短程硝化—厌氧氨氧化组合工艺中几个关键问题的试验研究

论文摘要

随着新型生物脱氮理论的发展,陆续开发了多种新型的生物脱氮工艺,如短程硝化-反硝化、同步硝化-反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化等工艺。其中短程硝化-厌氧氨氧化联合工艺具有经济、高效、耗能少的优点。本论文以自配的氨氮废水为试验对象对短程硝化—厌氧氨氧化组合工艺中以下几个关键问题进行研究:①氨氧化菌的富集与SBR反应器亚硝氮的积累;②厌氧生物转盘中厌氧氨氧化菌的生物学特性研究;③间歇试验系统中NO2--N/NH4+-N比例及有机物浓度对厌氧氨氧化的影响;④提高厌氧生物转盘系统脱氮能力的试验研究。研究结果如下:1.用氨氧化菌富集培养基对具有一定短程硝化功能的污泥进行富集分离后,氨氧化菌数量与亚硝酸氧化菌数量比为104:1,实现了氨氧化菌的富集。间歇试验中环境条件对富集的氨氧化菌影响试验表明:适合氨氧化菌生长的温度为30℃、pH值为7.5、nHCO3-/nNH4+-N比值为1。以此条件优化SBR反应器的运行,氨氮的转化率和亚硝酸盐氮积累率分别达到90%和85%以上,反应器中氨氧化菌与亚硝酸氧化菌的数量之比为103:1,获得了较好的短程硝化效果。2.以厌氧氨氧化菌的特异性引物对厌氧氨氧化污泥进行PCR扩增,经过凝胶电泳后显示清晰的特异性条带,经纯化、测序、比对发现与已经报道的Kueneniastuttgartiensis种的基因序列相似性为100%,初步确定该菌种为厌氧氨氧化菌的Candidatus Kuenenia stuttgartiensis种。3.利用厌氧生物转盘系统的污泥进行间歇试验,研究不同NO2--N/NH4+-N的比例（1.56、1.39、1.42、1.27和0.83）对厌氧氨氧化的影响,结果发现:NO2--N/NH4+-N为1.39时,厌氧氨氧化速率最大,达到0.1865mgNH4+-N/（gSS.min）,氨氮和亚硝氮去除率达到98.1%和95.7%,是目前试验得到的适合厌氧氨氧化反应的最佳比例。在初始氨氮浓度为80mg.L-1,亚硝氮浓度为120 mg.L-1时,分别控制COD浓度为20、50、70和100 mg.L-1时,对厌氧氨氧化影响试验结果表明:COD浓度为50mg.L-1时,厌氧氨氧化反应速率较大,为0.0418 mgNH4+-N/（gSS·min）,低的有机物浓度有利于提高厌氧氨氧化的反应速率。4.对厌氧转盘系统采取分点进水的方式来提高反应系统的脱氮能力,试验研究结果表明:反应器连续运行40d,反应器后端生物膜增殖,平均总氮去除率达到87%以上,总氮容积负荷平均值达到0.562kg·m-3·d-1,系统的总氮去除负荷达到0.482 kg·m-3·d-1,容积去除负荷较单点进水提高了28.6%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 氮素污染简介
• 1.2 物化法除氮
• 1.2.1 吹脱法
• 1.2.2 折点加氯法
• 1.2.3 离子交换法
• 1.3 传统的生物脱氮法
• 1.3.1 硝化作用
• 1.3.2 反硝化作用
• 1.4 废水生物脱氮新技术
• 1.4.1 短程硝化-反硝化工艺
• 1.4.2 同步硝化反硝化脱氮工艺（SND）
• 1.4.3 厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺
• 1.4.4 全程自养型生物脱氮工艺
• 2 试验研究内容与试验概况
• 2.1 试验研究的主要内容
• 2.2 试验概况
• 2.2.1 短程硝化试验装置
• 2.2.2 厌氧氨氧化试验装置
• 2.3 试验分析方法和主要设备仪器
• 2.3.1 常规测定指标及测定方法
• 2.3.2 主要设备仪器
• 2.4 试验进水水质
• 2.4.1 SBR反应器进水水质
• 2.4.2 厌氧生物转盘进水水质
• 3 氨氧化菌富集、影响条件及SBR系统中短程硝化的试验研究
• 3.1 试验材料和方法
• 3.1.1 氨氧化菌的富集
• 3.1.2 短程硝化工艺条件影响研究方法
• 3.1.3 硝化细菌数量测定试验方法
• 3.2 试验结果
• 3.2.1 短程硝化工艺条件影响研究
• 3.2.2 SBR反应器工艺条件优化研究
• 3.2.3 SBR系统污泥硝化细菌数量测定的试验结果
• 3.3 本章小结
• 4 厌氧氨氧化菌的生物学研究
• 4.1 试验材料与方法
• 4.1.1 厌氧氨氧化污泥
• 4.1.2 厌氧氨氧化污泥扫描电镜观察
• 4.1.3 DNA提取方法
• 4.1.4 DNA模板的琼脂糖凝胶电泳分析
• 4.1.5 PCR扩增及琼脂糖凝胶电泳分析
• 4.1.6 纯化和测序
• 4.1.7 系统进化树分析
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 厌氧氨氧化污泥扫描电镜观察结果
• 4.2.2 PCR检测及电泳分析
• 4.2.3 纯化和测序
• 4.2.4 序列和系统进化树分析
• 4.3 本章小结
• 2^--N/NH₄⁺-N、有机物浓度对厌氧氨氧化的影响试验研究'>5 NO₂^--N/NH₄⁺-N、有机物浓度对厌氧氨氧化的影响试验研究
• 5.1 试验材料与方法
• 5.1.1 试验装置
• 2^-N/NH₄⁺-N比例试验'>5.1.2 进水NO₂^-N/NH₄⁺-N比例试验
• 5.1.3 有机物浓度对厌氧氨氧化影响试验
• 5.2 试验结果
• 2^--N/NH₄⁺-N比例对厌氧氨氧化影响分析'>5.2.1 进水NO₂^--N/NH₄⁺-N比例对厌氧氨氧化影响分析
• 5.2.2 有机物浓度对厌氧氨氧化的试验分析
• 5.3 本章小结
• 6 分点进水对提高厌氧氨氧化系统脱氮效果的试验研究
• 6.1 试验材料与方法
• 6.1.1 分点进水试验装置
• 6.1.2 分点进水试验目的
• 6.1.3 分点进水试验方法
• 6.2 试验结果
• 6.3 本章小结
• 7 结论和建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文