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厌氧氨氧化工艺研究

张少辉  
【摘要】:水体的氮素污染对人类的生存环境造成了巨大危害,氨氮是水体氮素污染的首恶,已成为人们关注的焦点。厌氧氨氧化技术是一项具有广阔应用前景的新型生物脱氮技术,具有很高的开发价值。但是,要将这项生物脱氮技术推向应用,必须首先解决厌氧氨氧化菌的菌种来源问题、菌种扩增问题和菌体持留问题。 基于厌氧氨氧化作用与反硝化作用的相似性,作者首次提出了以反硝化菌(污泥)作为厌氧氨氧化接种物,以反硝化条件促进接种物(污泥)扩增,以反硝化生物膜持留菌体细胞(污泥)的策略。创建了先培育反硝化生物膜,再启动厌氧氨氧化反应器的方法。分别采用模拟废水和实际废水(污泥压滤液)成功地启动和运试了厌氧氨氧化反应器,突破了限制厌氧氨氧化技术实用的瓶颈。主要研究结果如下: 1) 以异养型反硝化生物膜成功地启动了厌氧氨氧化反应器。异养型反硝化菌分布广泛,生长快于厌氧氨氧化菌。利用异养型反硝化菌的基质多样性和代谢多样性,通过先培育异养型反硝化生物膜,再使其由反硝化作用转变为厌氧氨氧化作用,成功地启动了厌氧氨氧化生物膜反应器。处理模拟含氨废水时,反应器R1在100d内完成由反硝化作用向厌氧氨氧化作用的过渡,容积总氮负荷达143.34 mg/L·d,NH_4~+-N和NO_2~--N去除率分别为99.09%和99.46%。处理污泥压滤液时,反应器R3在85d内完成由反硝化作用向厌氧氨氧化作用的转变,出水NH_~4+-N和NO_2~--N浓度低于1mg/L,去除率分别高达99.67%和99.88%。 2) 以自养型反硝化生物膜成功地启动了厌氧氨氧化反应器。利用自养型反硝化菌的基质多样性和代谢多样性,通过先培育自养型反硝化生物膜,再使其由反硝化作用转变为厌氧氨氧化作用,也成功地启动厌氧氨氧化生物膜反应器。以模拟含氨废水运试,反应器R2的启动过程历时110d,容积总氮负荷达144.63 mg/L·d,NH_4~+-N和NO_2~--N去除率分别为98.59%和99.08%。 3) 以异养型反硝化生物膜启动的厌氧氨氧化生物膜反应器R1运行性能优于以自养型反硝化生物膜启动的厌氧氨氧化生物膜反应器R2。反应器R1 浙江大学博_生:学位论文 中的生物量大于反应器RZ,具有更高的处理能力。反应器Rl能够承受的进 水NH4+一N和NOZ一N浓度高于反应器RZ:在进水基质浓度相同的条件下, 处理效果也优于反应器RZ,所需的HRT短于反应器RZ。 4)研究了厌氧氨氧化生物膜反应器的处理效能。反应器Rl在最适模拟 进水浓度(分别为385.43 mgNH4气N/L和420 mgNoZ一N/L)和H盯24h的 条件下,最大容积去除率达658.14mgTN/L·d;在进水(NH4+一N和N02一N) 浓度为140一160 mg/L和HRT 12h时,出水NH4十一N满足国家一级排放标准, 容积去除率为528.8 mgTN/Ld。反应器RZ在最适模拟进水浓度(分别为 350.89 mgNH4气N/L和385.25 mgNoZ一N/L)和HRT 24h的条件下,最大容 积去除率达620.09 mgTN/L·d;在进水(NH4气N和NOZ一N)浓度为140一160 mg/L和HRT 12h时,出水NH4气N满足国家一级排放标准,容积去除率为 500.64 mgTN/L·d。反应器R3在污泥压滤液的NH4气N浓度约245mg/L和HRT 17h的条件下,最大容积去除率达584.99 mg TN/L.d;HRT为28h时,出水 NH4十一N满足国家二级排放标准;HRT为36h时,出水NH4气N满足国家一 级排放标准,N02’一N完全消失,容积去除率为3 1 6.1 smgTN/L·d。 5)探讨了厌氧氨氧化生物膜反应器的运行稳定性。反应器Rl和反应器 RZ可分别在进水pH4一8.5和pHS一9时稳定运行,进水pH值超过上述范围 则导致反应器运行性能下降,但可以恢复;在最佳进水pH值(6一8)时两 个反应器的NH4十一N和N02一N去除率分别高于94%和99%。低浓度有机物 (coD 100一200 mg/L)对厌氧氨氧化活性的抑制作用主要由反硝化引起混 合液pH值升高所致;如果能消除pH值的影响,可实现反硝化与厌氧氨氧 化的同时进行,利用反硝化作用提高反应器的总氮去除效率。 6)考察了厌氧氨氧化生物膜反应器内的生物特性。填料纤维丝对微生 物具有附着架桥作用,为有效持留微生物,保证厌氧氨氧化反应器的稳定运 行创造了良好条件。成熟的厌氧氨氧化污泥呈红色;扫描电镜显示,厌氧氨 氧化菌为不规则的圆形或椭圆形,大小约l林m,表面有火山口状的缺口,成 簇聚生;透射电镜显示,厌氧氨氧化菌呈不规则的弯月状,内含囊状的厌氧 氨氧化体结构,以芽殖方式增殖。 7)揭示了指示厌氧氨氧化反应器效能的参数。在厌氧氨氧化生物膜反 应器启动和运行过程中,NH4气N去除量与NOZ一N去除量、NO3一N生成量 II 浙江大学博士学位论文 之间的比值,以及反应器内pH值和污泥颜色的变化,可以指示厌氧氨氧化 反应器的运行性能。稳态运行时,反应器内混合液呈弱碱性;NH4气N去除 量、NOZ一N去除量和N03’一N生成量之间的比例为:l:1 .01一1 .35:0.18一0.26。


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