基于颗粒污泥的单级自养脱氮系统构建及其脱氮效能研究.pdf

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1、博士学位论文基于颗粒污泥的单级自养脱氮系统构建及其脱氮效能研究THECONSTRUCTIONOFONE-STAGEDEAMMONIFICATIONSYSTEMWITHGRANULARSLUGEANDTHESTUDYOFITSNITROGENREMOVALPERFORMANCE王小龙哈尔滨工业大学2018年7月国内图书分类号：TU992.3学校代码：10213国际图书分类号：628.3密级：公开工学博士学位论文基于颗粒污泥的单级自养脱氮系统构建及其脱氮效能研究博士研究生：王小龙导师：高大文教授申请学位：工学博士学科：环境科学与工程所在单位：环境学院答辩日期：2018年7月授予学

2、位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU992.3U.D.C:628.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringTHECONSTRUCTIONOFONE-STAGEDEAMMONIFICATIONSYSTEMWITHGRANULARSLUGEANDTHESTUDYOFITSNITROGENREMOVALPERFORMANCECandidate：XiaolongWangSupervisor：Prof.DawenGaoAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpec

3、iality：EnvironmentalScience&EngineeringAffiliation：SchoolofEnvironmentDateofDefence：July,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要经济高效的单级自养脱氮是新型脱氮技术的代表之一，并已在侧流脱氮处理中实现工程应用，而如何将其应用于量大面广的生活污水的主流脱氮处理是现今的研究热点。其瓶颈问题之一是低进水氨氮浓度时单级自养脱氮系统中硝酸盐氮极易过量积累。特别指出，在主流自养脱氮研究领域，低氨氮特指生活污水范

4、围的氨氮浓度（约30-90mg/L）。此外，颗粒污泥是实现单极自养脱氮的理想污泥形态，但不易培养。基于此，本课题研究了单级自养脱氮颗粒污泥的稳定培养，考察了影响单级自养脱氮系统稳定运行的进水氨氮浓度阈值，并探索了硝酸盐过量积累的控制和恢复策略，以期为单级自养脱氮颗粒污泥系统应用于生活污水的脱氮处理提供理论和技术指导。单级自养脱氮系统的培养就是富集好氧氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（Anammox菌）这两类功能菌群，同时抑制硝化细菌（NOB）这类干扰菌群的过程。本文采用微曝气升流式流化床反应器（MicroaerobicUpflowFluidizedBed：MUFB），固定进水

5、氨氮浓度为280mg/L，基于曝气量调控、进水NO-2-N浓度调控、氮负荷调控，在100天内成功将厌氧氨氧化颗粒污泥培养为单级自养脱氮颗粒污泥，为匀质灰红色颗粒。基于单级自养脱氮系统的两个理论化学计量比可以评估其脱氮潜力：ΔTN/ΔNH++4代表TN（总氮）去除量与NH4-N去除量的比值，理论值为0.88；ΔNO-+-+3/ΔNH4代表NO3-N生成量与NH4-N去除量的比值，理论值为0.11。本文的这两个实际化学计量比值与理论值相近，表明反应器中单级自养脱氮过程占绝对优势。脱氮效能较高，氨氮去除率和TN去除率分别达到99%和88%，容积去除负荷（NRR）高达2.3gN/L/

6、d。从微生物群落结构来看，在培养前后，Brocadia、Nitrosomonaseuropaea、Nitrospira、Rhodocycales的丰度分别在Anammox菌、AOB、NOB、反硝化菌（DNB）中占优。NOB的活性和丰度在培养过程中都被有效抑制，其中基于低溶氧和高pH引起的高游离氨（FA-N）浓度是抑制NOB的关键因素。基于以上单级自养脱氮颗粒污泥系统，在无曝气条件下，通过逐级降低进水氨氮浓度（280、140、70mg/L）以探索脱氮效能恶化的进水氨氮浓度阈值（设定为ΔNO-+3/ΔNH4达到0.20时的进水氨氮浓度）。在高进水氨氮浓度（280mg/L和140m

7、g/L）时，反应器取得相似的较好的自养脱氮效果，氨氮去除率大于94%，TN去除率为83%，而且ΔTN/ΔNH+-+4和ΔNO3/ΔNH4分别为0.87和0.11，系统中自养脱氮过程占绝对优势地位；而在低进水氨氮浓度（70mg/L）时，硝酸盐-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文过量积累，自养脱氮系统出现恶化，氨氮去除率降至91%，TN去除率降至71%，ΔNO-+3/ΔNH4上升至0.20，最终NRR为0.44gN/L/d。随着进水氨氮浓度的下降并达到时阈值，自养脱氮功能菌Brocadia-Anammox菌