炭管膜曝气生物膜反应器SNAD生物脱氮研究

论文摘要

高浓度含氮废水的排放可以造成水体的富营养化,从而导致水体环境质量的严重恶化。一些含氮化合物具有毒性,严重危害着人体和其他生物的健康。如何去除水体中的氮成为了国内外研究热点之一。传统的生物脱氮工艺普遍存在工艺流程长、占地面积大、运行成本高等缺点,难以适应工业生产中产生的高浓度含氮废水的处理要求。最近,一种极具应用前景的新型单级自养脱氮技术被开发出来,该工艺在同一个反应器内同时进行亚硝化和厌氧氨氧化反应实现脱氮,与传统生物脱氮工艺相比,具有简易、高效、低能耗的显著优点。本试验以包裹无纺布的微孔炭管作为膜曝气生物膜反应器（MABR）的膜组件,进行了短程硝化,厌氧氨氧化和反硝化耦合脱氮（SNAD）研究。试验首先接种经过驯化的好氧硝化污泥,通过控制反应条件,富集亚硝化细菌。随后接种无纺布上的厌氧氨氧化污泥,最后添加有机碳源,促进反硝化细菌的生长实现SNAD耦合脱氮。试验所得的主要结论如下:（1）包裹无纺布的炭管膜具有高效的氧传质效率,并且可以有效的富集生长缓慢的亚硝化细菌和厌氧氨氧化细菌,生物膜上氧浓度梯度的分布,可以为亚硝化细菌,厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌的生长提供适宜的生长条件,从而保证耦合脱氮的实现。（2）在进水NH4+-N浓度为200 mg/L、温度34±1℃、pH为7.5-8.5、HRT=8h、C/N比为0.6的条件下,经过180天的连续稳定运行,氨氮去除率达到了93.4%,总氮去除率达到了92.5%,COD去除率达到97.2%。（3）本试验在稳定运行CANON工艺的基础上,添加少量有机碳源,考查三种菌群之间的协作和抑制关系。通过试验得出,适合SNAD工艺的最佳C/N比为0.2-0.6,当COD浓度过高时,会抑制厌氧氨氧化细菌的活性,使SNAD工艺的处理效果明显下降。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 废水生物脱氮的原理
• 1.1.1 氨化作用
• 1.1.2 硝化作用
• 1.1.3 反硝化作用
• 1.1.4 厌氧氨氧化作用
• 1.2 生物脱氮工艺研究进展
• 1.2.1 传统生物脱氮工艺
• 1.2.2 SHARON工艺
• 1.2.3 厌氧氨氧化工艺
• 1.2.4 厌氧氨氧化在废水生物脱氮领域的应用
• 1.3 膜曝气生物膜反应器
• 1.3.1 膜曝气生物膜反应器的原理
• 1.3.2 膜曝气生物膜反应器的组成及特点
• 1.3.3 膜曝气生物膜反应器运行的影响因素
• 1.4 本课题研究的目的和意义
• 2 试验装置、研究方法
• 2.1 试验装置
• 2.2 试验用水
• 2.3 试验分析项目
• 2.3.1 试验检测方法
• 2.3.2 生物膜性状观察
• 2.3.3 炭膜氧传递系数测定及供氧速率的计算
• 2.3.4 不同材质的曝气膜组件对微生物吸附能力研究
• 2.3.5 生物膜活性测定
• 2.4 试验研究内容与技术路线
• 2.4.1 试验研究内容
• 2.4.2 试验技术路线
• 3 炭管膜曝气生物膜反应器运行CANON工艺研究
• 3.1 试验过程简介
• 3.2 炭膜的传氧性能测定
• 3.2.1 炭膜的氧传递系数测定
• 3.2.2 不同膜内压力下炭膜的供氧速率测定
• 3.2.3 不同材质曝气膜组件对微生物吸附能力
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 MABR的启动和亚硝酸盐累积阶段
• 3.3.2 接种厌氧氨氧化污泥启动CANON工艺阶段
• 3.4 本章小结
• 4 炭管膜曝气生物膜反应器运行SNAD工艺研究
• 4.1 研究背景与意义
• 4.2 试验内容简介
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 SNAD工艺运行效果
• 4.3.2 炭管膜曝气生物膜反应器SNAD脱氮机理分析
• 4.3.3 生物膜活性测定结果
• 4.3.4 炭管膜曝气生物膜扫描电镜观察
• 4.4 本章小结
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢