亚硝化—厌氧氨氧化处理猪场废水研究

论文摘要

猪场废水COD浓度高、氨氮浓度高、悬浮物浓度高，已成为农村面源污染的主要来源，并严重威胁到农村饮用水安全。猪场废水氨氮浓度高、处理难度大，如何采用经济高效的方法，去除氨氮使其达到排放标准，一直是猪场废水处理中面临的重要难题。厌氧氨氧化是近年受到国内外水处理研究者广泛关注的新型生物脱氮技术，具有不需要外加有机碳源、节省供氧量、降低能耗等优点。虽然国内外研究者对厌氧氨氧化过程的脱氮机理、厌氧氨氧化菌的生理生化特性等进行了多方面的研究，但已有的报道大多以模拟废水为研究对象，以猪场废水为对象的研究，在国内外文献中极少有报导。本论文以猪场废水为主要研究对象，考察了猪场废水的亚硝化过程、厌氧氨氧化的启动过程，并对亚硝化和厌氧氨氧化联合用于猪场废水脱氮进行了探索。1．论文首先研究了猪场废水的亚硝化过程，考察了废水水质和主要运行条件对亚硝化过程的影响。实验表明：(1)亚硝化阶段反应时间为8到10h时，出水中氨氮和亚硝酸盐浓度比可达到1：1～1：1.23，满足厌氧氨氧化反应对二者比例的要求；达到前述要求时，氨氮去除率达到58.3～65.6％，亚硝化率在整个过程均保持在97％以上，COD去除率在59.2～68.6％；(2)曝气量(溶解氧)对亚硝化过程影响显著，随着曝气量增大，达到厌氧氨氧化要求的氨氮与亚硝酸盐氮浓度比例所需水力停留时间τ越短，pH出现明显下降的时间越短；(3)τ对应的pH在7.8～8.1之间，无需进行pH调节即可满足厌氧氨氧化反应对pH的要求；(4)氨氮和COD降解过程遵循一级反应动力学，氨氮和COD降解的速率常数分别为0.0656～0.0724 l／h和0.0491～0.0664 l／h。2．在进行亚硝化过程研究的同时，以模拟废水为试验对象，进行厌氧氨氧化启动研究。以反硝化污泥和养殖厂储水池厌氧底泥的混合污泥作为接种污泥，历时大约100天，培育出具有厌氧氨氧化活性的污泥，氨氮和亚硝酸盐氮最高进水浓度分别为223.8 mg／L和171.4 mg／L，去除率最高分别达48％和41.5％，此时二者消耗比例为1.33：1。3．在猪场废水的亚硝化研究完成和厌氧氨氧化过程初步启动成功后，在模拟废水中逐步加入猪场废水的亚硝化处理出水，逐步实现亚硝化和厌氧氨氧化的组合。亚硝化出水添加到厌氧反应器后，厌氧氨氧化反应仍可继续进行，且去除效率逐步提高。研究发现添加的亚硝化出水中携带的亚硝化细菌在厌氧氨氧化菌膜外层生长并累积，增加了厌氧氨氧化反应基质的传质阻力，妨碍了厌氧氨氧化效率的提高。4．亚硝化—厌氧氨氧化实际工程应用探索中，生物接触氧化池可在有效去除废水中的有机物的同时实现亚硝化，出水中氨氮和亚硝酸盐比例平均为1.10，可满足后续厌氧氨氧化的要求；在适宜的进水浓度和温度下，ABR池出现了厌氧氨氧化启动的迹象；研究同时发现，水质的波动和气温的变化是工程中影响厌氧氨氧化菌活性的重要因素。论文的主要创新点在于：(1)以猪场废水为研究对象，以实现厌氧氨氧化为目标，对亚硝化过程进行了比较详细的考察，获得了亚硝化出水满足厌氧氨氧化要求的工艺条件，通过对其COD和氨氮降解过程的考察，得出亚硝化阶段COD降解和氨氮去除的动力学模型；(2)对亚硝化—厌氧氨氧化处理猪场废水进行了探索，确立了影响其污染物去除率稳定的重要因素。论文的上述研究成果，为厌氧氨氧化技术的实用性研究提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一部分 国内外研究状况及选题意义
• 1.厌氧氨氧化反应机理
• 1.1 反应机理
• 1.2 主要中间产物
• 1.3 参与反应的主要酶
• 2.厌氧氨氧化优势菌及生理生化等特征
• 2.1 厌氧氨氧化优势菌
• 2.2 厌氧氨氧化菌的超微结构
• 2.3 厌氧氨氧化菌的影响因素
• 3.厌氧氨氧化菌的富集与过程启动研究
• 3.1 进水废水性质
• 3.1.1 人工模拟废水
• 3.1.2 实际废水
• 3.2 接种污泥类型
• 3.2.1 产甲烷颗粒污泥
• 3.2.2 好氧硝化污泥
• 3.2.3 厌氧反硝化污泥
• 3.3 反应器类型
• 3.3.1 生物膜反应器
• 3.3.2 絮体生物反应器
• 3.3.3 不同反应器应用于厌氧氨氧化的运行效果比较分析
• 4.亚硝化和厌氧氨氧化工艺组合研究
• 4.1 SHARON-ANANMMOX工艺
• 4.2 OLAND工艺
• 4.3 CANON工艺
• 4.4 SNAP工艺
• 5.实际工程应用
• 6.选题意义及研究重点
• 第二部分 试验研究
• 第一章 好氧亚硝化（Sharon）过程与主要影响因素分析
• 1.实验材料及仪器、装置
• 1.1 实验材料
• 1.1.1 实验用水
• 1.1.2 接种污泥
• 1.2 实验仪器、装置
• 1.2.1 主要实验仪器
• 1.2.2 实验装置
• 2.主要检测指标及分析方法
• 3.结果及分析
• 3.1 运行结果及分析
• 3.1.1 污泥驯化/反应器启动阶段
• 3.1.2 提高、稳定亚硝化反应阶段
• 3.2 亚硝化过程分析
• 3.2.1 亚硝化过程中基质浓度变化分析
• 3.2.2 亚硝化过程中pH变化分析
• 3.3 曝气量对亚硝化过程影响分析
• 3.3.1 曝气量与基质浓度变化关系
• 3.3.2 曝气量与达到厌氧氨氧化要求所需水力停留时间关系
• 3.3.3 曝气量对pH变化过程的影响分析
• 3.4 亚硝化过程表观动力学分析
• 4.结论
• 第二章 厌氧氨氧化（Anammox）过程启动
• 1.实验材料及仪器、装置
• 1.1 实验材料
• 1.1.1 实验用水
• 1.1.2 接种污泥
• 1.2 实验仪器、装置
• 1.2.1 主要实验仪器
• 1.2.2 实验装置
• 2.主要检测指标及分析方法
• 3.结果及分析
• 3.1 启动过程运行结果及分析
• 3.1.1 基质变化过程分析
• 3.1.2 pH变化过程分析
• 3.1.3 亚硝酸盐氮/氨氮消耗比例变化
• 3.1.4 污泥物理形态变化分析
• 3.1.5 小结
• 3.2 运行故障后不稳定运行结果及分析
• 3.2.1 基质去除效率分析
• 3.2.2 pH变化分析
• 3.2.3 亚硝酸盐氮/氨氮消耗比例变化
• 3.3.4 小结
• 4.结论
• 第三章 亚硝化和厌氧氨氧化组合
• 1.实验材料
• 2.主要检测指标及分析方法
• 3.结果及分析
• 3.1 基质去除效果分析
• 3.2 氨氮/亚硝酸盐氮消耗比例变化分析
• 3.3 pH变化分析
• 3.4 污泥性状观察
• 3.4.1 宏观性状
• 3.4.2 微观性状
• 3.5 厌氧氨氧化污泥的分子生物学研究
• 3.5.1 污泥总DNA的提取
• 3.5.2 厌氧氨氧化细菌16S rDNA片断的扩增
• 3.5.3 结果
• 4.结论
• 第三部分 工程应用探索
• 1.污水来源、特点及水质水量
• 2.处理工艺流程
• 3.主要检测指标及分析方法
• 4.运行结果及分析
• 4.1 主要污染指标去除效果分析
• 4.1.1 COD去除效果分析
• 4.1.2 氨氮去除效果分析
• 4.2 生物接触氧化池亚硝化效果分析
• 4.3 厌氧氨氧化效果分析
• 5.结论
• 第四部分 研究结论及建议
• 1.研究结论
• 2.建议
• 2.1 尝试多种反应器及新型高效反应器研制
• 2.2 脱氧方式改进
• 参考文献
• 图表索引
• Index of figures and tables
• 发表文章目录
• 致谢