以芦苇秸秆为缓释碳源的反硝化滤池深度脱氮效能研究

摘要

农村生活污水二级出水由于C/N低，深度脱氮处理过程中需外加碳源，这使得处理成本出现上升且易造成二次污染。芦苇秸秆作为常见的农业废弃物，通过反硝化效果、使用成本、操作方式等因素的分析，选择将其浸泡缓释碳源、利用浸出液作为外加碳源用于反硝化滤池的深度脱氮过程，不仅可以实现芦苇秸秆的资源化利用，也能就地取材降低农村污水的处理成本。 本文通过静态释碳实验、三维荧光、分子量分布等前期实验，选择未经处理的芦苇秸秆作为缓释碳源材料。选择其缓释浸出液可生化性较好的三个阶段分别作为外加碳源，以醋酸钠为对照在实验室搭建了4个反硝化滤池。分析了最佳HRT和最佳碳源投加量。在保证COD不超标的情况下，HRT为1h、COD投加量为150mg/L（即C/N=5）时，以芦苇秸秆缓释浸出液为碳源的反硝化滤池保持了最佳的NO3--N去除率，三个浸泡阶段的缓释浸出液作为碳源时脱氮效率差别不大，NO3--N平均去除率分别为69.71%、73.01%和79.30%。为了验证结果的准确性，对反硝化滤池内的细菌群落结构进行测序，从细菌属的层面发现了多种常见的反硝化菌属，且总丰度均超过15%。 本文还在农村现场开展中试实验，中试反硝化滤池容积为38.92L，在HRT为1h、碳源投加量为150mg/L（即C/N=5）时，滤池对NO3--N的平均去除率为57.88%，且滤池对污水中的NH3-N、TP有一定的去除效果。同时，结合实际运用过程中芦苇秸秆的贮存、利用等问题，提出将芦苇秸秆进行粉碎制球处理，压缩后芦苇秸秆球的密度提高了3.02倍。对现场运行反硝化滤池内的细菌群落结构测序同样发现了不同类型的反硝化菌属。

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 课题来源

1.2.1 研究背景

1.2.2 研究意义

1.3 农村生活污水的基本情况

1.3.1 农村生活污水的来源

1.3.2 农村生活污水的特征

1.3.3 农村生活污水的处理现状及存在的问题

1.4 生物脱氮工艺研究现状

1.4.1 现有生物脱氮工艺

1.4.2 反硝化滤池生物脱氮的优点

1.4.3 低碳氮比生活污水及其处理技术

1.5 反硝化外加碳源的研究现状

1.5.1 传统外加液体碳源

1.5.2 固体缓释碳源

1.6.1 研究内容

1.6.2 技术路线

2 实验材料与方法

2.1.1 反硝化菌培养装置

2.1.2 反硝化潜能实验装置

2.1.3 小试反硝化滤池

2.1.4 中试反硝化滤池

2.2.1 实验用化学试剂

2.2.2 实验用仪器

2.2.3 碳源材料

2.2.4 实验用水

2.3.1 缓释碳源材料的选择实验

2.3.2 缓释碳源材料作为反硝化碳源可行性实验

2.3.3 缓释碳源作为碳源的反硝化滤池实验

2.4 实验分析项目与检测方法

2.4.1 常规水质指标检测方法

2.4.3 分子量分布测定

2.4.2 三维荧光光谱测定

2.4.4 扫描式电子显微镜测定

2.4.5 基于16S测序的微生物群落结构分析

3 缓释碳源材料的选择及碳源释放性能比较

3.1 缓释碳源材料物理性质及其表征

3.1.1 原材料物理性质及其表征

3.1.2 热预处理材料物理性质及其表征

3.1.3 碱预处理材料物理性质及其表征

3.2.1 实验装置及启动

3.2.2 不同缓释碳源材料静态释碳分析

3.2.3 不同缓释碳源材料其他污染物质静态释放情况分析

3.2.4 缓释碳源材料静态释碳前后质量变化分析

3.2.5 缓释碳源材料静态释碳前后扫描电镜分析

3.3 缓释碳源材料释放碳源可生化性分析

3.3.1 实验装置及启动

3.3.2 不同缓释碳源材料释放碳源可生化性分析

3.4 缓释碳源材料释放碳源三维荧光分析

3.5 本章小结

4 缓释碳源反硝化滤池的深度脱氮性能分析

4.1 芦苇秸秆做为缓释碳源反硝化性能分析

4.1.1 实验装置的启动

4.1.2 不同预处理芦苇秸秆浸出液作为碳源反硝化性能分析

4.1.3 不同预处理芦苇秸秆浸出液分子量分布分析

4.1.4 芦苇秸秆不同预处理方式评价

4.2 不同碳源的反硝化滤池脱氮性能比较研究

4.2.1 滤池的启动与优化

4.2.2 芦苇秸秆浸出液性质分析

4.2.3 反硝化滤池水力停留时间的优化

4.2.4 反硝化滤池碳源投加量的优化

4.2.5 反硝化滤池运行效能评价

4.3 不同碳源反硝化滤池中微生物群落结构解析

4.3.1 引言

4.3.2 微生物多样性分析

4.3.3 微生物群落结构分析

4.4 本章小结

5 缓释碳源反硝化滤池现场运用与运行优化

5.1 中试反硝化滤池的实验室启动与参数优化

5.1.1 中试反硝化滤池反硝化滤池的启动

5.1.2 中试反硝化滤池的运行参数优化

5.2.3 中试反硝化滤池处理模拟污水运行效能评价

5.2 中试反硝化滤池的现场运行与参数优化

5.2.1 实际污水水质分析

5.2.2 中试反硝化滤池现场安装与适应

5.2.3 中试反硝化滤池以醋酸钠为碳源处理实际污水运行效能评价

5.2.4 中试反硝化滤池以芦苇秸秆浸出液为碳源的运行效能评价

5.3 芦苇秸秆现场运用方式的优化

5.3.1 芦苇秸秆球的制作与物理性质表征

5.3.2 芦苇秸秆制球后扫描电镜分析

5.3.3 芦苇秸秆球静态释碳情况分析

5.4 中试反硝化滤池微生物群落结构解析

5.4.1 微生物多样性分析

5.4.2 微生物群落结构分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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