常温低基质浓度下生活污水的厌氧氨氧化生物脱氮研究

摘要

厌氧氨氧化(Anammox)是一项新型的高效自养生物脱氮技术,不但可以大大节省脱氮运行能耗,而且无需外加碳源,污泥产量也极少,因此具有广阔的应用前景和很高的开发价值。 目前,已经证实了厌氧氨氧化过程在自然界的普遍存在性和氮素循环过程中的重要性,对该方面的研究成果和实践经验主要集中于高氨氮浓度、高温废水的处理上。然而,针对常温、低氨氮基质浓度城市生活污水的厌氧氨氧化脱氮技术的研究还鲜见报道。这种普遍存在于自然界的生物转化过程,不但反应速率高,而且可以极大地节能降耗,将其人工扩大和应用于城市生活污水的脱氮处理中具有重大现实意义,也是人类社会文明进步和尊重自然规律的必然趋势。 本研究首次在氮素健康循环和污水处理全流程的理念下,利用A/O除磷工艺二级出水为原水,对厌氧氨氧化工艺在城市生活污水深度处理中的应用进行了试验研究。 主要研究结果如下： (1)低溶解氧(0.10～0.20mg/L)条件下,利用O2基质缺乏竞争机制可以将亚硝酸氧化细菌淘汰,成功实现NO2-的稳定积累,氨氮去除率>98％,亚硝酸盐积累率(NO2-/NOx-)>90％,氨氧化速率最高可达0.58kg N/(m3·d),AOB/NOB=0.38×103。 (2)通过限氧、限碱度的方法,首次成功实现了部分亚硝化工艺出水NO2-/NH4+比率的精确控制,氨氧化速率达到0.2757～0.5194kg N/(m3·d),为厌氧氨氧化反应器提供了合适的进水基质条件。进水碱度和氨氮浓度满足

目录

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声明

第1章 绪 论

1.1研究背景

1.2氮素污染与危害

1.2.1氮素污染的来源

1.2.2危害

1.3氮素污染控制技术

1.3.1传统的硝化/反硝化工艺

1.3.2短程硝化/反硝化工艺

1.3.3同时硝化反硝化(SND)工艺

1.3.4厌氧氨氧化(Anammox)工艺

1.3.5 OLAND工艺

1.3.6其它新型脱氮工艺

1.4厌氧氨氧化生物脱氮技术研究进展

1.4.1厌氧氨氧化的发现

1.4.2厌氧氨氧化菌的鉴定与分类

1.4.3厌氧氨氧化菌的人工富集培养

1.4.4厌氧氨氧化过程的反应机理及生理学参数

1.4.5厌氧氨氧化菌的分子化学与超微结构

1.4.6厌氧氨氧化废水脱氮工艺的应用

1.4.7国内的研究现状

1.4.8面临的问题与挑战

1.5课题研究方案与策略

1.5.1试验研究目的

1.5.2试验研究内容与技术思路

1.5.3技术途径

1.5.4技术路线

1.6本课题的技术创新

1.7本课题的研究意义

第2章氮素健康循环与污水处理全流程

2.1氮素健康循环途径

2.1.1自然界的氮素循环

2.1.2氮素的社会循环

2.1.3氮素社会循环对自然循环的影响分析

2.1.4氮素的健康循环

2.2城市污水处理全流程策略

2.2.1污水处理全流程的提出

2.2.2污水生物脱氮途径分析

2.2.3城市污水处理全流程新思路

2.3本章小结

第3章稳定亚硝化工艺研究

3.1材料与方法

3.1.1试验装置

3.1.2试验原水

3.1.3接种污泥

3.1.4测定项目与方法

3.2结果与讨论

3.2.1反应器的启动与运行

3.2.2氮素化合物的转化规律

3.2.3条件参数的变化规律

3.2.4推荐工况

3.2.5稳定亚硝化的验证

3.3本章小结

第4章部分亚硝化工艺研究

4.1材料与方法

4.1.1污泥来源与试验装置

4.1.2控制策略

4.1.3试验用水

4.1.4运行

4.1.5测定项目与方法

4.2结果与讨论

4.2.1部分亚硝化工艺的试验性能

4.2.2碱度对部分亚硝化比率的影响

4.2.3出水水质的适用性验证

4.3本章小结

第5章厌氧氨氧化工艺的启动与脱氮性能研究

5.1材料与方法

5.1.1试验装置

5.1.2试验原水

5.1.3测定项目与方法

5.1.4试验方案

5.2结果与讨论

5.2.1厌氧氨氧化生物滤池的启动

5.2.2上向流厌氧氨氧化生物滤池的脱氮效果

5.2.3进水氮素容积负荷对脱氮效果的影响

5.2.4厌氧氨氧化菌的分布对脱氮效果的影响

5.2.5进水有机负荷对脱氮效果的影响

5.2.6甲醇对脱氮效果的影响

5.2.7中间产物对脱氮效果的影响

5.2.8 pH值对脱氮效果的影响

5.2.9反冲洗对脱氮效果的影响

5.2.10进水NO3-负荷对脱氮效果的影响

5.2.11进水PO43-负荷对脱氮效果的影响

5.2.12厌氧氨氧化生物膜性状

5.3本章小结

第6章Canon工艺的单级全程自养生物脱氮性能研究

6.1材料与方法

6.1.1试验系统

6.1.2试验用水

6.1.3接种污泥

6.1.4测定项目与方法

6.2氮素化合物的转化规律

6.3条件参数的变化规律

6.4脱氮性能

6.5运行DO对反应器脱氮性能的影响

6.6运行温度对反应器脱氮性能的影响

6.6.1氮素化合物转化规律

6.6.2条件参数变化规律

6.6.3脱氮性能

6.7增加缺氧运行时段对反应器脱氮性能的影响

6.7.1氮素化合物转化规律

6.7.2条件参数变化规律

6.7.3脱氮性能

6.8增加Anammox生物量对反应器脱氮性能的影响

6.9 Canon工艺SBR反应器处理生活原污水的性能

6.10本章小结

结论与建议

7.1结论

7.2建议

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间所获得的科研成果

致谢