好氧颗粒污泥同步硝化反硝化处理高浓度氨氮废水研究

摘要

好氧颗粒污泥具有沉降性能好、生物持有量高和抗冲击负荷能力强等优点，因此在废水处理领域具有重大的应用价值。通过好氧颗粒污泥可以实现同步硝化反硝化脱氮，但目前研究主要集中于处理低浓度的氨氮废水或模拟生活污水。本研究着眼于培养具有处理高浓度氨氮废水，实现同步硝化反硝化的好氧颗粒污泥；同时，应用硝化反硝化过程原理和微生物学特性，对好氧颗粒污泥脱氮的关键工艺参数进行研究，以期强化其处理效能。
　　本试验采用SBR反应器，分别以乙醇、乙酸钠和葡萄糖为碳源，在高氨氮浓度下培养好氧颗粒污泥。结果表明，以乙醇为碳源形成的好氧颗粒污泥脱氮性能不佳，氨氮的去除率在整个好氧颗粒化的过程低于30％。以乙酸钠为碳源培养颗粒污泥时，由于系统pH值随乙酸钠降解升高，在进水NH4+-N浓度为200mg/L时，自由氨的大量生成引起好氧颗粒化失败；在进水NH4+-N浓度为20mg/L时，好氧颗粒污泥可以形成，并实现了同步硝化反硝化脱氮。以葡萄糖为碳源时，好氧颗粒污泥形成很快，系统生物量达8g/L。NH4+-N和TN的去除率可分别达到94.4％和66.4％，在高溶解氧条件下实现了同步硝化反硝化的脱氮过程。
　　采用 DGGE电泳技术，对脱氮型好氧颗粒污泥形成过程中不同时期的污泥样品进行了分析。结果发现，在好氧颗粒化过程中反应器内的群落结构发生明显演替，表现为一些菌属的消亡和另一些菌属的富集。其中，检测到的丝状菌富集现象，为丝状菌在好氧颗粒化过程中起初始支架的作用提供了有利的证据。反应器系统内有较多能在胞内储存PHB的细菌，胞内PHB的降解速率相对较低，可以为反硝化过程提供碳源，有助于获得良好的同步硝化反硝化效果。好氧颗粒污泥中还广泛存在可以产生胞外聚合物的细菌。胞外聚合物有助于微生物相互粘连，增加尺寸和沉降性能，被认为与好氧颗粒污泥的形成有关。同时，反应器内较多细菌具有反硝化能力，这为反应器运行过程中的TN损失提供了依据，同时也说明培养的好氧颗粒污泥具有缺氧区。
　　本试验对曝气量和碱度对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化反应的影响进行了研究。试验表明，曝气量为140L/h时，好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮的效果最好，TN去除率达到76.19％。曝气量过小，引起DO不足以及颗粒污泥缺少搅动而沉淀，进而导致硝化反应不完全；曝气量过大，颗粒污泥内部厌氧区被压缩，同时颗粒可能遭到过强的剪切破坏，进而反硝化反应受到限制。此外，配水中NaHCO3投加量/NH4+-N为12时，好氧颗粒污泥脱氮的效果最好，TN去除率达到73.4％。NaHCO3投加量过低或过高，均引起系统pH过低或过高，偏离脱氮微生物的适宜pH范围，使硝化作用和反硝化作用受到抑制，TN去除效果不理想。
　　此外，本试验中对NH4+-N负荷的研究表明，在各负荷条件下NH4+-N的去除率一直保持在较高的水平。NH4+-N负荷达2.0 kg/(d·m3)时，去除率最高仍可达97％。同时，TN去除率也基本在50％以上。

目录

好氧颗粒污泥同步硝化反硝化处理高浓度氨氮废水研究

HIGH STRENGTH AMMONIUM WASTEWATER TREATMENT WITH AEROBIC GRANULES BY SIMULTANEOUS NITRIFICATION DENITRIFICATION

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 水体中氮污染的危害

1.1.1 水生生态系统的富营养化

1.1.2 通过硝化作用引起水体缺氧

1.1.3 氨对水生生物产生毒害

1.1.4 硝酸盐影响人类健康

1.2 污水生物脱氮理论及技术的发展

1.2.1 传统生物脱氮理论

1.2.2 传统生物脱氮技术

1.2.3 生物脱氮新技术的发展

1.3 同步硝化反硝化理论和技术

1.3.1 同步硝化反硝化理论

1.3.2 影响同步硝化反硝化的关键参数

1.4 好氧颗粒污泥技术

1.4.1 好氧颗粒污泥的形成机理

1.4.2 影响好氧颗粒污泥形成的因素

1.4.3 好氧颗粒污泥在废水处理中的应用

1.5 本课题的研究目的、意义和内容

1.5.1 本课题研究的目的和意义

1.5.2 本课题的主要研究内容

第2章 试验材料与方法

2.1 试验装置

2.2 试验用水

2.3 接种污泥

2.4 试验运行参数

2.5 分析项目和分析方法

2.5.1 一般分析项目

2.5.2 污泥样品扫描电镜检测方法

2.5.3 污泥样品DGGE分析方法

第3章 同步硝化反硝化好氧颗粒污泥的培养

3.1 乙醇为碳源时同步硝化反硝化好氧颗粒污泥的培养

3.1.1 好氧颗粒污泥的形成过程

3.1.2 好氧颗粒污泥形成过程中COD的去除

3.1.3 好氧颗粒污泥形成过程中N的去除

3.2 乙酸钠为碳源时同步硝化反硝化好氧颗粒污泥的培养

3.2.1 好氧颗粒污泥的形成过程

3.2.2 好氧颗粒污泥形成过程中COD的去除

3.2.3 好氧颗粒污泥形成过程中N的去除

3.3 葡萄糖为碳源时同步硝化反硝化好氧颗粒污泥的培养

3.3.1 好氧颗粒污泥的形成过程

3.3.2 好氧颗粒污泥形成过程中COD的去除

3.3.3 好氧颗粒污泥形成过程中N的去除

3.3.4 同步硝化反硝化好氧颗粒污泥形成过程的微生物学

3.4 本章小结

第4章 好氧颗粒污泥同步硝化反硝化的影响因素

4.1 曝气量对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化的影响

4.1.1 不同曝气条件下DO和pH的变化

4.1.2 不同曝气条件下TOC的降解

4.1.3 不同曝气条件下N的变化

4.2 碱度对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化的影响

4.2.1 不同碱度条件下DO和pH的变化

4.2.2 不同碱度条件下TOC的降解

4.2.3 不同碱度条件下N的变化

4.3 本章小结

第5章 同步硝化反硝化好氧颗粒污泥的脱氮性能

5.1 不同NH4+-N负荷下同步硝化反硝化好氧颗粒污泥的变化

5.2 不同NH4+-N负荷下pH、碱度的变化

5.3 不同NH4+-N负荷下COD的去除

5.4 不同NH4+-N负荷下N的去除

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢