ANAMMOX与反硝化协同反应器运行特性及处理垃圾渗滤液研究

论文摘要

水体氮素污染日益严重,是成为引起水质恶化、生物多样性降低的主要因素之一,己成为人们关注的焦点。厌氧氨氧化（ANAMMOX）菌是一种化能自养专性厌氧菌,与传统的生物脱氮工艺相比,具有无需外加有机碳源,不产生二次污染、节省能耗等优点,具有广阔的应用前景。然而实际的含氮废水中往往存在有机物,会对厌氧氨氧化产生一定的抑制作用。同时在将ANAMMOX技术应用于实际工程的过程中,还面临着进水水质冲击条件下反应器稳定性低、出水硝氮含量高等问题。试验的第一部分:为有效的解决上述提到的问题,我们向一套3.2 L具有填料的上流式厌氧污泥床反应器装置中分别接种了含有反硝化菌以及ANAMMOX的混合污泥,在进水TN容积负荷为0.25 kg·（m3·d）-1,进水氨氮与亚硝氮质量浓度比值为1︰1.32,进水有机物（葡萄糖）浓度与TN浓度的比值为1:1的情况下,用时35天成功地实现了二者的协同脱氮反应。与应用甲醇作为碳源启动反应器相比,前者在处理效果和启动时间方面优于后者。反应器（葡萄糖为碳源）对氨氮、亚硝氮、TN和COD的去除率分别高达95.4%、99.3%、94.3%和94.1%,出水硝氮的生成量为3.1 mg·L-1,三氮比即去除的氨氮︰去除的亚硝氮︰生成的硝氮=1︰1.33︰0.03。反应器（甲醇为碳源）对氨氮、亚硝氮、TN和COD的去除率分别为94.1%、97.2%、91.8%和89.4%,出水硝氮的生成量为4.35 mg·L-1,反应器的三氮比为1︰1.36︰0.04。较之传统的ANAMMOX反应三氮比1︰1.32︰0.26,ANAMMOX与反硝化的协同作用在进一步提高脱氮效果的同时,可以降低反应器出水中硝氮含量,对于进一步改善ANAMMOX工艺的出水水质及运用该工艺处理含氮有机废水均具有重要意义。试验的第二部分:通过对进水负荷4个阶段的控制调节,考察了其对协同反应器运行的影响。经试验发现,在低水力负荷条件下(0.77～1 L·（L·d）-1),反应器运行良好,硝氮的生成量低。进一步调高水力负荷至1.11～1.67L·（L·d）-1,NH4+-N和NO2--N的去除率分别下降为70.4%和81.7%。COD的去除率也由之前的89%变为81%。当水力负荷增至最高的2～4L·（L·d）-1,氨氮、亚硝氮和COD的去除率分别只有54.2%,73.9%和76.6%,硝氮的生成量也增大到了9.97mg·L-1。通过调低水力负荷至第一阶段,协同脱氮效果基本上能够恢复到之前的水平,表明反应器具备了一定的抗负荷冲击能力。同时瞬时低温会对反应器产生较大影响,使得其处理效果变差。但反应器内的菌群具备抵御低温并较快恢复的能力,保证了反应器在较短时间（30d）内二次启动的成功。试验的第三部分,将原人工配水中的氨氮与有机物由稀释过后的垃圾渗滤液组分代替,考察了协同反应器在处理实际含氮废水时的运行效果。研究表明:在稳定期,反应器对氨氮、亚硝氮、TN、COD的平均去除率分别为97.4%、96.4%、87.2%和74.8%。对TN和COD最大容积去除率为120.5和119.9 g·（m3·d）-1。过高的负荷会对反应器启抑制作用,且抑制产生后协同作用难以恢复到原来水平。当厌氧氨氧化与反硝化建立起协同关系时,pH值与碱度均存在着一定的特征性变化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 水体中氮素的来源
• 1.1.1 点源污染
• 1.1.2 面源污染
• 1.2 水体中氮素污染的危害
• 1.2.1 危害人类及生物的健康
• 1.2.2 造成水体的富营养化
• 1.2.3 增加污水处理成本
• 1.2.4 消耗水体溶解氧
• 1.2.5 降低水体观赏价值
• 1.3 废水物化脱氮技术
• 1.3.1 折点氯化法
• 1.3.2 空气吹脱法
• 1.3.3 离子交换法
• 1.3.4 化学沉淀法
• 1.3.5 蒸汽汽提法
• 1.3.6 膜分离法
• 1.3.7 催化湿式氧化法
• 1.4 废水生物脱氮技术
• 1.4.1 废水生物脱氮原理
• 1.4.2 硝化/反硝化工艺
• 1.4.3 亚硝酸硝化/反硝化工艺
• 1.4.4 同时硝化/反硝化工艺
• 1.5 厌氧氨氧化技术
• 1.5.1 研究厌氧氨氧化的发展
• 1.5.2 厌氧氨氧化的反应机理
• 1.5.3 厌氧氨氧化菌的生物学特征
• 1.5.4 厌氧氨氧化菌的分布
• 1.5.5 厌氧氨氧化的影响因素
• 1.5.6 厌氧氨氧化工艺的优点
• 1.6 厌氧氨氧化工艺
• 1.6.1 CANON工艺
• 1.6.2 OLAND工艺
• 1.6.3 SHARON-ANAMMOX工艺
• 1.7 本课题的研究意义与内容
• 1.7.1 研究意义
• 1.7.2 研究内容
• 1.7.3 课题创新点
• 第二章 试验材料与方法
• 2.1 试验装置
• 2.2 接种污泥
• 2.3 水质指标测试分析
• 2.3.1 分析项目及方法
• 2.3.2 标准曲线的绘制
• 2.4 主要试验设备
• 第三章 厌氧氨氧化与反硝化协同反应器的启动
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试验装置
• 3.2.2 接种污泥
• 3.2.3 试验配水
• 3.2.4 试验方案
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 2#反应器在启动中氮素及有机物的变化情况
• 3.3.2 2#反应器在启动中硝氮及三氮的变化特性
• 3.3.3 2#反应器在启动中碱度和pH值变化特性
• 3.3.4 1#反应器与2#反应器在启动中的特性对比
• 3.3.5 实现协同作用的理论分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 水力负荷与低温对ANAMMOX与反硝化协同反应器的影响
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试验装置
• 4.2.2 接种污泥
• 4.2.3 试验配水
• 4.2.4 试验方案
• 4.3 水力负荷对协同反应器冲击的研究
• 4.3.1 氨氮，亚硝氮的去除情况
• 4.3.2 硝氮生成情况
• 4.3.3 进出水pH值的变化情况
• 4.3.4 COD去除情况
• 4.3.5 低温冲击对运行效果的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 协同反应器处理垃圾渗滤液的可行性研究
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 试验装置
• 5.2.2 接种污泥
• 5.2.3 试验配水
• 5.2.4 试验方案
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 氮素转化分析
• 5.3.2 COD 去除分析
• 5.3.3 酸碱变化分析
• 5.3.4 容积负荷分析
• 5.4 本章小结
• 结论与建议
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件