论文部分内容阅读
近年来，氮、磷等污染物超标排放已经产生了许多严重的影响。即便我国加大了对水污染的管控力度，但污染问题依然严重。根据我国国情，开发一种能耗低，效率高的新型污水处理工艺具意义重大。因为传统的生物脱氮工艺流程长、投资成本高，现今国内外研究人员陆续开发了多种新型脱氮工艺，其中同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Denitrification，SND)具有投加碳源少、占地面积小等优势，具有广阔的发展前景。
本课题采用新型的非曝气折流式同步硝化反硝化的废水处理系统，以模拟氨氮废水为研究对象进行实验研究。反应器的创新点在于，运行过程中无需曝气，特殊的结构也避免了繁琐的反冲洗过程。实验过程分为两个阶段:硝化研究阶段、同步硝化反硝化阶段。
在硝化阶段，人工模拟的氨氮废水被用于污泥驯化和BFNAF反应器的启动。在进水NH4+-N浓度为30mg/L，水力停留时间（Hydraulic Retention Time，HRT）为12h，温度为25℃的条件下启动，经过60天的连续运行，BFNAF反应器的NH4+-N去除率为91.68％，硝化阶段启动成功。在实验过程中通过改变系统HRT和进水NH4+-N浓度等条件，分别探究氨氮浓度、硝氮浓度、去除率等指标的变化。实验过程中发现，当NH4+-N浓度为30mg/L时，若将HRT缩短至4h，与HRT为12h的时候相比去除率会下降30.93％;在相同容积负荷的条件下，当进水浓度从30mg/L提高到60mg/L时，去除率会下降16.13％。
在硝化阶段成功启动的基础上，进行单因素响应实验。当HRT为12h，进水NH4+-N浓度为45mg/L时，NH4+-N去除率为83.99％，去除负荷为0.076kg NH4+-N/m3·d。已证明该反应器可在此阶段有效地从废水中除去氨氮。根据CCD实验原理对反应器运行参数进行优化，得到了反应器最佳运行参数为HRT为5.83h，进水NH4+-N浓度为44mg/L时，NH4+-N去除率为71.77％，NH4+-N去除负荷为0.133kg NH4+-N/m3·d。
在同步硝化反硝化研究阶段，依然采取人工模拟废水对BFNAF反应器进行启动，当进水化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)为120mg/L，NH4+-N浓度为30mg/L，HRT为12h，连续运行40天后NH4+-N去除率为92.83％，COD去除率为76.06％，总氮(Total Nitrogen，TN)去除率不断上升，反应器成功启动可以稳定运行。在实验过程中通过改变系统HRT、进水NH4+-N浓度和进水COD浓度等条件，分别探究氨氮、TN、COD、去除率等指标的变化。发现，进水碳氮比(Carbon-nitrogen ratio，C/N)对SND过程具有较大影响，当C/N偏大时，硝化反应速率下降，反硝化反应速率上升，反之则相反。
在同步硝化反硝化阶段反应器成功启动的基础上，对系统进行单因素影响实验。当进水NH4+-N浓度为30mg/L，HRT为12h，C/N为7∶1，pH为7.5左右时，BFNAF反应器的NH4+-N去除率为75.08％，COD去除率为76.82％，TN去除率为66.08％，证明BFNAF废水处理系统能够有效地通过SND反应过程进行废水脱氮。根据BBD实验原理对反应器运行参数进行优化，得到了反应器最佳运行参数为BFNAF反应器的HRT为10.47h、pH为7.6、C/N为5.91∶1时，反应系统COD去除率为79.32％，NH4+-N去除率为81.99％，TN的去除率为62.27％。
采用高通量测序技术分析污泥在不同阶段和位置情况下的细菌结构，探讨BFNAF反应器中微生物群落的组成和结构变化。研究表明，在硝化反应阶段主要含有变形杆菌，放线菌等，在同步硝化反硝化阶段主要含有变形杆菌，拟杆菌，厚壁菌等。实验同时发现，反应器下层微生物菌群与上层和中层存在明显差异，分析认为是由于反应器运行过程中不断消耗废水中COD所导致，证明水中成分的差异会导致细菌的群落结构发生改变。
本课题采用新型的非曝气折流式同步硝化反硝化的废水处理系统，以模拟氨氮废水为研究对象进行实验研究。反应器的创新点在于，运行过程中无需曝气，特殊的结构也避免了繁琐的反冲洗过程。实验过程分为两个阶段:硝化研究阶段、同步硝化反硝化阶段。
在硝化阶段，人工模拟的氨氮废水被用于污泥驯化和BFNAF反应器的启动。在进水NH4+-N浓度为30mg/L，水力停留时间（Hydraulic Retention Time，HRT）为12h，温度为25℃的条件下启动，经过60天的连续运行，BFNAF反应器的NH4+-N去除率为91.68％，硝化阶段启动成功。在实验过程中通过改变系统HRT和进水NH4+-N浓度等条件，分别探究氨氮浓度、硝氮浓度、去除率等指标的变化。实验过程中发现，当NH4+-N浓度为30mg/L时，若将HRT缩短至4h，与HRT为12h的时候相比去除率会下降30.93％;在相同容积负荷的条件下，当进水浓度从30mg/L提高到60mg/L时，去除率会下降16.13％。
在硝化阶段成功启动的基础上，进行单因素响应实验。当HRT为12h，进水NH4+-N浓度为45mg/L时，NH4+-N去除率为83.99％，去除负荷为0.076kg NH4+-N/m3·d。已证明该反应器可在此阶段有效地从废水中除去氨氮。根据CCD实验原理对反应器运行参数进行优化，得到了反应器最佳运行参数为HRT为5.83h，进水NH4+-N浓度为44mg/L时，NH4+-N去除率为71.77％，NH4+-N去除负荷为0.133kg NH4+-N/m3·d。
在同步硝化反硝化研究阶段，依然采取人工模拟废水对BFNAF反应器进行启动，当进水化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)为120mg/L，NH4+-N浓度为30mg/L，HRT为12h，连续运行40天后NH4+-N去除率为92.83％，COD去除率为76.06％，总氮(Total Nitrogen，TN)去除率不断上升，反应器成功启动可以稳定运行。在实验过程中通过改变系统HRT、进水NH4+-N浓度和进水COD浓度等条件，分别探究氨氮、TN、COD、去除率等指标的变化。发现，进水碳氮比(Carbon-nitrogen ratio，C/N)对SND过程具有较大影响，当C/N偏大时，硝化反应速率下降，反硝化反应速率上升，反之则相反。
在同步硝化反硝化阶段反应器成功启动的基础上，对系统进行单因素影响实验。当进水NH4+-N浓度为30mg/L，HRT为12h，C/N为7∶1，pH为7.5左右时，BFNAF反应器的NH4+-N去除率为75.08％，COD去除率为76.82％，TN去除率为66.08％，证明BFNAF废水处理系统能够有效地通过SND反应过程进行废水脱氮。根据BBD实验原理对反应器运行参数进行优化，得到了反应器最佳运行参数为BFNAF反应器的HRT为10.47h、pH为7.6、C/N为5.91∶1时，反应系统COD去除率为79.32％，NH4+-N去除率为81.99％，TN的去除率为62.27％。
采用高通量测序技术分析污泥在不同阶段和位置情况下的细菌结构，探讨BFNAF反应器中微生物群落的组成和结构变化。研究表明，在硝化反应阶段主要含有变形杆菌，放线菌等，在同步硝化反硝化阶段主要含有变形杆菌，拟杆菌，厚壁菌等。实验同时发现，反应器下层微生物菌群与上层和中层存在明显差异，分析认为是由于反应器运行过程中不断消耗废水中COD所导致，证明水中成分的差异会导致细菌的群落结构发生改变。