一体化反应器处理高氨氮废水的中试启动及运行控制研究

摘要

本文针对高氨氮废水的处理，启动了中试PN-ANAMMOX一体化实验装置。本文首先从亚硝化的启动着手，研究了亚硝化启动过程中的控制策略以及能力提升过程中的参数控制。然后通过降低进水氨氮负荷以及同步降低曝气量等方式实现了符合ANAMMOX工艺进水配比的亚硝化反应器的调控。最后将PN-ANAMMOX联合在一起，实现联合工艺的稳定运行及其脱氮能力的提升，并借助于qPCR分析了各区域功能菌的变化。本研究旨在为高氨废水的高效低耗脱氮提供新思路和理论指导。　　主要研究结果如下:　　(1)中试连续流亚硝化反应器在中温(19～27℃)的条件下，通过对不同运行阶段的溶解氧进行调控(前期DO=6.0±1.0mg·L-1、后期DO=0.6±0.1mg·L-1)，以及根据亚硝酸盐产生速率的提升合适的提高进水氨氮负荷和对曝气量的合理调控是中试连续流亚硝化反应器成功启动的关键。经过110天的运行，反应器的NPR达到了1.2kgN m3·d-1。　　(2)通过高FA、高FNA以及低DO的联合抑制可以有效的启动亚硝化过程，本实验在启动过程中控制了FA浓度在5.0～20mg·L-1、FNA浓度在0.025～0.033mg/L及DO浓度在0.6±0.1mg·L-1之间，实现AOB的富集、NOB的淘汰、中试连续流亚硝化反应器的成功启动，亚硝化成功启动后出水硝氮浓度稳定在8mg·L-1，NAR稳定在0.98以上。　　(3)通过110天的运行，中试连续流亚硝化反应器中功能微生物AOB的占比逐渐提高，从启动初期的5.3×109到成功启动后AOB的拷贝数达到了1.6×1011，NOB的拷贝数反而从1.1×1010下降到1.2×109，AOB拷贝数的数量级比NOB的要高2个数量级，这也是反应器内部硝氮浓度较低以及高NAR的原因所在。　　(4)中试连续流亚硝化反应器在中温(31～35℃)的条件下，通过降低进水氨氮负荷，降低供气量以及将反应器内部多余的亚硝化污泥排除系统，成功的实现了匹配ANAMMOX工艺进水的亚硝化反应的调控。匹配成功后ANAMMOX工艺进水水质配比亚氮∶氨氮=(1.0-1.5)∶1。　　(5)通过高FA、适宜的温度以及低DO的联合抑制可以有效的抑制NOB的活性。本实验在调控匹配ANAMMOX工艺进水的亚硝化过程中控制了FA浓度在2～8mg·L-1、温度在31℃～35℃及DO浓度在0.5～1mg·L-1之间，可有效的抑制NOB的活性，NAR稳定在0.92以上。　　(6)在联合工艺脱氮能力提升的过程中，通过提高进水氨氮浓度和提高进水流量两种方式提高进水氮负荷，经过71天的运行，反应器脱氮速率达到0.431kgNm-3·d-1。a　　(7)采取可实时监测联合工艺运行参数的WTW监测仪器对反应器运行状况进行监测，可及时获取相关数据，并对当前的运行状况可作出及时调整，可减少反应器在运行过程中处于非正常运行状态的时间，对反应器脱氮能力的提升起到了非常大的作用。　　(8)根据反应器出现问题应及时的采取相应措施进行恢复，尽量减少反应器处于不正常状态下的时间，同时实现对反应器内部的数据也应进行及时的监测，只有了解了反应器内部的情况后才能对参数上得出的相关经验结论进行验证，并进行调整。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 PN-ANAMMOX联合工艺研究进展

1．2．1 分体式

1．2．2 一体式

1．2．3 气升回流一体化PN-ANAMMOX脱氮装置

1．3 PN-ANAMMOX工艺的运行控制参数

1．3．1 PN过程主要控制参数

1．3．2 ANAMMOX反应主要控制参数

1．4 PN-ANAMMOX工艺的局限性及问题

1．5 本文研究的目的与意义

1．6 本文的研究内容及技术路线

1．6．1 研究内容

1．6．2 技术路线

第二章 实验装置、材料与方法

2．1 试验装置

2．1．1 一体化PN-ANAMMOX联合脱氮装置

2．2 试验材料

2．2．1 接种污泥

2．2．2 接种填料

2．2．3 试验用水

2．3 分析项目及方法

2．3．1 试验分析项目

2．3．2 计算方法

2．4 分子微生物学分析方法

2．4．1 实时荧光定量PCR

2．5 实验方法

2．5．1 亚硝化挂膜

2．5．2 亚硝化出水的配比

2．5．3 PN-ANAMMOX联合脱氮及能力的提升

第三章 亚硝化的成功启动

3．1 亚硝化氮素转化特性

3．2 连续流中试亚硝化反应器启动过程中功能微生物的鉴定

3．3 讨论

3．3．1 温度对连续流中试亚硝化反应器的影响

3．3．2 DO对连续流中试亚硝化反应器的影响

3．3．3 pH／FA／FNA对连续流中试亚硝化反应器的影响

3．3．4 续流中试亚硝化反应器启动过程中的控制策略

本章小结

第四章 匹配ANAMMOX进水要求的亚硝化过程的调控

4．1 匹配ANAMMOX进水的亚硝化过程的氮素转化特性

4．2 讨论

4．2．1 温度对匹配ANAMMOX进水的亚硝化过程的影响

4．2．2 DO对匹配ANAMMOX进水的亚硝化过程的影响

4．2．3 pH／FA／FNA对匹配ANAMMOX进水的亚硝化过程的影响

4．3 匹配ANAMMOX进水的亚硝化过程的调控策略

本章小结

第五章 PN-ANAMMOX工艺脱氮能力的提升

5．1 PN-ANAMMOX联合工艺氮素去除情况

5．2 PN-ANAMMOX联合工艺脱氮效能

5．3 PN-ANAMMOX工艺脱氮能力提升的控制策略

5．4 本章小结

第六章 一体化联合工艺运行过程中出现问题的应对策略

6．1 温度出现异常的应对策略

6．2 pH出现异常的应对策略

6．3 DO／ORP出现异常的应对策略

6．4 厌氧区出水出现异常的应对策略

6．5 本章小结

第七章 结论与建议

7．1 结论

7．2 建议

参考文献

图表目录

致谢

作者简历