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《湖南大学》 2007年
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序批式生物膜反应器高效生物脱氮途径优化控制策略研究

徐峥勇  
【摘要】: 引入新型的微生物处理技术可以很大程度的改进目前废水处理的水平,最近一些新型的氨氮去除技术逐渐得到发展,这些新型的氨氮的去除技术为高氨氮废水的处理提供了可行性的选择。它们一般都基于亚硝化与厌氧氨氧化的协同作用。这些工艺可以通过两种系统实现:一种是短程硝化与厌氧氨氧化在分开的设备中进行,该系统包括前置的单个SHARON反应器,氨氮首先在SHARON反应器中转化为亚硝酸盐,然后在后置的厌氧氨氧化反应器(ANAMMOX)中转化为氮气;另一种是短程硝化与厌氧氨氧化是在同一个氧气受到限制的反应器内完成,即CANON反应器。这些新型的工艺主要用于去除铵含量较高的废水。 本论文简介了国内外生物脱氮技术的研究过程和研究成果,介绍了该技术的最新研究进展,指出了我国发展新型生物脱氮技术的重要性,并总结了目前研究中存在的问题,提出了以后有待于进一步研究的方向。 首先采用自主设计的SBBR反应器处理氨氮浓度含量较高的垃圾填埋场渗滤液并对其脱氮机理进行分析。在保持(32±0.4)℃的环境温度下,经过58d的驯化和33d的稳定,SBBR反应器的脱氮效率最高达到95%。实验结果表明,高频间歇式曝气方式在抑制了硝酸细菌的活性的同时也消除了亚硝酸盐浓度和pH大幅波动对亚硝酸细菌和厌氧氨氧化细菌活性的影响;在曝气阶段,溶解氧浓度被控制在1.2~1.4 mg.L-1,亚硝酸细菌成为主体细菌,亚硝酸盐积累;在缺氧阶段,随着溶解氧浓度迅速降低,厌氧氨氧化细菌成为主体细菌,曝气阶段积累的亚硝酸盐与氨氮同时被去除。 然后利用传统微生物分析技术与PCR、变性梯度凝胶电泳(DGGE)等分子生物学技术相结合的方法,对单级SBBR反应器中的主要生物脱氮途径进行分析。结果表明,亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化途径是主要的脱氮途径,通过该途径去除的NH4+-N占总去除量的65%以上;另外2条途径则分别是亚硝化-反硝化途径以及全程硝化-反硝化途径。所有途径都采取同步和分步2种方式完成,同步方式以曝气阶段的氮素亏损形式予以表现。分步方式则依靠各种脱氮微生物在曝气阶段和厌氧阶段不同的活性程度完成,亚硝酸细菌是曝气阶段的主要活性菌种,完成NH4+-N向NO2--N的转化,而厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌则在厌氧阶段成为优势菌种,完成完整的生物脱氮过程。 另外,为进一步控制反应器运行成本,在3种不同的低温驯化策略下启动3套规格相同的厌氧序批式生物膜反应器(ASBBR),在对运行过程中氮素变化规律进行分析的同时,利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对生物膜上的细菌种群结构进行分析,初步考察了厌氧氨氧化的活性.结果表明,对应a1、a2和a3 3种不同的低温驯化策略,A1、A2和A33个反应器分别经过62、56、70d的驯化后表现出不同的厌氧氨氧化活性。以氮素转化效率作为衡量标准,其活性依次为A3﹥A1﹥A2。DGGE分析进一步说明在不同的驯化策略下,反应器表现出不同的种群多样性,但种群结构基本保持一致;在接种物相同的策略中,降温幅度对种群多样性的影响与其对厌氧氨氧化活性的影响具有一致性。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:X703

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