移动床生物膜反应器半亚硝化特性及ANAMMOX反应器启动研究

摘要

城市垃圾渗滤液中含有很高的氨氮浓度，且随垃圾填埋场场龄的增长而不断提高，对环境污染十分严重，因此，造成了垃圾渗滤液难以处理达到排放标准。本论文采用SHARON和厌氧氨氧化两段工艺联合作用对垃圾渗滤液进行脱氮处理。本文采用好氧移动床生物膜反应器对SHARON工艺进行启动，废水采用厌氧产甲烷反应器处理垃圾渗滤液的出水，接种污泥取自市政硝化污泥。反应器间歇运行一周，填料表面挂上一层较薄的生物膜，再连续运行三周，反应器启动成功，氨氮去除率达到93.92%，亚硝氮积累率达到94.97%。为了匹配厌氧氨氧化的进水要求，本文对SHARON反应器半亚硝化问题进行了系统的研究，通过考察进水氨氮浓度、DO和pH值对半亚硝化的影响，结果表明：pH值和DO是获得反应器半亚硝化效果的重要参数，尤其是pH值，当控制pH=7.0时，再协同控制合适的DO浓度，反应器可稳定地实现半亚硝化。在进水浓度分别为500mg/L和300mg/L时，适宜的DO分别为1.5mg/L和1.0mg/L。并通过生物膜间接活性试验和MPN计数法分别从间接和直接两个方面揭示了SHARON反应器获得较高亚硝氮积累的本质原因是该移动床生物膜工艺可以选择性固定和积累氨氧化细菌。本文还考察了不同DO和pH值对SHARON反应器动力学参数的影响，实验表明，该反应器的氨氮去除动力学符合Haldane模型，试验求得的饱和常数Km、最大降解速率Vmax和抑制常数Ki。本文还采用了高负荷法和好氧预挂膜低负荷法对厌氧氨氧化反应器进行启动的对比研究。结果表明，高负荷法启动失败的原因可能是高亚硝氮和自由氨浓度对厌氧氨氧化微生物强抑制作用所致。低负荷法反应器经过3个月启动成功，氨氮和亚硝氮去除率均达到100%，三氮转化比例为1：1：0.42。试验证明了pH值可用作厌氧氨氧化反应器启动进程的指示参数，厌氧氨氧化微生物在反应器中占主导地位表现为出水pH值高于进水。通过对两个反应器生物膜进行扫描电镜观察看出，高负荷反应器生物膜生物种类繁杂，优势种群不明显；低负荷反应器生物膜以球状菌和杆状菌为主，厌氧氨氧化微生物成为优势种群。最后，厌氧氨氧化反应器进水负荷试验表明，控制进水氨氮和亚硝氮浓度低于800mg/L时，其去除率均可近似达到100%。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 垃圾渗滤液的产生、特征和处理现状

1.2.1 垃圾渗滤液的产生

1.2.2 垃圾渗滤液的特征

1.2.3 垃圾渗滤液的处理现状

1.3 废水脱氮技术发展现状

1.3.1 物理化学法

1.3.2 生物法

1.4 本课题的目的和意义及主要内容

1.4.1 本课题的目的和意义

1.4.2 本论文研究的主要内容

第2章 实验装置和分析检测方法

2.1 实验装置及工艺流程

2.2 分析项目和检测方法

2.2.1 反应器内生物量的测定

2.2.2 生物相的观察

2.2.3 MPN 法测定生物膜中亚硝化菌和硝化菌的数量

第3章 SHARON 反应器的启动及其半亚硝化试验研究

3.1 SHARON 反应器的启动

3.2 进水氨氮浓度对半亚硝化的影响

3.3 进水氨氮浓度为500mg/L 的半亚硝化试验

3.3.1 DO 对半亚硝化的影响

3.3.2 pH 值对半亚硝化的影响

3.4 进水氨氮浓度为300mg/L 的半亚硝化试验

3.4.1 DO 对半亚硝化的影响

3.4.2 pH 值对半亚硝化的影响

3.5 本章小结

第4章 SHARON 工艺亚硝化动力学及亚硝氮积累原因分析

4.1 SHARON 反应器短程硝化动力学研究

4.1.1 动力学模型的构建

4.1.2 实验方法

4.1.3 实验结果

4.2 SHARON 反应器亚硝氮积累原因分析

4.2.1 间接活性试验

4.2.2 SHARON 反应器生物膜种群分布分析

4.3 本章小结

第5章 ANAMMOX 反应器的启动及运行试验

5.1 ANAMMOX 反应器的启动

5.1.1 实验方法

5.1.2 启动结果

5.2 ANAMMOX 反应器运行试验

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