厌氧氨氧化膜生物工艺(ANAMMBR)处理高氨氮废水的技术研究

摘要

厌氧氨氧化膜生物工艺是厌氧氨氧化工艺与膜生物反应器的结合，该工艺继承了厌氧氨氧化工艺的优点，又利用膜生物反应器的分离作用对厌氧氨氧化细菌培养过程中细菌流失问题做出了改进。试验主要处理含有氨氮(NH4+-N)、亚硝酸氮(NO2--N)的废水，对厌氧氨氧化膜生物工艺的启动过程、提高有机负荷过程、系统存在的膜污染、厌氧氨氧化动力学、厌氧活性污泥的微生物群落多样性等方面做了相应的研究，具体结论如下:
　　1、该工艺在20d内快速启动，分别采用缩短水力停留时间HRT和提高进水基质浓度两种方式提升系统的有机负荷。前者运行138d，其中1～109d系统处于稳定期，系统稳定耗时2～19d，氨氮(NH4+-N)、亚硝酸氮(NO2-N)的去除率均可快速达到90％，总氮(TN)去除率80％以上，系统反硝化现象不明显，最大氮去除负荷为1.64kg·m-3·d-1。后者运行了123d，其中1～95d系统处于稳定期，系统稳定耗时6～29d，氨氮(NH4+-N)、亚硝酸氮(NO2--N)的去除率缓慢达到90％，总氮(TN)去除率80％上下浮动，系统反硝化现象严重，最大氮去除负荷为1.05kg·m-3·d-1。所以，采用缩短水力停留时间HRT更有利于系统稳定，脱氮效果更好。
　　2、试验过程存在膜污染现象，首先膜组件渗透通量随运行时间不断降低，经清洗后膜通量恢复率为66％，膜寿命缩短。其次扫描电镜下发现膜材料内表面比外表面污染更严重，完全污染的膜内表面污染类型主要是滤饼式堵塞和完全膜孔堵塞，经清洗后过渡为一般膜孔堵塞和普通膜孔堵塞。
　　3、厌氧氨氧化反应速率模型研究中，首先测定不同时刻下氨氮(NH4+-N)、亚硝酸氮(NO2--N)浓度，计算对应时刻的反应速率，再通过软件拟合给出速率模型。结论是双底物单抑制的Haldane方程更贴合实验本身，即反应中存在底物亚硝酸氮(NO2--N)对反应速率的单一抑制反应，且其反应速率抑制的起始浓度为342.69mg·L-1。
　　4、利用宏基因技术对反应器不同位置的两个样本进行检测分析，结果表明两个样本中都存在厌氧氨氧化细菌，名称是Candidates Kuenen stuttgartiensis和Candidatus Brocadia fulgida，同时两样本在基因数目、功能、物种丰度等都存在差别。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 废水脱氮技术研究

1．2 废水生物法脱氮原理

1．2．1 氨化反应

1．2．2 硝化反应

1．2．3 反硝化作用

1．2．4 厌氧氨氧化作用

1．3 基于厌氧氨氧化的生物脱氮工艺

1．3．3 OLAND工艺

1．4 厌氧氨氧化膜生物工艺

1．4．1 膜定义与分类

1．4．2 膜生物反应器的类型及特点

1．5 课题研究的目的与内容

1．5．1 课题研究目的

1．5．2 课题研究内容

1．5．3 创新点

第二章 厌氧氨氧化工艺的启动与两种提负荷方式的比较

2．1 厌氧氨氧化工艺的启动

2．1．1 试验废水

2．1．2 试验装置

2．1．3 测定项目与方法

2．1．4 厌氧氨氧化工艺启动结果

2．2 提高厌氧氨氧化有机负荷的两种方式探讨

2．2．1 缩短水力停留时间运行模式

2．2．2 增大进水基质浓度运行模式

2．3 本章小结

第三章 厌氧氨氧化膜生物工艺中膜污染问题研究

3．1 膜污染概述

3．2 膜污染的类型

3．3 实验结果

3．3．1 管式膜渗透通量监测膜污染

3．3．2 扫描电镜观察膜污染

3．4 本章小结

第四章 厌氧氨氧化反应动力学研究

4．1 概述

4．2 厌氧氨氧化反应速率方程参数的拟合

4．2．1 材料与方法

4．2．2 反应速率方程参数拟合

4．3 厌氧氨氧化反应速率模型的形式及讨论

4．3．1 双底物无抑制的Monod方程形式

4．3．2 双底物单抑制的Haldane方程形式

4．3．3 双底物双抑制的Haldane方程形式

4．4 本章小结

第五章 厌氧氨氧化反应器内微生物群落多样性分析

5．1 宏基因测序样本取样依据

5．2 物种与功能注释

5．2．1 物种分类学注释

5．2．2 COG功能注释

5．3 物种与功能组成分析

5．3．1 样本Venn图比较

5．3．2 物种与功能Heatmap图

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介