固體碳源反硝化生物膜反應(yīng)器的脫氮性能研究.pdf

1、根據(jù)住建部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2015年年末，我國的城鎮(zhèn)污水處理率已達(dá)到91％，但水體的富營養(yǎng)化問題依然嚴(yán)重。面對改善環(huán)境質(zhì)量的壓力，污水廠的提標(biāo)改造已迫在眉睫、大勢所趨。在提標(biāo)過程中，總磷TP和總氮TN的提標(biāo)備受關(guān)注。相對而言，總磷的提標(biāo)可以通過強(qiáng)化化學(xué)除磷和高效沉淀分離予以實(shí)現(xiàn)，而總氮?jiǎng)t只能通過生物作用。由于影響生物脫氮效果的因素眾多，致使TN成為了提標(biāo)改造的難點(diǎn)，這種困難在低碳源污水處理系統(tǒng)中尤為突出。目前，投加甲醇、葡萄糖、醋酸等碳源已成

2、為低碳源污水處理廠的必備措施。但是，大量運(yùn)行實(shí)踐表明，受分子擴(kuò)散稀釋作用的影響，這些外加碳源的利用率低。在這種情況下，利用緩釋性固體碳源作為生物載體的固體碳源反硝化技術(shù)則成為了新的研究熱點(diǎn)。論文在課題組前期研究基礎(chǔ)上，對聚己內(nèi)酯（PCL）固體碳源進(jìn)行了共混改性，制備了板塊狀固體碳源材料，并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建豎直折流式反硝化反應(yīng)器（Vertical fold streaming denitrification reactor，VFSDR），

3、以生化池尾水為研究對象，按照提標(biāo)改造目的，重點(diǎn)研究了HRT、硝酸鹽負(fù)荷、溫度對豎直折流式反硝化反應(yīng)器（VFSDR）脫氮效果的影響，并探究了反應(yīng)器中的微生物群落組成及碳耗分析。主要的研究結(jié)論如下：
　?、賹崴苄缘矸?、聚己內(nèi)酯（PCL）等共混、壓片、裁剪制得板塊狀改性固體碳源材料，用清水釋碳試驗(yàn)研究材料的水溶特性，發(fā)現(xiàn)改性固體碳源材料的釋碳能力高于聚己內(nèi)酯，且釋碳速率穩(wěn)定；用SEM觀察板塊狀改性固體碳源材料被微生物利用前后材料的表面

4、形態(tài)，發(fā)現(xiàn)材料被微生物作用后表面出現(xiàn)很多凹槽和孔洞，證實(shí)了微生物對材料的降解和利用；對材料進(jìn)行FTIR表征，發(fā)現(xiàn)改性固體碳源材料中淀粉得到了較好的保留，共混的過程中PCL和熱塑性淀粉有相互作用。
　　②豎直折流式反硝化反應(yīng)器啟動(dòng)需要8d，穩(wěn)定運(yùn)行后出水總氮在1.14～3.56mg/L之間，不會(huì)引起出水COD超標(biāo)；用蠕動(dòng)泵調(diào)節(jié)反應(yīng)器進(jìn)水HRT，發(fā)現(xiàn)隨著HRT的減小，出水COD逐漸降低，反硝化速率逐漸降低，總氮去除率逐漸降低，當(dāng)溫度在

5、27℃～29℃之間，去除5mg/L的總氮所需的HRT為0.5h，去除10mg/L的總氮所需的HRT為1h；改變進(jìn)水硝酸鹽的濃度發(fā)現(xiàn)，其在20～40mg/L范圍內(nèi)變化時(shí)，進(jìn)水硝酸鹽濃度越高，出水的總氮濃度越高，反硝化速率越大，當(dāng)進(jìn)水硝態(tài)氮濃度在40mg/L左右時(shí)，最高反硝化速率可達(dá)13.63mgN/(L·d)，將反硝化速率與進(jìn)水硝酸鹽濃度進(jìn)行擬合后發(fā)現(xiàn)二者在顯著的線性相關(guān)關(guān)系（R2=0.9822）；溫度越低，出水硝態(tài)氮的濃度越高，脫氮效果

6、越差，出水COD濃度越低，反硝化速率越低，當(dāng)HRT為2h時(shí)，去除5mg/L的總氮對應(yīng)的溫度為15℃以上，去除10mg/L的總氮對應(yīng)的溫度為20℃以上。如要使反應(yīng)器在更低溫度、更小HRT條件下實(shí)現(xiàn)總氮的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，可通過增加反應(yīng)器內(nèi)固體碳源板塊的密度來實(shí)現(xiàn)。
　?、蹫榱搜芯糠磻?yīng)器中的微生物群落組成，在三個(gè)腔室中各取三個(gè)點(diǎn)做高通量測序發(fā)現(xiàn)，生物膜中群落結(jié)構(gòu)豐富，包括unclassified_f_Comamonadaceae、Acid

7、ovorax等降解菌，厭氧擬桿菌如Flavobacterium等發(fā)酵酸化菌，以及Hydrogenophaga、Denitratisoma、Bacillus等反硝化細(xì)菌，實(shí)現(xiàn)固體碳源材料從降解到發(fā)酵酸化再到反硝化脫氮的過程。
　?、茉跍y試的10d內(nèi)改性固體碳源材料的碳耗為2017.12mg/d（以COD計(jì)），材料在微生物作用下碳的溶出量為1863.06mg/d（以COD計(jì)），占理論碳耗的92.4%，說明改性固體碳源材料有機(jī)物溶出主要