全程自养脱氮及厌氧氨氧化的研究

论文摘要

水环境中氮元素的大量积累导致了水环境质量的严重恶化,采用有效的防治措施化解这一危害,是目前亟待解决的问题。用传统硝化-反硝化工艺处理高浓度氨氮废水时,由于该工艺硝化时需要氧气,反硝化时需要有机碳源,不满足废水处理可持续发展的要求。近几年发现一种新型生物脱氮工艺-全程自养脱氮,它通过亚硝化菌将废水中部分氨氮（50%）氧化为亚硝酸氮,然后再在厌氧氨氧化菌的作用下,利用剩余的氨氮为电子供体,生成的亚硝酸氮为电子受体,转化为氮气,达到脱氮的目的。该工艺至少节省氧气64%的氧气和100%的有机碳源,是一种很有应用前景的脱氮工艺。本课题立足于国内外生物脱氮研究的最新研究成果,在SBR反应器中接种普通厌氧颗粒污泥,培养全程自养脱氮微生物颗粒化。实验结果表明,当控制pH值在7.78.3之间,温度在（35±1）oC,DO控制在0.50.8mg/L,并且持续从反应器底部曝入氮气,可以成功的培养出全程自养脱氮颗粒污泥。在厌氧序批式反应器中接种已培养出的全程自养脱氮颗粒污泥,进行厌氧氨氧化污泥的快速培养。实验中采用含氮模拟废水,进水pH值在7.78.3之间,温度控制在（35±1）oC,DO应控制在0.5mg/L以下的条件下运行97天,成功培养出厌氧氨氧化污泥,实验结果表明:在水利停留时间为3d、总氮容积负荷（以N计）为0.1702 kg/（m3·d）时,总氮去除率最高达到82.7%,氨氮和亚硝酸盐氮的去除率最高达到了86.2%和86%,反应器中主要发生厌氧氨氧化反应,说明采用厌氧序批式反应器接种全程自养脱氮污泥是快速培养厌氧氨氧化污泥的一条途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 物理量名称及符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 水环境中氮的形态与来源
• 1.1.1 水环境中氮的形态与转化
• 1.1.2 水环境中氮的来源
• 1.2 水环境中氮污染的危害性
• 1.2.1 氨氮要消耗水体的溶解氧
• 1.2.2 增加污水处理费用
• 1.2.3 氮化合物对人和生物有毒害作用
• 1.2.4 加速水体的“富营养化”过程
• 1.3 本论文的研究对象与意义
• 第2章 废水脱氮技术原理与方法
• 2.1 概述
• 2.2 废水的物理化学脱氮方法
• 2.2.1 选择性离子交换法
• 2.2.2 吹脱法去除氨
• 2.2.3 絮凝沉淀法
• 2.3 生物脱氮技术
• 2.3.1 氨化反应
• 2.3.2 硝化反应
• 2.3.3 硝化反应基础动力学
• 2.3.4 环境因素对硝化反应动力学的影响
• 2.3.5 反硝化反应
• 2.3.6 反硝化基础动力学
• 2.3.7 影响反硝化反应的环境因素
• 2.3.8 生物膜硝化处理系统的物料平衡
• 2.3.9 硝化菌与异养菌的竞争
• 2.3.10 反硝化处理系统的物料平衡
• 2.4 传统的生物脱氮工艺及其存在的问题
• 2.4.1 传统的生物脱氮工艺
• 2.4.2 传统硝化反硝化工艺中存在的问题
• 2.5 短程硝化-反硝化工艺的原理
• 2.5.1 短程硝化-反硝化的作用机理
• 2.5.2 短程硝化-反硝化的维持与影响因素
• 2.5.3 微生物学原理
• 2.6 亚硝酸型硝化工艺
• 2.6.1 亚硝化（SHARON）工艺
• 2.6.2 实现亚硝酸型硝化的途径
• 2.6.3 SHARON 工艺的优点
• 2.7 OLAND 原理与工艺
• 2.8 全程自养脱氮
• 2.8.1 全程自养脱氮机理
• 2.8.2 全程自养生物脱氮的主要特征
• 2.9 厌氧氨氧化生物脱氮原理与工艺
• 2.9.1 厌氧氨氧化及其反应机理
• 2.9.2 SHARON 工艺与ANAMMOX 工艺的组合
• 第3章 全程自养脱氮颗粒污泥的培养
• 3.1 全程自养脱氮微生物颗粒化的原理
• 3.1.1 自养脱氮细菌颗粒化可行性原理
• 3.1.2 污泥颗粒化的影响因素
• 3.1.3 SBR 反应器利于富集全程自养脱氮微生物的原理
• 3.1.4 SBR 反应器的性能分析
• 3.2 实验装置与分析设备
• 3.2.1 SBR 反应器
• 3.2.2 分析设备
• 3.3 试验方案
• 3.3.1 全程自养脱氮工艺的技术要点
• 3.3.2 接种污泥与实验用水
• 3.3.3 研究内容
• 3.3.4 分析项目与方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 SBR 反应器的脱氮性能
• 3.4.2 污泥的演化过程
• 3.4.3 污泥中细菌的演化
• 3.5 结论
• 第4章 厌氧氨氧化工艺处理氨氮废水的研究
• 4.1 SHARON－ANAMMOX 联合工艺经济特性分析
• 4.1.1 需氧量分析
• 4.1.2 外加碳源分析
• 4.1.3 剩余污泥量的分析
• 4.1.4 处理效果的分析
• 4.2 试验目的与方案
• 4.2.1 试验目的
• 4.2.2 试验方案
• 4.3 实验装置与分析设备
• 4.3.1 SBR 反应器
• 4.3.2 分析设备
• 4.3.3 测定项目及分析方法
• 4.4 接种污泥与试验用水
• 4.4.1 接种污泥
• 4.4.2 试验用水
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 厌氧氨氧化反应器的启动及运行
• 4.5.2 厌氧氨氧化反应器对氨氮的去除
• 4.5.3 厌氧氨氧化反应器对亚硝酸盐的去除
• 4.5.4 厌氧氨氧化反应器中硝酸盐氮的变化
• 4.6 结论
• 研究结论与展望
• 结论
• 研究展望
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢