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《浙江大学》 2011年
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厌氧氨氧化工艺特性与控制技术的研究

唐崇俭  
【摘要】:厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation, ANAMMOX)工艺是一种新型高效生物脱氮工艺,其容积效能远远高于传统生物脱氮工艺,具有诱人的开发和应用前景。为了深化ANAMMOX工艺的理论探索,推进ANAMMOX工艺的技术创新,加快ANAMMOX工艺的工程应用,本文对ANAMMOX工艺的启动过程、运行过程、运行障碍和控制技术等进行了全面而深入的研究,主要结论如下: 1)揭示了ANAMMOX工艺的启动过程特性,提出了启动过程的控制技术。 试验发现,在ANAMMOX反应器启动过程中,依次呈现菌体自溶、活性迟滞、活性提高和活性稳定4个阶段。菌体自溶阶段,反应器没有厌氧氨氧化功能,出水氨氮浓度高于进水氨氮浓度,控制中可减少进水中氨氮添加量。活性迟滞阶段,反应器出现微弱的厌氧氨氧化功能,控制中宜维持低进水基质浓度,避免基质自抑制作用。活性提高阶段,反应器的厌氧氨氧化功能显著增强,但污泥中的厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium-oxidizing bacteria, AAOB)仍处于增长状态,控制中宜稳步提高容积氮负荷,保证基质有效供给,同时避免反应液pH过高和基质毒害。活性稳定阶段,反应器的厌氧氨氧化功能趋于饱和,控制中宜将容积氮负荷控制在最大负荷的70%左右,以兼顾反应器运行的稳定性。 2)揭示了常负荷ANAMMOX工艺的运行特性,提出了ANAMMOX工艺“低浓度高通量”运行模式。 试验证明,在ANAMMOX工艺运行中,存在基质自抑制作用。NH4+可通过游离氨(free ammonia, FA)引发基质自抑制作用,触发ANAMMOX反应器性能恶化,导致反应液亚硝酸盐浓度升高,进而加剧抑制。在进水NO2--N浓度或进水NO2--N/NH4+-N较高的工况下,ANAMMOX反应器性能易因亚硝酸盐自抑制而失稳;失稳性能可以恢复,重度抑制下的恢复程度可达93%。采用“低浓度高通量”运行模式,维持反应器进水N02--N浓度240 mg/L,可将HRT (hydraulic retention time)缩短至0.41 h,使容积基质氮去除速率达到25.02 kg/(m3·d)。 3)研发了高负荷ANAMMOX工艺,揭示了高负荷ANAMMOX工艺的运行特性,提出了高负荷ANAMMOX工艺的控制技术。 试验证明,ANAMMOX污泥床反应器的HRT可短至0.06-0.11 h,容积氮负荷可高达150-220 kg/(m3·d),容积基质氮去除速率可高达100-130 kg/(m3·d),为文献报道原有世界最高水平的4-5倍[日本学者Tsushima et al. (2007)报道的厌氧氨氧化工艺容积效能最高水平为26 kg/(m3·d)]。研究揭示,高负荷ANAMMOX反应器内的颗粒污泥呈血红色,沉降性能显著优于常负荷下的对应值,反应器内颗粒污泥的堆积方式为简单立方堆积。在反应器内污泥浓度小于37.8g VSS/L的条件下,操作上宜以提高污泥浓度的方式来增大ANAMMOX反应器的容积效能;而在反应器内污泥浓度大于37.8 g VSS/L的条件下,操作上宜以提升容积负荷的方式来增大ANAMMOX反应器的容积效能。 4)揭示了有机物和毒物对ANAMMOX工艺的障碍特性,发明了菌种流加式ANAMMOX工艺。 研究揭示,有机物和毒物对ANAMMOX工艺的转化功能具有干扰(障碍)作用。长期在高有机物浓度(COD/NO2--N=1.86)条件下运行,反应器内反硝化和硫酸盐还原作用增强所致的基质竞争和功能菌生存空间竞争,可使反应器的厌氧氨氧化功能完全丧失。制药废水具有很强的生物毒性,所含毒物可在ANAMMOX污泥中积累而呈现蓄积毒性。长期以制药废水为基质,可使ANAMMOX污泥内的菌体因中毒而溶解、死亡,造成反应器厌氧氨氧化功能衰减甚至完全丧失。 试验证明,菌种流加式ANAMMOX工艺适用于高有机含氨废水和有毒含氨废水的脱氮处理。对于有机含氨废水,通过流加高效厌氧氨氧化菌种稳定目标反应器的厌氧氨氧化功能,可实现有机含氨废水高效厌氧氨氧化脱氮。采用菌种流加式ANAMMOX工艺处理制药废水,可将反应器HRT缩短至1.0 h,所需的菌种流加速率为0.025 g VSS/(L废水·d),获得的容积基质氮去除速率可达7.24~9.41 kg/(m3·d),远远高于制药废水传统生物脱氮工艺的效能水平;出水NH4+-N浓度低于《发酵类制药工业水污染物排放标准》(GB21903-2008)所规定的限值(50 mg/L)
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X703

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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1 李祥;厌氧氨氧化生物膜反应器快速启动及影响因素研究[D];苏州科技学院;2010年
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7 赖杨岚;硫酸盐型厌氧氨氧化的启动特性与影响因素研究[D];华南理工大学;2011年
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