分体式厌氧氨氧化工艺固碳潜力研究

摘要

传统污水处理厂所采用的生物脱氮处理工艺不仅耗能高、需要添加有机碳源，还会产生较多的CO2气体、造成温室效应。为了适应污水处理过程可持续发展的时代主题，在达到去除氮素污染目的的同时，还须考虑如何将污水处理工艺转向环境友好型模式。基于短程硝化-厌氧氨氧化联合工艺处理氮素污染可以较好地解决此问题，甚至可以将污水处理厂从耗能除污的末端转化为零能耗或者能量输出的化工厂。
　　本文以短程硝化-厌氧氨氧化联合工艺为研究对象，通过改变基质浓度、运行参数（温度、水力停留时间(HRT)）来探究上述工艺的固碳潜力，摸索最佳固碳量的运行工况，并收集上述各阶段的污泥样品，运用分子生物技术对污泥中的微生物种群变化进行分析，推导工艺的固碳微生物，主要结论如下：
　　（1）短程硝化阶段最佳NH4+-N进水浓度为180 mg/L，在此最佳条件下，HRT=10 h、NLR（氮负荷）=0.44kg-N/m3/d、pH=7.55-7.60、T=30±1℃时，反应器运行稳定并具有最大固碳能力。
　　（2）厌氧氨氧化阶段最佳NH4+-N、NO2--N进水浓度分别为75 mg/L、95 mg/L，在此最佳条件下，HRT=24h、NLR=0.13 kg-N/m3/d、pH=7.55-7.65、T=30±1℃时，反应器运行稳定并具有最大固碳能力。
　　（3）短程硝化阶段以及厌氧氨氧化阶段的固碳量与基质浓度的SPSS线型回归分析数据表明，一次函数方程拟合度良好，在Anova中符合F校验，说明工艺固碳量与基质浓度呈现显著正相关性。
　　（4）HRT实验数据表明，短程硝化阶段NLR=0.44 kg-N/m3/d时，HRT为14 h时，短程硝化反应的固碳量最高，可达0.319 mg/mg-N；厌氧氨氧化阶段NLR=0.13 kg-N/m3/d，HRT为33.4 h时，厌氧氨氧化反应的固碳量最高，可达0.183 mg/mg-N。
　　（5）温度实验数据表明，短程硝化阶段NLR=0.44 kg-N/m3/d时、HRT=10 h时反应器温度在29-31℃之间表现出最大固碳量，约为0.285 mg/mg-N；厌氧氨氧化阶段HRT=24 h、NLR=0.13 kg-N/m3/d时反应器温度在34-36℃之间具有最大固碳量，约为0.201 mg/mg-N。
　　（6）微生物实验结果表明，短程硝化反应器中的优势菌种为Acidobacteria Bacteria(酸杆菌)、Chlorobi(绿菌)、Proteobacteria Bacteria(变形杆菌)；厌氧氨氧化反应器中的优势菌种为Planctomycete Bacteria（浮霉菌）、Actinobacteria Bacteria（放线菌）、Proteobacteria Bacteria(变形杆菌)。

目录

声明

第1章 绪论

1.1氮素污染状况及危害

1.1.1氮素污染现状

1.1.2 氮素污染的危害

1.1.3 微生物的脱氮机理

1.2 废水生物脱氮工艺

1.2.1 微生物的脱氮机理

1.2.2 传统生物脱氮工艺

1.3厌氧氨氧化工艺

1.3.1 厌氧氨氧化反应机理

1.3.2 厌氧氨氧化菌的分类与生理特征

1.3.3 厌氧氨氧化工艺的控制因素

1.3.4 厌氧氨氧化工艺的固碳潜力

1.3.5 厌氧氨氧化工艺的应用

1.5 研究内容及目标

1.5.1 研究内容

1.5.2 研究目标

1.5.3 拟采用的技术路线

1.5.4 拟解决的关键问题

第2章 基质对分体式厌氧氨氧化工艺固碳能力的影响

2.1 材料与方法

2.1.1实验装置

2.1.2接种污泥

2.1.3实验用水

2.1.4分析方法

2.2基质实验

2.2.1 短程硝化阶段实验

2.2.2 厌氧氨氧化阶段实验

第3章 运行参数对厌氧氨氧化工艺固碳能力的影响

3.1材料与方法

3.2结果分析

3.2.1 HRT实验

3.2.2 温度实验

3.3 本章小结

第4章 微生物种群分析

4.1 引言

4.2材料和方法

4.2.1 核酸提取

4.2.2 核酸检测

4.2.3 PCR扩增

4.2.4 DGGE技术

4.3微生物多样性分析

4.3.1 序列比对

4.3.2 系统发育树

4.4本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

申请学位期间的研究成果及发表的学术论文

致谢