厌氧氨氧化膜生物反应器脱氮性能及膜污染研究

摘要

厌氧氨氧化是在厌氧的前提下，Anammox菌利用NH4+和NO2-直接生成N2的生化过程。该技术不需要外加有机碳源、没有曝气消耗，被视作最为高效的新型生物脱氮技术。但由于工艺需要严格的条件控制以及Anammox菌本身生长速率较低，制约了该工艺的实际应用。膜生物反应器工艺因其高效固液分离、占地面积小等优势，被视为21世纪最有前途的新型污水生物处理工艺之一。
　　本论文将厌氧氨氧化工艺与膜生物反应器相联合，探究不同出水通量和进水负荷对反应器的影响。主要研究内容和结果如下:
　　(1)在不同的出水通量下，脱氮性能随反应器的运行并没有明显的区别。反应器内NH4+-N和NO2--N的去除率分别高于80％和90％，展现了良好了脱氮效果。出水通量较高的膜组件膜污染的速率明显更快，单位时间内膜污染物中PN和PS的含量也高于出水通量较低的膜组件，说明膜污染随出水通量增加而加剧。
　　(2)随着反应器的进水负荷逐步提高，脱氮性能始终良好，说明在一定范围内提高进水负荷对反应器的脱氮性能不会产生明显的影响。但是进水负荷的提高会导致膜污染中PN和PS含量的增加，在一定程度上加剧膜的污染。
　　(3)反应器运行过程中，反应器内污泥微生物群落结构处于相对稳定状态，Anammox菌始终占据主导地位。膜污染物的微生物群落与反应器内污泥具有较高的相似性。在不同的TMP阶段，膜污染物的物种丰度没有明显的变化，但物种的均匀度会随着膜污染的加剧而升高，说明物种均匀度越高，膜污染越严重。
　　(4)SMP释放潜能测试结果显示反应器内污泥和膜污染物相比具有更高的释放潜能。根据实验结果猜测在严重膜污染阶段，SMP很可能是膜污染物中PS的根本来源，而EPS则很可能是膜污染物中PN的根本来源。
　　(5)相对分子量分布实验结果显示大于100kDa的生物大分子具有更高的膜污染潜能，其中胶体态(＞0.45μm)的生物大分子主要来源于PN，聚合态(100kDa-0.45μm)的生物大分子主要来源于PS。
　　本论文研究结果证实了Anammox MBR优异的脱氮性能，初步揭示了该反应器内膜污染的来源和特征，为该工艺的实际应用提供了理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 废水氮素污染概述

1．1．1 废水中氮素的来源和危害

1．2 废水生物脱氮技术概述

1．2．1 传统生物脱氮技术概述

1．2．2 新型生物脱氮技术概述

1．3 厌氧氨氧化技术研究进展

1．3．1 厌氧氨氧化技术的起源

1．3．2 厌氧氨氧化反应的机理

1．3．3 厌氧氨氧化菌的特性

1．3．4 厌氧氨氧化技术的应用

1．4 膜生物反应器研究进展

1．4．1 膜生物反应器研究概况

1．4．2 膜生物反应器的特点

1．4．3 膜生物反应器的膜污染问题

1．5 本研究的目的、意义和内容

1．5．1 本研究的目的和意义

1．5．2 本研究的内容

第二章 实验材料与方法

2．1 实验装置及运行条件

2．2 接种污泥及模拟污水组成

2．3 分析项目及测定方法

2．3．1 常规指标测定

2．3．2 膜阻力模型

2．3．3 污泥混合液SMP和EPS的提取

2．3．5 SMP释放潜能测试

2．3．6 相对分子量分布

2．3．7 高通量测序

第三章 不同出水通量对Anammox MBR脱氮性能及膜污染的影响

3．1 反应器的运行性能

3．2 不同出水通量对反应器脱氮性能的影响

3．3 不同出水通量对反应器膜污染的影响

3．4 微生物群落组成和多样性分析

3．4．1 反应器内微生物群落分析

3．4．2 膜污染物中微生物群落分析

3．5 小结

第四章 不同进水负荷对Anammox MBR脱氮性能及膜污染的影响

4．1 反应器的运行性能

4．2 不同进水负荷对反应器脱氮性能的影响

4．3 不同进水负荷对反应器膜污染的影响

4．4 SMP释放潜能测试

4．5 相对分子量分布实验

4．6 小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文