重影響CANON工藝的脫氮性能，即使將A/a提高為10，脫氮性能也不能完全恢復；長期堿度不足導致AerAOB和AnAOB的相對比例減少，NOB相對比例增加，污泥結構變的松散。將A/a控制為8左右既可以滿足AerAOB和AnAOB的高活性，同時可以有效抑制NOB的活性。此外，考慮到將MBR-CANON工藝應用于處理生活污水，而生活污水中含有一定量的COD，因此通過在進水中投加葡萄糖的方法考察了進水COD對CANON工藝的影響。結果表明C/N比小于1時，COD的加入對CANON工藝影響不大；C/N大于1時，反應內(nèi)開始出現(xiàn)反硝化，此時存在自養(yǎng)脫氮和異養(yǎng)脫氮的協(xié)同和競爭。 基于以上研究結果，將生活污水逐步引入兩個MBR-CANON反應器，考察該系統(tǒng)處理生活污水的可行性。結果表明，在處理生活污水階段，AerAOB的生物多樣性降低，AnAOB的生物多樣性沒有變化。AerAOB和AnAOB的相對比例均減少，同時污泥分布更為松散。Nitrosomonas菌和Candidatus Kuenenia stuttgartiensis菌依然是反應器內(nèi)的優(yōu)勢種群。兩個反應器均能實現(xiàn)對生活污水中COD、總氮及SS的同時高效去除，出水濁度均小于1NTU，系統(tǒng)若后接化學除磷，則可以實現(xiàn)磷的同時去除。 本文的研究結果表明，MBR是實現(xiàn)CANON工藝的合適裝置。接種普通活性污泥，在常溫MBR內(nèi)可以快速啟動CANON工藝，同時能夠達到較高的氮去除負荷，并且實現(xiàn)了對生活污水中COD、總氮和SS等多種污染物的同時高效去除。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2014
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

圖 1-1 厭氧氨氧化的生化途徑及酶系統(tǒng)[34, 35]Fig.1-1 Biochemical pathways and enzyme system of Anammox

圖 1-1 厭氧氨氧化的生化途徑及酶系統(tǒng)[34, 35]Fig.1-1 Biochemical pathways and enzyme system of Anammox

圖 1-5 亞硝化單胞菌屬的集中反應途徑[62]Fig. 1-5 The three energy-evoving pathways in Nitrosomonas specis在以 CANON 工藝運行的生物系統(tǒng)中，幾乎所有的 AerAOB 菌均屬于roteobacteria 門的 Nitrosomonas 種屬[54]。而目前研究最多的則是屬于該種屬itrosomonas europaea 和 Nitrosomonas eutropha。亞硝化單胞菌群通過氧化氨氮
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 郝曉地;仇付國;W·R·L·van der Star;M·C·M·van Loosdrecht;;厭氧氨氧化技術工程化的全球現(xiàn)狀及展望[J];中國給水排水;2007年18期

2 賈麗;郭勁松;方芳;魏洪懷;郭東茹;;有機碳源對單級自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)脫氮性能及微生物群落結構的影響[J];重慶大學學報;2013年03期

3 楊小麗;周娜;陳明;張瑞;宋海亮;傅大放;;FISH技術解析不同氨氮濃度MBR中的微生物群落結構[J];東南大學學報(自然科學版);2013年02期

4 朱友利;郭勁松;;基于厭氧氨氧化的單級自養(yǎng)脫氮工藝研究進展[J];工業(yè)水處理;2013年06期

5 張紅陶;鄭平;;Canon工藝研究進展[J];工業(yè)水處理;2013年08期

6 郭建華;王淑瑩;鄭雅楠;彭永臻;劉洋;孫治榮;;實時控制實現(xiàn)短程硝化過程中種群結構的演變[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2010年08期

7 石曉慶;王錦;張倩;;不同曝氣條件對膜生物反應器工藝脫氮性能的影響[J];化工學報;2009年04期

8 張軍,呂偉婭,聶梅生,王寶貞;MBR在污水處理與回用工藝中的應用[J];環(huán)境工程;2001年05期

9 曹占平;張景麗;張宏偉;;污泥齡對MBR中微生物特性的影響[J];環(huán)境工程學報;2011年04期

10 ;Effect of inorganic carbon on anaerobic ammonium oxidation enriched in sequencing batch reactor[J];Journal of Environmental Sciences;2008年08期

本文編號：2839186