低溶解氧下微膨胀颗粒污泥的脱氮效能及对N2O产生量的影响

摘要

N2O是一种重要的温室气体，它的温室效应是CO2的250倍，CH4的20～30倍。N2O在大气中属于痕量气体，但N2O在大气中的浓度每增加一倍，就将导致全球升温0.3℃。并且，N2O在平流层非常稳定，其寿命长达120年以上，它通过光分解作用产生的氮氧化物能破坏臭氧层。而且生物脱氮是N2O人为的潜在产生源，其每年排放量约达0.3×1012～3×1012kg，这一数量是不容忽视的。此外，微膨胀节能理论的问世，不但可以解决污泥膨胀的问题，还可以节能降耗。同时，也为N2O研究提供了新方向。据调查显示，污水处理过程N2O的释放加剧了全球变暖的速度，已经严重威胁到了人类的生存;污泥膨胀问题也长期困扰着污水处理厂，解决这两方面的问题变得尤为迫切和重要。
　　本研究采用低溶解氧SBR反应器，成功培养出微膨胀颗粒污泥。微膨胀好氧颗粒污泥表面有放射状绒毛、污泥结构松弛但紧促、具有网状形态，污泥容积指数在150～250mL/g之间。反应器启动过程:COD去除由68％增长到了87％;氨氮去除由42％增长到了75％;出水硝酸盐和亚硝酸浓度小于1mg/L，是典型的同步硝化反硝化体系。稳定的微膨胀好氧颗粒污泥体系:COD去除率为90.99％，比未膨胀颗粒污泥增长了1.54个百分点，微膨胀颗粒污泥对COD去除没有显著影响。但微膨胀颗粒污泥脱氮效能有显著变化，氨氮去除率为68.29％，比未膨胀颗粒污泥下降了9个百分点。同时，AOB的硝化速率是33.46×10-3mg N/(g MLSS·min)，未膨胀颗粒污泥的硝化速率是微膨胀颗粒污泥的1.16倍。
　　微膨胀颗粒污泥对N2O产生量影响显著，微膨胀颗粒污泥N2O产生量为2.42mg/m3，是未膨胀颗粒污泥N2O产生量的1.26倍。微膨胀颗粒污泥N2O释放量为1.14mg/m3，比未膨胀颗粒污泥N2O产生量增加了0.28mg/m3。微膨胀颗粒污泥溶解态N2O产生量为1.28mg/m3，比未膨胀颗粒污泥溶解态N2O产生量增加了0.22 mg/m3。微膨胀颗粒污泥对N2O释放速率影响很大，微膨胀颗粒污泥N2O释放速率由3.63×10-3mg/(L·min)上升到4.72×10-3 mg/(L·min)。微膨胀颗粒污泥是未膨胀颗粒污泥N2O释放速率的1.30倍。
　　温度对COD去除无明显影响，去除率大都在90％以上。温度对氨氮去除影响显著，温度由21℃分别上升至26℃、31℃时，硝化速率由22.47×10-3 mg/(g·min)分别上升到27.47×10-3 mg/(g·min)、38.95×10-3 mg/(g·min)。硝化速率的改变直接影响脱氮效能，导致温度由21℃别分上升到26℃、31℃时，氨氮去除率由42.97％分别上升到50.14％和68.29％。氨氮去除量在31℃时达到最大值21.03 mg/L。△ρN/COD在26℃时氮对碳源的利用率达到了最高峰值0.054 mg N/mg COD。温度对N2O产生量影响显著，在不同温度下(21℃、26℃、31℃)下，N2O释放速率分别是3.70×10-3 mg/(L·min);3.89×10-3mg/(L·min);4.72×10-3 mg/(L·min)，31℃时N2O释放量0.96 mg/m3分别是21℃、26℃时的1.43倍、1.37倍。31℃时溶解态N2O产生量为1.46 mg/m3分别是21℃、26℃时的2.86倍、1.60倍。由此可见，在21℃时N2O产生量最少，更能有利于节能减排。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题的背景

1．3 课题的目的与意义

1．4 生物脱氮的研究现状

1．4．1 传统污水生物脱氮原理

1．4．2 生物脱氮新理论与新技术

1．5 好氧颗粒污泥的研究现状

1．5．1 好氧颗粒污泥现状

1．5．2 好氧颗粒污泥的影响因素

1．6 污泥微膨胀的研究现状

1．6．1 污泥膨胀现状

1．6．2 污泥微膨胀的影响因素

1．7 本课题主要研究内容

2 实验材料与方法

2．1 试验水质

2．2 试验装置与仪器

2．2．1 试验装置

2．2．2 主要仪器和设备

2．3 分析项目及检测方法

2．3．1 水质分析项目及方法

2．3．2 N2O检测方法

3 微膨胀好氧颗粒污泥反应器的启动

3．1 同步硝化反硝化反应器的启动

3．1．1 接种好氧颗粒污泥形状

3．1．2 COD去除

3．1．3 氨氮去除

3．2 微膨胀好氧颗粒污泥的培养

3．2．1 微膨胀好氧颗粒污泥的形状

3．2．2 微膨胀好氧颗粒污泥的生物相

3．2．3 微膨胀好氧颗粒污泥的沉降性能

3．3 本章小结

4 微膨胀对好氧颗粒污泥N2O产生量的影响

4．1 微膨胀对好氧颗粒污泥去除COD的影响

4．1．1 COD去除效能

4．1．2 典型反应周期内COD的变化

4．1．3 微膨胀与未膨胀好氧颗粒污泥的COD去除比较

4．2 微膨胀对好氧颗粒污泥去除氨氮的影响

4．2．1 氨氮去除效能

4．2．2 典型反应周期内氮素的变化

4．2．3 微膨胀与未膨胀好氧颗粒污泥氨氮去除比较

4．3 微膨胀好氧颗粒污泥对N2O产生量的影响

4．3．1 微膨胀对好氧颗粒污泥溶解态N2O产生量的影响

4．3．2 微膨胀对好氧颗粒污泥N2O释放量的影响

4．3．3 微膨胀好氧颗粒污泥和未膨胀颗粒污泥N2O产生量的比较

4．4 本章小结

5 温度对微膨胀好氧颗粒污泥N2O产生量的影响

5．1 不同温度下微膨胀好氧颗粒污泥的污染物去除效能

5．1．1 COD去除效能

5．1．2 氨氮去除效能

5．2 不同温度下微膨胀好氧颗粒污泥的N2O产生量

5．2．1 溶解态N2O的产生量

5．2．2 N2O的释放量

5．2．3 动力学分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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