压氧氨氧化脱氮技术的研究

论文摘要

厌氧氨氧化（Anaerobic ammonia oxidation, ANAMMOX）技术是全自养生物脱氮技术,是近年来被公认的最有发展前景的高效率、低能耗的生物脱氮技术,厌氧氨氧化是指微生物在厌氧条件下,NH4+和N02-直接作用生成N2的生物反应过程,其中NH4+-N为电子供体,N02--N为电子受体。该技术可缩短氮素转换的过程,与传统工艺相比反应环境为厌氧,消耗的氧气量减少,厌氧氨氧化菌为自养型细菌,不需要外加碳源,菌种生长周期长,污泥产量少,是最具发展前景的生物脱氮新技术。论文针对市政污水进水氨氮浓度相对较低,水温不是很高的特点,在低进水浓度及短停留时间（HRT）的运行条件下,考察市政污水处理中厌氧氨氧化工艺能否维持高效稳定的运行；在实际应用过程中,进水中含有的少量有机物、pH和温度的变化等可能会对厌氧氨氧化工艺产生不利的影响,因此,需要深入研究厌氧氨氧化工艺对进水中有机物、pH和温度变化的影响趋势和范围以及相应的抑制消除技术,以奠定厌氧氨氧化工艺在市政污水处理领域实际工程应用的基础。本论文试验采用总容积为101.4L,有效容积88.7L的上流式厌氧填料床反应器启动厌氧氨氧化反应,并在稳定运行后,对反应器稳定运行的效果及影响厌氧氨氧化反应进程的温度、pH和C/N等因素进行了实验研究。试验运行104d后,反应器成功启动,继续运行,在第119天NH4+-N,N02--N和TN的去除率分别达100%,97.40%和91.71%,启动成功时,3种氮素的比值p（NH4+-N）：p（N02--N）：p（N03--N）为1：1.35：0.28。随后通过缩短水力停留时间（HRT）的方式提高容积负荷,HRT从开始启动时的35.5h逐步下降至反应末期的6.5h,此时TN的容积负荷达0.20Kg/（m3.d）, NH4+-N,N02--N和TN的去除率分别为95.59%,98.85%和86.15%,稳定运行期间,ANAMMOX反应过程中3种氮素的比值没有变化。最后获得的具有厌氧氨氧化活性的污泥镜检呈红棕色,形状为圆球状。论文研究了厌氧氨氧化反应进程中温度因素的影响。在33℃、28℃、23℃、18℃和13℃五个不同的温度条件下,控制其他因素相同,分别对不同温度下厌氧氨氧化反应中反应物氨氮和亚硝酸盐氮的浓度变化进行了研究,得出了厌氧氨氧化反应的温度范围和最佳温度值。论文对厌氧氨氧化反应进程中pH因素的影响进行了研究。在6.5、7.0、7.5、8.0和8.5五个不同pH条件下,研究了氨氧化速率随pH的变化,并确定出适宜反应的pH控制范围,拟合求解得出厌氧氨氧化反应最佳pH,这为今后的深入研究创造了条件。论文还研究了C/N因素对厌氧氨氧化反应进程的影响。分别拟定C/N为0.2、0.4、0.6、0.8和1.0,分别对氨氮和亚硝酸盐氮的降解速率进行了研究,得出有机物对厌氧氨氧化反应的影响关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 污废水生物脱氮工艺概述
• 1.1.1 短程硝化-反硝化
• 1.1.2 同步硝化-反硝化
• 1.1.3 全程自养脱氮技术
• 1.1.4 厌氧氨氧化工艺
• 1.2 厌氧氨氧化工艺的诞生
• 1.2.1 厌氧氨氧化工艺的发现
• 1.2.2 厌氧氨氧化工艺的特点
• 1.3 厌氧氨氧化菌的概述
• 1.3.1 厌氧氨氧化菌生理特性
• 1.3.2 厌氧氨氧化菌内部结构特性
• 1.3.3 厌氧氨氧化菌营养及生存条件
• 1.4 厌氧氨氧化技术的研究目的和意义
• 1.4.1 厌氧氨氧化技术的研究目的
• 1.4.2 厌氧氨氧化技术的研究意义
• 2 国内外厌氧氨氧化工艺的研究水平和实际存在的问题
• 2.1 国内外厌氧氨氧化工艺的研究水平
• 2.1.1 国内外厌氧氨氧化菌种的富集培养方法的研究水平
• 2.1.2 国内外厌氧氨氧化反应器的研究水平
• 2.1.3 国内外厌氧氨氧化工艺应用对象的研究水平
• 2.2 目前厌氧氨氧化工艺实际存在的问题
• 2.2.1 厌氧氨氧化菌种问题
• 2.2.2 厌氧氨氧化工艺问题
• 2.2.3 厌氧氨氧化反应器问题
• 2.2.4 厌氧氨氧化技术实际应用的问题
• 3 实验材料和方法
• 3.1 试验材料
• 3.1.1 试验装置
• 3.1.2 实验用水
• 3.1.3 接种污泥
• TM生物膜载体'>3.1.4 BM^TM生物膜载体
• 3.2 试验分析项目及测定方法
• 3.2.1 分析项目及测定方法
• 3.2.2 温度和pH值得测定
• 3.3 标准曲线的绘制
• 3.3.1 氨氮标准曲线的绘制
• 3.3.2 亚硝酸盐氮的标准曲线的绘制
• 3.3.3 硝酸盐氮的标准曲线的绘制
• 4 厌氧氨氧化工艺的运行状况研究
• 4.1 厌氧氨氧化反应器的启动
• 4.1.1 进、出水氨氮及其去除率的变化情况
• 4.1.2 进、出水亚硝酸氮及其去除率变化情况
• 4.1.3 反应器运行过程中三种氮素比值的变化情况
• 4.1.4 填料挂膜情况
• 4.2 厌氧氨氧化反应器的运行效果研究
• 4.2.1 进、出水氨氮及其去除率的变化情况
• 4.2.2 进、出水亚硝酸氮及其去除率变化情况
• 4.2.3 反应器运行过程中三种氮素比值的变化情况
• 4.2.4 反应器运行过程中总氮的变化情况
• 4.2.5 填料挂膜情况
• 5 厌氧氨氧化反应影响因素的研究
• 5.1 温度因素影响的研究
• 5.2 pH因素影响的研究
• 5.3 C/N因素影响的研究
• 5.3.1 C/N对氨氮降解速率的影响情况
• 5.3.2 C/N对亚硝酸氮降解速率的影响情况
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果