医药化工废水同步硝化反硝化的影响研究及工程应用

论文摘要

本试验对医药化工废水的同步硝化反硝化（SND）生物脱氮脱碳进行了系统研究。采用实验室序批式反应器（SBR）小试试验和工程化应用试验,分别研究了溶解氧（DO）、pH对SND碳氮去除的影响和SND在实际工程运行中COD、氨氮、总氮去除效果;同时对污泥各项指标变化进行研究,为SND工程化应用提供了数据参考和拓展方向。最后提出了今后SND的研究方向,如SND反应机理和动力学研究、好氧反硝化菌的筛选和驯化、同步硝化反硝化和短程硝化反硝化及反硝化除磷技术相结合等。本文主要研究结果如下:（1）实验室小试阶段利用SBR反应器,SND最佳DO浓度应控制在1～2 mg/L,最佳曝气时间控制在8h。在此条件下,COD去除率达76%～78%、氨氮去除率达78%、总氮去除率高达74%～77%。不同DO条件下污泥氨氧化菌的数量有所差异,DO:0.5mg/L条件下的氨氧化菌数量仅为9.533×102个,而DO:1,2,4 mg/L条件下都达到104,这和氨氮去除率情况吻合。（2）控制DO:1 mg/L下SND最佳进水pH为7～7.5,此时的COD去除率达80%以上,氨氮去除率高达80%～82%,总氮去除率高达74%～78%。pH过低或过高都会影响碳氮的去除。在单个反应周期中,pH变化范围在7.49～7.15,没有明显的pH先下降后上升现象;NO3--N、NO2--N浓度在反应中没有明显积累过程,最终出水浓度分别为2.21 mg/L和1.87 mg/L。DGGE图谱表明,pH对污泥氨氧化菌群落结构和丰富度有较大影响,pH 7.5时的种群多样性最高,而pH 6.5最低。氨氧化菌种类差异是造成高pH下维持较高氨氮去除率的原因,而非氨氮吹脱去除。pH对SND过程反硝化菌的影响是今后值得研究的方向之一。（3）在实际工程应用中,控制曝气强度DO:1～2 mg/L,进水pH7～7.5时,水温在28～32℃下的COD、氨氮、总氮去除率分别高达78.8%、78.4%和74.5%,工程应用中的SND碳、氮去除效果比较理想。同时SND脱氮脱碳过程所需曝气量和酸碱投加量较传统生物脱氮有明显减少,降低了处理成本,其工程应用有广阔的前景。（4）研究结果表明水温和盐离子浓度过高对SND的碳氮去除有负面影响。在试验后期水温高达40～42℃,SO42-浓度:8512 mg/L、Cl-浓度:8031 mg/L下的COD、NH4+-N、TN平均去除率分别只有66.9%、56.8%、44.9%。DGGE图谱表明:在多种影响因素的作用下,虽然出现适应环境变化的氨氧化菌菌种,但总体上氨氧化菌种类和数量都有减少。氨氧化菌种群多样性降低导致SND的氨氮、总氮去除率变差。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 氮素污染现状
• 1.1.1 水体中氮的存在形式和来源
• 1.1.2 氮对水体的危害
• 1.2 废水脱氮的方法
• 1.2.1 物化脱氮
• 1.2.2 生物脱氮
• 1.3 生物脱氮技术的发展
• 1.3.1 短程硝化反硝化
• 1.3.2 厌氧氨氧化技术
• 1.3.3 电极-生物膜反应器
• 1.4 同步硝化反硝化工艺
• 1.4.1 同步硝化反硝化的机理
• 1.4.2 影响同步硝化反硝化的关键参数
• 1.4.3 同步硝化反硝化的研究现状
• 1.5 现有生物脱氮工艺需要解决的问题
• 1.6 研究目的及意义
• 第二章 试验方法与污泥驯化
• 2.1 试验材料和方法
• 2.1.1 检测方法和器材
• 2.1.2 试验进水
• 2.1.3 试验接种污泥
• 2.1.4 试验装置
• 2.2 接种污泥的培养
• 2.2.1 驯化方法
• 2.2.2 驯化结果
• 2.3 本章小结
• 第三章 DO对同步硝化反硝化的影响研究
• 3.1 试验材料与方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 试验方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 曝气强度对 SND氨氮、总氮去除的影响
• 3.2.2 曝气时间对 SND碳氮去除的影响
• 3.2.3 在 SND过程中 DO对 COD去除的影响
• 3.2.4 各 DO条件下污泥中氨氧化菌的数量
• 3.3 本章小结
• 第四章 pH对同步硝化反硝化的影响研究
• 4.1 试验材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验方法
• 4.1.3 污泥 DNA的提取
• 4.1.4 PCR扩增体系和条件
• 4.1.5 变性梯度凝胶电泳（DGGE）
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 pH对C、N去除率的影响
• 4.2.2 高pH下的 SND硝化过程对照试验
• 4.2.3 单个反应周期内pH和水质指标的变化
• 4.2.4 PCR-DGGE指纹图谱分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 同步硝化反硝化的工程应用研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验进水
• 5.1.2 试验设备
• 5.1.3 试验方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 工程应用中 SND碳氮去除情况
• 5.2.2 影响 SND碳氮去除的因素和解决方法
• 5.2.3 PCR-DGGE指纹图谱分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录: 攻读学位期间发表及录用的论文