短程硝化-厌氧氨氧化工艺耐盐特性及处理稀土矿山氨氮废水研究

摘要

短程硝化-厌氧氨氧化工艺具有无需外加碳源、运行费用低、效能高等优点，可望成为废水脱氮的升级换代工艺。但在实际工程中，该工艺易受外源性毒物的影响。本文针对离子型稀土矿浸出过程中产生的大量“高氨氮、低C/N”的含盐废水提出采用短程硝化-厌氧氨氧化工艺进行处理，并研究了稀土矿山氨氮废水中外源性毒物（高盐、稀土元素）对短程硝化-厌氧氨氧化工艺性能的影响。最后研究了该工艺处理模拟稀土矿山氨氮废水的脱氮特性，以期为该工艺处理实际稀土矿山氨氮废水提供理论依据和技术支撑。主要结论如下：
　　（1）常温下，采用“限制供氧（DO＜0.5mg/L）”策略可在35d内成功启动短程硝化，启动后期 NO2--N积累速率可达0.95 kg/(m3·d)，NO2--N积累率维持在95%以上；然后，污泥经常温搁置2个月，NO2--N积累速率下降了82.11%；经过14d的恢复，NO2--N积累速率仅为搁置前的51.58%，说明短程硝化污泥不宜用常温搁置的方法保存；此外，曝气时间或曝气强度控制不当，短程硝化易向全程硝化转化，可通过DO的异常上升判断。
　　（2）当进水盐度（NaCl计）≤20 g/L时，可促进短程硝化污泥活性的提高；但当盐度为40g/L时，会显著抑制污泥活性，其抑制可逆；此外，盐度的增加，促进胞外聚合物（EPS）的分泌，更易引起多糖（PS）含量的增加；短期实验表明，不同盐度对未驯化的污泥中的氨氧化菌（AOB）及亚硝酸盐氧化菌（NOB）均表现出抑制作用，且随盐度的增加，抑制作用加强。其中，NOB对盐度更加敏感；此外，高盐驯化的污泥转移到低盐环境，其污泥活性降低。
　　（3）稀土元素Ce3+的添加延长了厌氧氨氧化的启动时间，并对厌氧氨氧化菌（anammox菌）产生负面影响，但对系统脱氮性能影响不大，可减少NO3--N产生量，提高TN去除率；此外，系统（未除O2）长期处于低负荷稳定期易受硝化作用的影响而失稳；通过短期实验，考察了稀土元素 Ce3+的添加对 anammox菌及硝化菌的短期影响，结果表明，当 Ce3+添加量为0～100mg/L时，均对anammox菌产生负面影响，而对AOB和NOB均表现出明显的“低促高抑”现象。其中，各体系中Ce3+（100 mg/L）对菌群的抑制效果分别为：AOB　　（4）当进水盐度（NaCl计）≤17.55 g/L时，可促进厌氧氨氧化脱氮；当污泥驯化到盐度为17.55g/L时，厌氧氨氧化脱氮性能为对照期的144.44%；当盐度＞17.55 g/L时，显著抑制厌氧氨氧化脱氮，但通过合理的增加进水盐度，可使厌氧氨氧化反应器在盐度为29.25g/L时的脱氮性能与对照期相近；此外，耐盐驯化过程中，盐度的增加促使污泥平均粒径增大，并可抑制EPS分泌，其中更易引起蛋白质（PN）含量的减少；短期实验表明，未驯化污泥的活性随盐度的增加而降低，并发现盐度对厌氧氨氧化污泥的IC50为13.81g/L；此外，污泥经驯化可有效减轻高盐抑制，在更高盐度下仍有较高活性；同时，高盐驯化的污泥相比低盐驯化的污泥对盐度的波动更加敏感。
　　（5）短程硝化-厌氧氨氧化工艺在处理模拟稀土矿山氨氮废水时，表现出较佳的性能。常温条件下，当进水NH4+-N为（435.36±3.90）mg/L时，经联合处理后，出水平均NH4+-N、NO2--N、NO3--N和TN分别为（5.55±1.78）mg/L、（2.28±0.81） mg/L、（15.52±3.28）mg/L和（23.36±3.70）mg/L，可达到《稀土工业污染物排放标准》要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景、目的及意义

1.2 离子型稀土矿的氨氮废水来源

1.3 脱氮技术研究现状

1.4 短程硝化和厌氧氨氧化工艺

1.5 主要研究内容及技术路线

第二章 短程硝化工艺的启动及活性恢复研究

2.1 材料与方法

2.2 结果与分析

2.3 本章小结

第三章 短程硝化耐盐特性研究

3.1 材料与方法

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第四章 Ce3+对厌氧氨氧化的启动性能的研究

4.1 材料与方法

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

第五章 厌氧氨氧化耐盐特性研究

5.1 材料与方法

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

第六章 短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理模拟稀土矿山氨氮废水的实验研究

6.1 材料与方法

6.2 结果与分析

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

附 录A 中英文对照表

致谢

个人简历及攻读学位期间的研究成果