包埋固定化生物反應(yīng)器中亞硝化過程的研究.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)器中的亞硝化過程的實(shí)現(xiàn)途徑，分析了影響反應(yīng)器亞硝化過程的運(yùn)行參數(shù)，并通過掃描電子顯微鏡及分子生物學(xué)手段，從微生物層面對反應(yīng)器的亞硝化過程的實(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)的主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　?。?）對通過快速提高進(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)物對好氧流化床反應(yīng)器中已實(shí)現(xiàn)的亞硝化過程的影響，同時(shí)摸索反應(yīng)器亞硝化過程實(shí)現(xiàn)及穩(wěn)定運(yùn)行的最佳操作參數(shù)；
　　（3）通過總結(jié)對比文獻(xiàn)中其他硝化過程工藝的氨氧化反

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)行短程硝化過程的優(yōu)勢；
　?。?）啟動并運(yùn)行二級串聯(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)；
　?。?）通過掃描電子顯微鏡（SEM）對實(shí)現(xiàn)亞硝化過程的固定化包埋顆粒微生物的形態(tài)進(jìn)行觀測，并通過分子生物學(xué)手段對比短程硝化過程與全程硝化過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。
　　通過以

5、上研究，得到以下結(jié)論：
　?。?）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程具有較低的反應(yīng)活化能，為42.2 kJ/mol。
　　（2）通過快速提高進(jìn)水NH4+-N濃度可實(shí)現(xiàn)好氧流化床反應(yīng)器的亞硝化過程；DO、T等的變

6、化對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)物對亞硝化過程影響較大，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)過約8小時(shí)，氨氮全部轉(zhuǎn)化為硝酸氮。
　　經(jīng)過一段時(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）。通過調(diào)節(jié)HRT可實(shí)現(xiàn)硝化反應(yīng)的靈活控制。
　　（4）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，長度約為0.5μm，微生物排布緊密。
　　對比兩種不

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)無明顯變化；對優(yōu)勢種群DNA片段測序結(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）。
　　對亞硝酸鹽氧化菌的PCR產(chǎn)物進(jìn)行DGGE分析