生物转盘反应器运行SNAD脱氮工艺特性的研究

论文摘要

随着食品加工、农业含氮废水对水体环境的污染日益加剧,高效的污水脱氮技术已成为目前水处理领域的重要问题。然而传统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。最近,一种极具应用前景的新型生物脱氮技术被开发出来。该工艺在单一反应器内组合半硝化、厌氧氨氧化和反硝化反应,与传统生物脱氮工艺相比大大降低了运行成本。本实验采用无纺布生物转盘反应器来运行基于厌氧氨氧化、半硝化和反硝化的自养脱氮、异养去除COD工艺。启动反应器采用先接种成熟厌氧氨氧化菌,运行ANAMMOX工艺。随后在生物膜外层接种驯养好的亚硝化污泥,运行CANON工艺。最后,在反应器进水中加入COD,实现同时半硝化、厌氧氨氧化与反硝化（SNAD）工艺。通过调节液位比与转速适当控制反应器溶解氧浓度,实现亚硝酸盐在生物膜外层的积累。生物膜外层亚硝化细菌消耗溶解氧为生物膜内层的厌氧氨氧化以及反硝化细菌创造厌氧环境,实现脱氮工艺的有效运行。主要结论如下:1、采用无纺布生物转盘反应器可以对anammox菌、亚硝化菌接种物进行有效的富集培养。在SNAD工艺运行稳定阶段,反应器进水NH4+-N平均浓度为200 mg L-1,COD平均浓度为100 mg L-1时,NH4+-N、TN、COD去除率分别达到最大值79%、70%、94%。2、对培养的SNAD工艺阶段生物膜进行扫描电镜观察显示:生物膜外层大部分为球状细菌。生物膜内层大部分为聚集成类似花椰菜状聚集体的菌体,并且伴有部分其他形状的细菌。3、用特异性探针EUB338,NSO190和AMX820对无纺布转盘生物膜进行荧光原位杂交,结果显示,生物膜内存在明显的分层现象,生物膜内结合探针NSO190的好氧亚硝化菌主要分布在生物膜外层靠近好氧区域,而结合探针AMX820的anammox菌以及仅被EUB338探针标记的反硝化细菌则主要分布在生物膜内层厌氧区域。这种以好氧亚硝化菌为主体的好氧层和以anammox菌与反硝化细菌为主体的厌氧层共同存在的生物膜分层结构,使三个微生物群落间在合作共生、代谢平衡,从而实现自养生物脱氮、异养去除COD工艺。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 生物脱氮技术及生物膜转盘反应器研究进展
• 1.1 生物脱氮过程中的微生物学原理
• 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 生物脱氮技术概述
• 1.2.1 传统的脱氮工艺
• 1.2.2 同时硝化反硝化（SND）工艺
• 1.2.3 好氧脱氨工艺
• 1.2.4 新型的脱氮工艺
• 1.3 生物膜转盘反应器污水处理技术
• 1.3.1 生物膜转盘的污水净化原理
• 1.3.2 生物转盘工艺的特点
• 1.3.3 生物转盘的组成
• 1.4 本课题主要研究的目的、意义和内容
• 1.4.1 新型微生物脱氮技术的发展趋势及存在问题
• 1.4.2 研究的目的和意义
• 1.4.3 主要研究内容
• 2 NRBC反应器运行的ANAMMOX脱氮工艺的研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验目的
• 2.3 试验部分
• 2.3.1 研究内容
• 2.3.2 试验装置
• 2.3.3 接种污泥
• 2.3.4 试验用水
• 2.3.5 试验分析项目及方法
• 2.3.6 ANAMMOX工艺生物膜性状观察分析
• 2.3.7 试验主要使用仪器
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 ANAMMOX工艺的启动与运行
• 2.4.2 厌氧氨氧化菌休眠之后的活性恢复试验
• 2.4.3 ANAMMOX工艺生物膜的扫描电镜观察
• 2.4.4 ANAMMOX工艺生物膜的共聚焦扫描电镜观察
• 2.5 小结
• 3 NRBC反应器运行的CANON脱氮工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验目的
• 3.3 试验部分
• 3.3.1 研究内容
• 3.3.2 试验装置
• 3.3.3 接种污泥
• 3.3.4 试验用水
• 3.3.5 试验分析项目及方法
• 3.3.6 CANON工艺生物膜性状观察分析
• 3.3.7 试验主要使用仪器
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 亚硝化污泥的驯化培养
• 3.4.2 亚硝化污泥活性测量试验
• 3.4.3 CANON工艺的启动与运行
• 3.4.4 CANON工艺生物膜的扫描电镜观察
• 3.4.5 CANON工艺生物膜的共聚焦扫描电镜观察
• 3.5 小结
• 4 NRBC反应器运行的SNAD脱氮工艺研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验目的
• 4.3 试验部分
• 4.3.1 研究内容
• 4.3.2 试验用水
• 4.3.3 试验分析项目及方法
• 4.3.4 SNAD工艺生物膜性状观察分析
• 4.3.5 试验主要使用仪器
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 SNAD工艺的启动与运行
• 4.4.2 SNAD工艺生物膜性状观察分析
• 4.4.3 SNAD工艺生物膜的共聚焦扫描电镜观察
• 4.5 小结
• 5 结论、创新点与建议
• 5.1 结论
• 5.2 创新点
• 5.3 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢