常温下亚硝化活性污泥的驯化及其特征研究

论文摘要

随着水体中氮的污染问题日益严重，国家对排入水体中氮的指标要求更加严格。亚硝化脱氮技术具备能耗低、碳源需求量小、剩余污泥量少以及水力停留时间短等优点，因而成为目前污水生物脱氮技术研究的热点。亚硝化工艺是许多新型工艺（如亚硝化-厌氧氨氧化工艺）实现的基础和关键，然而维持亚硝化工艺的高效稳定运行存在一定困难。目前，能够实现亚硝化工艺的控制策略主要是利用氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）两类细菌在生理上的差异而制定的，其中包括低溶解氧（DO）、高温、高游离氨抑制等，这些策略会造成系统中生物量减少、氨氮去除率降低、亚硝化率（NO2--N/NOx--N）不稳定等问题，以致实际工程中亚硝化脱氮的成功应用并不多见。针对这些问题，本研究在亚硝化污泥驯化过程中，通过采取适当补泥和定期置换污泥上清液的运行策略，达到了增加反应器内生物量，降低反应器毒性的效果，并对亚硝化污泥性能进行分析，成功实现了亚硝化工艺的高效稳定运行。采用序批式反应器（SBR）处理人工模拟废水，以实现对亚硝化污泥的驯化。驯化实验在常温（1530℃）下运行150天，分为三个阶段：启动阶段（030天）、负荷提高阶段（30110天）和稳定运行阶段（110150天）。采取间歇式曝气，周期为8h（曝气5h，缺氧3h），曝气阶段溶解氧（DO）浓度为1.21.4mg·L-1。在负荷提高阶段前期，负荷提高阶段前期，为解决污泥浓度不断下降的问题，需加入经过短期培养的活性污泥，增加反应器内的生物量；在负荷提高阶段后期，亚消化工艺进水负荷达到0.24kgNH4+-N·m-3·d-1，氨氮去除率稳定在80%以上，亚硝化率维持在90%以上；在稳定运行阶段，通过每半月置换一次污泥上清液，解决了反应器内NO2--N高浓度长期累积运行造成的亚硝化污泥浓度降低、处理效果不稳定的问题。驯化过程中，对亚硝化污泥的胞外聚合物（EPS）分析，结果显示EPS中TB对污泥沉降性能的贡献明显大于LB；对污泥进行Zeta电位等方法分析，发现驯化后污泥zeta电位电负值降低，这表明实现亚硝化工艺的污泥沉降性能更好。本文通过对亚硝化污泥的驯化实现了亚硝化工艺的高效稳定运行，并对驯化期间的亚硝化污泥进行了性能研究，为亚硝化工艺脱氮的工程应用提供了理论基础和技术指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景
• 1.2 废水脱氮工艺概述
• 1.2.1 物理化学方法除氮
• 1.2.2 生物脱氮技术
• 1.3 废水生物脱氮工艺概述
• 1.3.1 硝化作用
• 1.3.2 反硝化作用
• 1.3.3 厌氧氨氧化工艺
• 1.3.4 短程硝化反硝化工艺（Sharon）
• 1.3.5 好氧脱氨工艺
• 1.3.6 同时硝化反硝化工艺（SND）
• 1.3.7 生物膜内自养脱氮工艺（Canon）
• 1.3.8 氧限制型自养型硝化反硝化工艺（Oland）
• 1.4 研究内容和意义
• 第2章 SBR 生物脱氮工艺的亚硝化启动研究
• 2.1 SBR 反应器
• 2.1.1 SBR 工艺过程
• 2.1.2 SBR 工艺分类
• 2.1.3 SBR 工艺特征
• 2.1.4 SBR 工艺应用
• 2.2 亚硝化生物脱氮工艺
• 2.3 SBR 反应器的快速启动
• 2.3.1 实验材料
• 2.3.2 监测项目及分析方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.5 本章小结
• 第3章 负荷提高期污泥特征研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料及方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 污泥主要指标变化分析
• 3.3.2 各形态氮素的变化
• 3.3.3 定期置换污泥上清液
• 3.4 本章小结
• 第4章 亚硝化活性污泥的特征研究
• 4.1 引言
• 4.2 氧吸收率（OUR）
• 4.2.1 OUR 定义
• 4.2.2 OUR 的测量
• 4.2.3 OUR 表征污泥硝化活性原理
• 4.3 胞外聚合物（EPS）
• 4.3.1 EPS 定义
• 4.3.2 EPS 的提取
• 4.3.3 EPS 的分析方法
• 4.4 实验材料和方法
• 4.4.1 样品来源和实验分析方法
• 4.4.2 实验所用设备
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 污泥形态观察
• 4.5.2 亚硝化污泥活性研究
• 4.5.3 驯化期间亚硝化污泥 EPS 的变化研究
• 4.6 本章小结
• 结语
• 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