基于短程硝化反硝化过程对垃圾渗滤液高效脱氮的研究

摘要

随着人们生活水平的逐渐提高，环保标准也日益严格，自2008年国家环保局明确规定垃圾渗滤液氨氮和总氮的排放标准以来，人们积极开展新型的生物脱氮理论及工艺研究。目前，研究比较多的新型生物脱氮技术有厌氧氨氧化工艺、同步硝化反硝化工艺与短程硝化反硝化工艺，其中，新型的短程硝化反硝化脱氮技术具有节省碳源、减少曝气量、减少占地面积、减少污泥量等优点，已受到国内外研究者的普遍关注。本文对低C/N比垃圾渗滤液的短程硝化反硝化脱氮工艺及高浓度有机物垃圾渗滤液的短程硝化反硝化脱氮工艺进行了基础研究，主要研究成果如下:
　　1.在小于停留时间的短时间(15h)范围内，前置反硝化A/O工艺系统中COD去除率为78.13％，氨氮去除率为91.67％，总氮浓度去除率为52.67％; O/A工艺系统中COD去除率为70.44％，氨氮去除率为81.56％，总氮去除率为42.35％，污染物降解效率均低于A/O工艺，说明A/O工艺较O/A工艺脱氮效果要好。
　　2.低C/N比垃圾渗滤液的短程硝化反硝化脱氮的影响因素研究结果表明:
　　1)实现短程硝化反硝化的适宜DO浓度为0.8-1.0mg·L-1，A池和O池中最佳pH值范围分别为8.46-8.68和8.22-8.45，且最适宜条件下，NO2--N浓度分别达到165.3mg·L-1和200.3mg·L-1，积累率分别52.38％和59.63％;
　　2)进水COD浓度为1000mg· L-1和1350mg·L-1时左右时，COD和TN去除量⊿COD/⊿TN的平均值分别为1.98和1.53左右，实现了短程硝化反硝化过程;进水COD浓度为1900mg·L-1左右时，⊿COD/⊿TN平均值达到2.85左右，实现了短程硝化反硝化过程，但有转全程的趋势;说明有机物的增加不利于实现短程硝化反硝化。
　　3.高浓度有机物垃圾渗滤液的短程硝化反硝化脱氮工艺的运行结果表明:
　　1)稳定运行时，EGSB-A/O-MBR工艺系统对COD、氨氮及总氮降解效率高，出水COD平均去除率为96.53％。出水氨氮平均去除率达到95.5％，出水TN去除率平均值为92.6％;
　　2)负荷增加阶段，随着进水氨氮浓度逐渐增加，亚硝态氮积累均逐渐增加，达到稳定阶段后，硝化池Ⅰ与硝化池Ⅱ出水NO2--N积累率分别提高到67.9％和70.2％，说明稳定阶段时，系统实现了稳定的短程硝化;
　　3)原渗滤液中NH4+-N浓度平均值为1475.8mg·L-1时，全碱度为7000～9500mg·L-1，反硝化池中反硝化作用产生了碱度为5268.6mg·L-1，满足硝化过程所需要的碱度，促进了短程硝化。
　　4.厌氧-反硝化-硝化工艺系统中污染物降解的动力学研究结果表明:
　　1)硝化过程:由25℃升至33℃时，温度对氨氮的去除速率影响不大，最大去除速率rmax和饱和常数Ks分别仅为3％和2％;但温度提升对COD的去除速率有明显提升，其最大去除速率rmax提高了19％，而饱和常数KS则降低39％;
　　2)反硝化过程:25℃升高至33℃时，总氮最大去除速率rmax提高25％，饱和常数Ks则降低10％;因而，温度提升对总氮的去除速率有明显提高;但温度提升后对COD去除的抑制作用会明显增强;
　　3)厌氧过程:温度从25℃升高至33℃时，COD最大去除速率rmax提高了10％，饱和常数下降了32％，说明温度的提升对COD的去除速率有明显提高。
　　5.硝化反硝化工艺系统中污染物降解的动力学研究结果表明:
　　1)间歇流条件下:硝化阶段COD去除速率r为0.09(mg·L-1)·h-1，去除速率r较反硝化阶段的高12.5％，说明硝化阶段对COD的去除速率大于反硝化阶段;反硝化阶段对NH4+-N去除速率r为0.08(mg·L-1)·h-1，与硝化阶段的去除速率相等，说明反硝化阶段对NH4+-N也有一定的去除作用;硝化阶段对TN去除速率r为0.06(mg·L-1)·h-1，比反硝化阶段高50％，说明硝化阶段对TN的去除速率也较大。
　　2)连续流条件下:反硝化阶段COD去除速率常数k为0.0679(mg·L-1)-0.2·h-1，是硝化阶段速率常数的10.13倍，说明反硝化阶段COD浓度对其去除速率影响非常大;硝化阶段NH4+-N速率常数k为0.0731(mg·L-1)-0.35·h-1，与反硝化阶段NH4+-N速率常数k相差2％，说明两阶段浓度对NH4+-N去除速率常数k影响相差不大;硝化阶段TN速率常数k为0.0687(mg·L-1)-0.35·h-1，与反硝化阶段TN速率常数k仅相差3.6％，说明两阶段浓度对TN去除速率常数影响不大。
　　6.EGSB-A/O-MBR工艺系统中的厌氧污泥、反硝化污泥及硝化污泥的细菌群落结构特征研究结果表明:
　　1)厌氧污泥中细菌种类可达到25种之多，其中，Thauera sp.MZ1T占比最大，达到了22.6％，Thauera sp菌属具有芳香族有机化合物降解的功能，说明厌氧污泥中主要以降解有机物的菌群为主;
　　2)反硝化污泥中细菌种类可达到23种之多，其中，Thauera菌属占比最大，达到了65％，该菌属具有反硝化能力，说明反硝化污泥主要以反硝化菌为主;
　　3)硝化污泥中细菌种类可达21种之多，其中，Nitrosospira菌属占比最大，达到55％，其次是itrosomonas菌属，这两类菌群分别为亚硝化螺菌群与亚硝化单胞菌群，即氨氧化菌(AOB)，有利于短程硝化;同时，硝化污泥中还存在itrospina硝化刺菌属，即亚硝酸盐氧化菌(NOB)。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 垃圾处理技术

1．1．1 卫生填埋

1．1．2 焚烧

1．1．3 堆肥

1．2 垃圾渗滤液简介

1．2．1 垃圾渗滤液

1．2．2 垃圾渗滤液稳定化

1．2．3 渗滤液污染特性

1．3 垃圾渗滤液处理技术

1．3．1 物化法

1．3．2 生物法

1．3．3 土地-植物处理法

1．3．4 回灌法

1．4 垃圾渗滤液脱氮处理方法

1．4．1 物化法脱氮

1．4．2 新型生物脱氮技术

1．5 生物脱氮工艺

1．5．1 后置反硝化工艺

1．5．2 前置反硝化工艺

1．6 MBR工艺

1．6．1 MBR工艺的特点

1．6．2 MBR的类型

1．6．3 MBR工艺在垃圾渗滤液中的应用

1．7 垃圾渗滤液短程硝化反硝化脱氮的研究现状

1．8 课题研究的目的、意义及内容

第2章 生物脱氮工艺的比选

2．1 实验材料与方法

2．1．1 实验进水水质

2．1．2 接种污泥

2．1．3 实验装置

2．1．4 分析方法

2．1．5 反应器运行策略

2．2 结果与讨论

2．2．1 A／O与O／A工艺系统对COD的降解

2．2．2 A／O与O／A工艺系统对氨氮的降解

2．2．3 A／O与O／A工艺系统对总氮的降解

2．4 本章小结

第3章 低碳氮比渗滤液的短程硝化反硝化脱氮工艺研究

3．1 材料与方法

3．1．1 接种污泥

3．1．2 进水水质

3．1．3 实验装置

3．1．4 分析方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 污泥的培养与驯化

3．2．2 碳源对总氮去除效果的影响

3．2．3 碳源对氨氮去除效果的影响

3．2．4 DO对亚硝态氮积累效果的影响

3．2．5 pH值对短程硝化反硝化过程的影响

3．2．6 进水COD浓度对短程硝化反硝化过程的影响

3．3 本章小结

第4章 高浓度渗滤液的短程硝化反硝化脱氮工艺研究

4．1 材料与方法

4．1．1 活性污泥

4．1．2 进水水质

4．1．3 实验装置

4．1．4 反应器运行策略

4．1．5 分析方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 氨氮在A／O-MBR系统中的变化特征

4．2．2 COD在整个系统中的变化特征

4．2．3 总氮在A／O-MBR系统中的变化特征

4．2．4 亚硝态氮与硝态氮在A／O-MBR系统中的变化特征

4．2．5 碱度和pH在整个系统内的变化特征

4．3 本章小结

第5章 厌氧-反硝化-硝化工艺系统动力学研究

5．1 材料与方法

5．1．1 进水水质

5．1．2 反应装置及实验过程

5．1．3 分析方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 硝化过程中温度对氨氮去除速率的影响

5．2．2 反硝化过程中温度对总氮去除速率的影响

5．2．3 硝化过程中温度对COD去除速率的影响

5．2．4 反硝化过程中温度对COD去除速率的影响

5．2．5 厌氧过程中温度对COD去除速率的影响

5．3 本章小结

第6章 硝化反硝化系统动力学研究

6．1 材料与方法

6．1．1 进水水质

6．1．2 接种污泥

6．1．3 实验装置

6．1．4 反应器运行策略

6．1．5 分析方法

6．2 结果与讨论

6．2．1 生化阶段对COD去除速率的影响

6．2．2 生化阶段对NH4+-N去除速率的影响

6．2．3 生化阶段对TN去除速率的影响

6．2．4 连续流降解过程中COD的降解动力学

6．2．5 连续流降解过程中NH4+-N的降解动力学

6．2．6 连续流降解过程中TN的降解动力学

6．3 本章小结

第7章 短程硝化反硝化工艺系统中细菌群落结构特征研究

7．1 材料与方法

7．1．1 实验装置

7．1．2 微生物菌种的培养

7．1．3 分析方法

7．2 结果与讨论

7．2．1 厌氧污泥的细菌群落结构特征

7．2．2 反硝化污泥的细菌群落结构特征

7．2．3 硝化污泥的细菌群落结构特征

7．3 本章小结

第8章 结论与展望

8．1 研究结论

8．2 创新点

8．3 展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间的研究成果

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