厌氧氨氧化塔式生物滤池脱除NO研究

摘要

氮氧化物（主要成分为NO）是常见的大气污染物，对生态环境和人类健康都存在危害。物化法处理NO工艺存在操作条件苛刻、催化剂易失活、存在二次污染等问题。生物法处理NO工艺具有操作简单、投资成本低、无二次污染等优点。与反硝化为主的NO生物脱除工艺相比，厌氧氨氧化工艺脱除NO无需外加碳源，无温室气体排放。该工艺不仅为脱除高浓度NO提供了新的思路，还丰富了厌氧氨氧化菌的底物。
　　本文采用塔式生物滤池反应器，以火山岩填料作为生物膜载体。初始以NH4+-N与NO2--N为底物，31天后完成厌氧氨氧化菌挂膜。然后从滤池底通入不同浓度的NO气体，从滤池上部喷淋含有NH4+-N与NO2--N的液体（实验后期无NO2-N），研究不同进水浓度与进气NO浓度对反应器脱除NO性能的影响。主要实验结论如下：⑴厌氧氨氧化菌能直接以NO-N作为电子受体、NH4+-N为电子供体进行反应，反应比例为NH4+-N消耗∶NO-N消耗∶NO3--N生成=1∶1.12∶0.11。⑵进气NO浓度从4018 mg/m3升高至8036 mg/m3时，生物膜颜色变黑，厌氧氨氧化菌活性降低，TN和NO去除负荷分别下降了47.1％和69.6％，NO-N在混合电子受体中比例从78.8％降低至44.1％。随后将进水NO2--N浓度从20 mg/L提高至60 mg/L，厌氧氨氧化菌活性恢复，TN和NO去除负荷分别提高2.4倍与2.1倍。⑶进水NO2--N浓度20 mg/L，进气NO浓度4018 mg/m3，气体空塔停留时间2.3min，温度38℃时，NO去除负荷最高达165.8 g NO-N/(m3·d)，NO去除率为54.2％。进水无NO2--N，其他条件不变，NO去除负荷最高达132 g NO-N/(m3·d)，NO去除率为43.1％。⑷通过16S rDNA测序，在稳定阶段，厌氧氨氧化菌的比例为80.9％，其中Candidatus Kuenenia stuttgartiensis菌属在厌氧氨氧化菌中的比例为89.1％。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 氮氧化物及其理化性质

1．1．1 氮氧化物的危害

1．1．2 氮氧化物的理化性质

1．2 物化法脱硝工艺

1．2．1 物理法脱硝

1．2．2 化学法脱硝

1．3 生物法脱硝工艺

1．3．1 反硝化脱硝

1．3．2 硝化脱硝

1．3．3 BioDeNOx工艺脱硝

1．4 厌氧氨氧化技术

1．4．1 厌氧氨氧化反应机理

1．4．2 厌氧氨氧化菌的分类

1．4．3 厌氧氨氧化工艺控制

1．4．4 厌氧氨氧化技术应用

1．5 塔式生物滤池处理废气技术

1．5．1 塔式生物滤池净化废气原理

1．5．2 塔滤用于废气处理的优缺点

1．6 研究目的、意义与内容

1．6．1 研究目的与意义

1．6．2 研究内容

2 实验材料及分析方法

2．1 实验装置及运行过程

2．1．1 实验装置

2．1．2 反应器运行过程

2．1．3 运行阶段

2．2 接种污泥、实验水质及模拟烟气

2．2．1 接种污泥

2．2．2 挂膜方式

2．2．3 实验水质

2．2．4 模拟烟气组份

2．3 实验分析项目及检测方法

2．4 生物膜性状观察分析

2．4．1 生物膜表面形态扫描电镜观察

2．4．2 生物膜菌群组成荧光原位杂交分析

2．4．3 生物膜细菌16S rDNA测序及同源性分析

3 厌氧氨氧化菌挂膜载体选择及挂膜效果

3．1 填料选择

3．1．1 斜发沸石

3．1．2 陶粒

3．1．3 火山岩

3．1．4 填料确定

3．2 厌氧氨氧化菌挂膜

3．2．1 挂膜阶段反应器性能

3．2．2 反冲洗

3．3 生物膜形态及FISH分析

3．3．1 生物膜SEM图像分析

3．3．2 生物膜FISH图像分析

3．4 本章小结

4 混合电子受体培养的厌氧氨氧化反应

4．1 NO对反应器性能的影响

4．2 影响电子受体比例因素探究

4．2．1 进水NO2--N浓度

4．2．2 进气NO浓度

4．3 电子受体比例对反应性能的影响

4．3．1 对TN去除负荷的影响

4．3．2 对NO3--N生成速率的影响

4．4 高浓度NO对厌氧氨氧化反应的抑制与恢复

4．4．1 高浓度NO对厌氧氨氧化反应的抑制

4．4．2 NO2--N浓度对反应器性能的影响

4．5 NO去除负荷影响因素探究

4．6 本章小结

5 NO-N单独作为电子受体时的厌氧氨氧化反应

5．1 电子受体不足导致的相对抑制

5．1．1 电子受体不足对反应器性能的影响

5．1．2 加入NO2--N对反应器性能的改善

5．1．3 降低FA浓度对反应器性能的改善

5．1．4 提高NO进气浓度对反应器性能的影响

5．1．5 电子受体与NH4+-N反应比数据分析

5．2 高浓度NO导致的绝对抑制

5．2．1 NO浓度超过阈值时反应器性能

5．2．2 NO2--N生成原因分析

5．3 反应器稳定运行阶段性能

5．3．1 反应器脱氮性能

5．3．2 N2O浓度分析

5．4 NO-N单独作为电子受体时的厌氧氨氧化反应

5．5 FISH分析和16S rDNA菌落分析

5．6 本章小结

6 结论和建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢