包埋固定化生物反應(yīng)器中亞硝化過(guò)程的研究.pdf

1、氨氮是水體中的主要耗氧污染物，也是水體富營(yíng)養(yǎng)化和環(huán)境污染的一種重要污染物質(zhì)，高濃度氨氮還嚴(yán)重威脅中水中生物及人類的身體健康，是重要的水污染控制指標(biāo)之一。
　　現(xiàn)有的氨氮廢水的處理方法中，生物法由于具有處理效果穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，適用范圍廣，不產(chǎn)生二次污染且比較經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。其中亞硝化過(guò)程由于具有節(jié)省曝氣與投堿量，節(jié)省能源和產(chǎn)泥量以及緊湊高效、基建費(fèi)用低和脫氮效率高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)作為亞硝化-反硝化工藝、亞硝化-厭氧氨氧化工藝等實(shí)

2、現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，正逐漸成為生物脫氮工藝領(lǐng)域的研究與應(yīng)用熱點(diǎn)。亞硝化過(guò)程實(shí)現(xiàn)及維持的主要影響因素包括溫度、pH、溶解氧、游離氨、有機(jī)質(zhì)和污泥齡等。
　　本文以人工模擬配水為進(jìn)水，以水性聚氨酯化包埋的活性污泥為研究對(duì)象，探討了固定化包埋顆粒在好氧流化床反應(yīng)器中的亞硝化過(guò)程的實(shí)現(xiàn)途徑，分析了影響反應(yīng)器亞硝化過(guò)程的運(yùn)行參數(shù)，并通過(guò)掃描電子顯微鏡及分子生物學(xué)手段，從微生物層面對(duì)反應(yīng)器的亞硝化過(guò)程的實(shí)現(xiàn)及持續(xù)情況進(jìn)行了微觀解釋。作為亞硝化出水的

3、后續(xù)處理，厭氧氨氧化脫氮處理工藝也在本研究中進(jìn)行了初步嘗試。
　　本實(shí)驗(yàn)的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　?。?）對(duì)通過(guò)快速提高進(jìn)水NH4+-N濃度實(shí)現(xiàn)好氧流化床反應(yīng)器亞硝化過(guò)程的可能性進(jìn)行了探索；
　?。?）探討了進(jìn)水NH4+-N濃度、溫度、溶解氧及有機(jī)物對(duì)好氧流化床反應(yīng)器中已實(shí)現(xiàn)的亞硝化過(guò)程的影響，同時(shí)摸索反應(yīng)器亞硝化過(guò)程實(shí)現(xiàn)及穩(wěn)定運(yùn)行的最佳操作參數(shù)；
　?。?）通過(guò)總結(jié)對(duì)比文獻(xiàn)中其他硝化過(guò)程工藝的氨氧化反

4、應(yīng)速率及活化能，分析采用固定化包埋顆粒及好氧流化床反應(yīng)器進(jìn)行短程硝化過(guò)程的優(yōu)勢(shì)；
　?。?）啟動(dòng)并運(yùn)行二級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器，探討高效反應(yīng)器運(yùn)行及靈活控制的實(shí)現(xiàn)；
　?。?）通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)實(shí)現(xiàn)亞硝化過(guò)程的固定化包埋顆粒微生物的形態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，并通過(guò)分子生物學(xué)手段對(duì)比短程硝化過(guò)程與全程硝化過(guò)程的固定化包埋顆粒的微生物群落結(jié)構(gòu)，從微生物層面探討并解釋固定化包埋顆粒在好氧流化床反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)亞硝化的可能原因。
　　通過(guò)以

5、上研究，得到以下結(jié)論：
　　（1）添加活性炭粒的固定化包埋顆粒較未添加活性炭粒的顆粒，在同樣的運(yùn)行條件下具有更快的反應(yīng)速率和更高的顆粒去除率，平均硝化速率為34.66mg-N/L·h，最大顆粒去除率為698.2 mg/（L-pellet·h）；同時(shí)較文獻(xiàn)中活性污泥法及生物膜法的硝化過(guò)程具有較低的反應(yīng)活化能，為42.2 kJ/mol。
　?。?）通過(guò)快速提高進(jìn)水NH4+-N濃度可實(shí)現(xiàn)好氧流化床反應(yīng)器的亞硝化過(guò)程；DO、T等的變

6、化對(duì)NO2--N鹽積累率的影響不大，反應(yīng)器最適的運(yùn)行條件為：pH：7.5～8.5，DO為3～5 mg/L，溫度控制在24～29 ℃之間，通過(guò)控制反應(yīng)器的HRT，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的優(yōu)化操作；有機(jī)物對(duì)亞硝化過(guò)程影響較大，本研究的反應(yīng)器適用于含少量或不含有機(jī)物的廢水。進(jìn)水有機(jī)物濃度為800 mg-TOC/L時(shí)，硝化反應(yīng)依然能夠進(jìn)行，經(jīng)過(guò)約8小時(shí)，氨氮全部轉(zhuǎn)化為硝酸氮。
　　經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的擱置后，反應(yīng)器可恢復(fù)高于90％的NO2--N積累率。<

7、br>　?。?）二級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器在HRT約為8 h進(jìn)水氨氮濃度約為300 mg/L時(shí)，經(jīng)二級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器出水濃度約為30 mg/L，整個(gè)體系的顆粒最大去除負(fù)荷為680 mg/（L-pellet·h）。通過(guò)調(diào)節(jié)HRT可實(shí)現(xiàn)硝化反應(yīng)的靈活控制。
　?。?）固定化顆粒的微生物學(xué)分析
　　SEM照片顯示，實(shí)現(xiàn)亞硝化的好氧流化床反應(yīng)器中固定化包埋顆粒表面的微生物為表面粗糙的短桿狀，長(zhǎng)度約為0.5μm，微生物排布緊密。
　　對(duì)比兩種不

8、同硝化類型反應(yīng)器的DGGE圖譜發(fā)現(xiàn)，兩反應(yīng)器中均存在大量硝酸菌種群，優(yōu)勢(shì)的微生物很多且相似性較高。兩反應(yīng)器中氨氧化菌經(jīng)較短的馴化時(shí)間后就已形成穩(wěn)定的生物群落結(jié)構(gòu)；不同條件下運(yùn)行，甚至經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的擱置，顆粒中微生物仍可保持較高的濃度，群落結(jié)構(gòu)無(wú)明顯變化；對(duì)優(yōu)勢(shì)種群DNA片段測(cè)序結(jié)果建立系統(tǒng)發(fā)育樹，得兩種不同類型的硝化反應(yīng)器中的氨氧化菌均為亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）。
　　對(duì)亞硝酸鹽氧化菌的PCR產(chǎn)物進(jìn)行DGGE分析