单级自养脱氮系统的控制与机理初探

论文摘要

单级自养脱氮系统由于具有简易、高效、低能耗的显著优点而在废水生物脱氮领域受到广泛关注。本研究是在前期已建立的单级自养脱氮系统的基础上进行的。本阶段利用前期一直连续曝气的一组反应器进行了连续曝气条件下系统中ORP和DO浓度的变化规律研究;对受到强烈扰动而破坏的另一组反应器进行了促进系统恢复的控制策略研究;在该系统恢复后,以其进行了单级自养脱氮系统脱氮机理的初步研究。得出以下主要结论:单级自养脱氮系统的生物膜和活性污泥絮体被破坏后,系统亚硝态氮大量积累,反应器出水的亚硝态氮浓度达70mg/L左右,总氮去除率从78.6%降至13.1%;DO浓度的短期调整对系统的脱氮性能无明显改善;可采取先控制较高DO浓度以快速挂膜,再根据系统内含氮物质的转化情况调节DO浓度以逐步提高系统脱氮性能的方法进行恢复。实验中,在DO浓度1.62.2mg/L条件下约20d实现快速挂膜,之后针对含氮物质的转化情况调节DO浓度,系统脱氮性能不断恢复,又经98d总氮去除率达80%。对于连续曝气的单级自养脱氮系统,在一个反应周期内,ORP曲线开始以较快速度增长,在氨氮转化基本完成的时间点以后,ORP曲线的增长速率明显放缓。即ORP的变化曲线存在斜率变缓的折点与氨氮转化基本完成的时间点对应;DO曲线开始在所控制的DO值附近的小幅波动,在氨氮转化基本完成后,DO浓度开始上升并超出正常的波动范围。因此,ORP、DO都可以作为系统的控制参数,建议结合ORP和DO这两个参数对连续曝气的单级自养脱氮系统进行协同控制。批次试验的结果表明,单级自养脱氮系统中不存在亚硝化菌脱氮这一代谢途径,系统中可能存在两种厌氧氨氧化代谢途径,但需从气体分析的角度进一步证实;系统中虽存在传统反硝化这一氮去除途径,但通过这一途径去除的氨氮的量很少。单级自养脱氮系统中悬浮活性污泥、填料上生长的生物膜、反应器内壁上生长的生物膜的最大全程自养脱氮活性分别为: 0.0034gN·g-1VSS-1d-1,0.0087gN·g-1VSS-1d-1 , 0.016gN·g-1VSS-1d-1 ;最大亚硝化活性分别为: 0.015 gN·g-1VSS-1d-1,0.026 gN·g-1VSS-1d-1,0.035 gN·g-1VSS-1d-1;其最大厌氧氨氧化活性分别为:0.011 gN·g-1VSS-1d-1,0.021 gN·g-1VSS-1d-1,0.027 gN·g-1VSS-1d-1。生物膜的各种活性均大于活性污泥。研究成果对于单级自养脱氮系统的进一步深入研究具有一定的参考价值,有利于提高单级自养脱氮系统的实际应用性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 生物脱氮研究进展
• 1.1.1 传统生物脱氮
• 1.1.2 短程硝化-反硝化生物脱氮
• 1.1.3 同步硝化-反硝化脱氮
• 1.1.4 自养生物脱氮
• 1.2 课题组前期研究
• 1.3 存在及应解决的问题
• 1.3.1 促进系统恢复的策略
• 1.3.2 控制研究
• 1.3.3 系统的脱氮机理研究
• 1.4 本论文研究目的和研究内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 2 试验方法及试验内容
• 2.1 试验装置和运行方式
• 2.2 测试项目与方法
• 2.3 主要研究内容
• 2.3.1 单级自养脱氮系统的性能恢复控制研究
• 2.3.2 单级自养脱氮系统内ORP 和DO 浓度的变化规律研究
• 2.3.3 单级自养脱氮系统机理初探
• 3 单级自养脱氮系统的性能恢复控制研究
• 3.1 概述
• 3.2 研究方法
• 3.3 系统被破坏的原因及其脱氮性能变化
• 3.4 恢复系统性能的控制策略
• 3.5 恢复过程
• 3.6 讨论与分析
• 3.6.1 DO 浓度对厌氧氨氧化菌恢复的影响
• 3.6.2 促进系统性能恢复的措施
• 3.7 本章小结
• 4 单级自养脱氮系统内ORP 和DO 浓度的变化规律研究
• 4.1 概述
• 4.2 研究方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 一个运行周期内ORP 的变化规律
• 4.3.2 一个运行周期内DO 浓度的变化规律
• 4.3.3 ORP 和DO 作为控制参数的可行性
• 4.4 本章小结
• 5 单级自养脱氮系统脱氮机理初探
• 5.1 概述
• 5.2 研究方法
• 5.2.1 系统内氨氮去除途径研究
• 5.2.2 系统内活性污泥和生物膜活性的对比研究
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 氨氮的去除途径
• 5.3.2 活性污泥和生物膜的活性
• 5.4 本章小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录