MBR和SBR厌氧氨氧化工艺研究

论文摘要

在众多新型生物脱氮工艺中,厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺由于具有能量消耗低、污泥产量少、节省外加碳源等优势备受关注。接种污泥及反应器运行策略的控制都对该工艺的效能有重要影响。本论文主要研究悬浮污泥系统（MBR和SBR）中厌氧氨氧化性能,通过脱氮效率、厌氧氨氧化活性等分析不同接种污泥、温度和HRT对该工艺的影响,并考察ANAMMOX-MBR系统中膜污染状况,为厌氧氨氧化工艺在实际工程的应用提供技术支撑和经验。本论文研究了三种接种污泥及不同HRT对厌氧氨氧化MBR效能的影响,采用SBR对比分析不同温度下厌氧氨氧化的活性。通过常规指标检测分析各氮素去除效果,采用末端限制性内切酶技术TRFLP及激光共聚焦扫描显微镜CLSM等手段观察厌氧氨氧化菌的存在及分布,通过扫描电子显微镜SEM及微生物代谢产物含量的测定等分析MBR中膜污染情况。研究表明,三种接种污泥均显示一定厌氧氨氧化活性。通过对氮素去除率及厌氧氨氧化活性进行对比,MBR2#脱氮效果最好、厌氧氨氧化活性最强,MBR1#次之,MBR3#再次。CLSM检测出各反应器厌氧氨氧化菌的存在,并且MBR3#中该菌的含量少于MBR1#和MBR2#,与宏观的厌氧氨氧化现象一致。对厌氧氨氧化MBR1#和MBR2#膜污染状况分析得到,二者TMP变化情况均遵循膜污染变化规律,但MBR1#污染周期长于MBR2#,从MBR1#长期运行来看膜污染现象逐步减轻。SEM对污染前后膜丝成像显示两个反应器均存在进水无机盐造成的无机膜污染,截留在膜丝外壁的微生物造成的微生物污染,进入膜丝内部的微生物造成不可逆污染。蛋白和多糖染色结果显示,污染的膜表面上,MBR2#的蛋白质多于MBR1#,多糖含量相当。两个MBR的膜表面和混合液中,附着型EPS的浓度高于SMP。总体上MBR2#膜污染程度严重于MBR1#。在25℃及35℃下,两个SBR整体脱氮趋势类似。稳定运行后,温度为35℃的SBR2#对总氮的去除效果比常温的SBR1#高11.9%。但总氮平均去除负荷只相差0.015mg-N/（mg-VSS.d）,说明在实际工程中可适当降低温度运行。对于MBR1#,缩短HRT初期反应器处理效率和厌氧氨氧化活性有所降低,但经25天的调整,去除率回升,总氮去除量增加,厌氧氨氧化活性增强,说明可进一步缩短HRT。静态试验验证了反应器内有少量亚硝化细菌AOB存活,无有机碳源下几乎没有反硝化作用发生。反应器中的TOC仅在10mg/l以下,进水TOC为0,反应器中反硝化作用微乎其微。对硝化细菌NOB的检测结果现象奇特。不进行脱氧处理时亚硝酸盐能全部去除;而在厌氧环境,亚硝酸盐也可渐渐转化成硝酸盐,换水周期为4天时去除率最高达88%,此时去除量为1.43mg-N/d,但系统中DO不足以完成亚硝酸盐的氧化,即发生了厌氧的亚硝酸盐氧化现象,与反应器的硝酸盐积累现象一致。虽有研究表明可能是水代替了氧分子的作用,但该过程的具体途径有待研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 生物脱氮工艺的研究进展
• 1.2.1 传统的生物脱氮技术
• 1.2.2 短程硝化反硝化（SHARON）工艺
• 1.2.3 厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺
• 1.2.4 同步硝化反硝化（SND）工艺
• 1.3 厌氧氨氧化的研究进展
• 1.3.1 厌氧氨氧化菌的生理生态学
• 1.3.2 厌氧氨氧化的影响因素
• 1.3.3 厌氧氨氧化工艺的应用现状
• 1.3.4 种泥对厌氧氨氧化过程的影响
• 1.3.5 运行策略对厌氧氨氧化过程的影响
• 1.3.6 用于厌氧氨氧化作用的反应器类型
• 1.4 膜生物反应器（MBR）应用进展
• 1.4.1 膜生物反应器
• 1.4.2 膜污染及其影响因素
• 1.4.3 膜生物反应器的应用
• 1.5 研究目的和意义及主要内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 悬浮污泥系统的搭建
• 2.1.1 MBR 反应系统
• 2.1.2 SBR 反应系统
• 2.1.3 厌氧瓶
• 2.2 接种污泥
• 2.3 运行条件
• 2.4 常规指标的检测
• 2.5 分子生物学手段
• 2.5.1 荧光原位杂交技术（FISH）
• 2.5.2 末端限制性内切酶技术（T-RFLP）
• 2.6 附着型EPS 和SMP 的提取与测定
• 2.7 形态学分析方法
• 2.7.1 光学显微镜观察
• 2.7.2 扫描电子显微镜观察
• 第3章 接种污泥对厌氧氨氧化MBR 的影响研究
• 3.1 接种污泥对MBR 中厌氧氨氧化效能的影响
• 3.1.1 厌氧氨氧化MBR 启动
• 3.1.2 脱氮效果对比
• 3.1.3 不同接种污泥MBR 中厌氧氨氧化活性对比
• 3.2 膜污染情况对比
• 3.2.1 TMP 变化情况
• 3.2.2 膜污染形态分析
• 3.2.3 微生物代谢产物与膜污染的关系
• 3.3 本章小结
• 第4章 运行策略对厌氧氨氧化效能影响研究
• 4.1 温度对厌氧氨氧化效能的影响
• 4.1.1 脱氮效果对比
• 4.1.2 厌氧氨氧化活性对比
• 4.2 HRT 对厌氧氨氧化效能的影响
• 4.2.1 脱氮效果对比
• 4.2.2 厌氧氨氧化活性对比
• 4.2.3 与其他脱氮功能菌协同作用初步分析
• 4.2.4 悬浮污泥系统厌氧氨氧化现象
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢