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反硝化脱硫工艺的启动和运行效能研究

周旭  
【摘要】:反硝化脱硫工艺(DSR)是基于反硝化工艺和硫化物生物氧化工艺所发展起来的一种废水生物处理技术,其相对传统生物硫氧化和反硝化工艺具有操作简易,成本较低等优势;目前围绕该工艺的研究和设计已经开展了大量工作,但是在投入实际使用之前,其启动和运行仍有大量问题需解决,本文即针对其启动和运行过程中的若干问题进行了研究。 在反硝化脱硫工艺启动过程中,同步脱硫脱氮颗粒污泥的迅速形成对于膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器启动和运行十分重要,而传统的启动方式较为繁琐,需要事前特别培养适合的脱硫脱氮颗粒污泥再进行接种,本文则证明直接利用产甲烷颗粒污泥进行反硝化脱硫工艺的启动,可以迅速将产甲烷颗粒污泥转化为同步脱硫脱氮颗粒污泥,并且成功去除了1.30kg m?3 d?1硫化物并将90%的硝酸盐转化为氮气。然而,随着负荷的提高,反应器效果开始下降。在高负荷下,进水中的硫化物抑制异养反硝化菌,从而导致亚硝酸盐累积,自养反硝化菌也随之被亚硝酸盐抑制,随即造成整个反硝化脱硫系统的崩溃。因此,利用产甲烷颗粒所转化的同步脱硫脱氮颗粒更适合在低负荷下运行。 反硝化脱硫工艺可以将工业污水中的硫化物,硝酸盐和COD转化为单质硫,氮气和二氧化碳,因此反硝化脱硫工艺运行失败的一个标志就是在出水中有大量的硫化物累积。通常的说,反硝化脱硫工艺运行失败是由于异养反硝化菌在竞争中抑制了自养硫氧化菌,从而降低了硫化物的去除效率。然而本文证明,硫化物被自养硫氧化菌氧化所形成的单质硫,同样可以在亚硝酸盐被异养反硝化菌消耗以后,被单质硫还原菌Methanobacterium sp.利用乙酸盐作为电子供体还原成硫化物,因此,调整DSR工艺的水力停留时间,以确保硫化物不会在被氧化成单质硫之后被再次还原,可以保证反硝化脱硫工艺处理效果的最大化。 此外,由于反硝化脱硫工艺运行过程中所产生的大量剩余污泥容易造成反应器堵塞,影响运行效能,且不易回收和利用,本文还研究了反硝化脱硫工艺中剩余污泥的回用方法,本文利用经过预处理的厌氧同步脱硫脱氮干化污泥和厌氧产甲烷干化污泥进行了Cu(II)的生物吸附试验。考察了重要的影响因素如pH值,温度,以及铜的初始浓度等对于吸附能力的影响。此外,干化污泥的性质利用傅立叶红外光谱仪和扫描电镜等进行测定。发现准二阶动力模型能够准确的描述两种干化污泥的吸附过程,而弗里德里希等温式可以描述吸附的平衡状态。实验结果显示,厌氧产甲烷干化污泥的铜吸附效果高于同步脱硫脱氮干化污泥的吸附效果,其最大吸附效率比后者高39.6%。不同污泥的吸附效率主要应归因于不同污泥的生长环境和生化反应,由于厌氧产甲烷干化污泥有着较为复杂的结构和更大的比表面积,所以它的生物吸附量要大于厌氧同步脱硫脱氮干化污泥。然而厌氧同步脱硫脱氮干化污泥的吸附能力虽低于厌氧产甲烷干化污泥;但是与其它生物吸附剂相比较,两种干化污泥对于Cu(II)的吸附能力均仍较为理想。


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