干清粪养猪废水新型微氧处理系统的启动与脱氮机制

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1、硕士学位论文干清粪养猪废水新型微氧处理系统的启动与脱氮机制STARTUPANDDENITRIFICATIONMECHANISMOFANOVELMICROAEROBICPROCESSTREATINGMANURE-FREEPIGGERYWASTEWATER孙振举哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：X703.1学校代码：10213国际图书分类号：628.2密级：公开工学硕士学位论文干清粪养猪废水新型微氧处理系统的启动与脱氮机制硕士研究生：孙振举导师：李建政教授申请学位：工学硕士学科：环境科学与工程所在单位：环境学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学

2、ClassifiedIndex:X703.1U.D.C:628.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTARTUPANDDENITRIFICATIONMECHANISMOFANOVELMICROAEROBICPROCESSTREATINGMANURE-FREEPIGGERYWASTEWATERCandidate：SunZhenjuSupervisor：Prof.LiJianzhengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Environmental

3、ScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofEnvironmentDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要干清粪养猪废水是典型的高氨氮低碳氮比（C/N比）废水，采用常规硝化-反硝化工艺对其进行处理，不仅脱氮效果差，而且处理成本高。基于微氧生物处理的技术思想，在前期研究中成功开发了升流式微氧污泥床反应器（UMSR）和升流式微氧生物膜反应器（UMBR），可实现干清粪养猪废水的碳氮同步

4、高效去除。由于采用了出水曝气并回流的方式维持系统内的微氧环境，UMSR和UMBR均要求较高的出水回流率和曝气量，使其废水处理不够经济。为解决这一问题，本文研制了内曝气升流式微氧反应器（IAMR），无须出水回流并通过直接曝气供氧的方式维持系统内的微氧环境。为探究该反应器处理干清粪养猪废水的可行性，本文采用分阶段调控进水氨氮（NH+4-N）浓度的方法对IAMR进行了启动运行，考察启动过程中系统对碳氮去除效能的变化规律以及生物脱氮机制。以市政污水处理厂的二沉池活性污泥为接种物，IAMR在水力停留时间（HRT）8h、运行温度为32℃和溶解氧（DO）为0.4mg·L-1的条件下

5、进行启动。通过阶段性调控，IAMR在运行124d后达到了稳定运行状态。在处理原水的稳定运行期，IAMR进水的化学需氧量（COD）、NH+4-N和总氮（TN）浓度分别在214.7-324.4、193.3-234.8和310.6-388.8mg·L-1范围内波动，平均出水浓度分别为57.3、13.1和59.1mg·L-1，平均去除率分别达到了77.60%、94.67%和82.98%。活性污泥的高通量测序分析结果表明，IAMR在成功启动并达到最终稳定运行后，反硝化细菌属Brachymonas、Aquimonas和Ottowia为优势菌属，相对丰度占19.6%；同时还富含厌氧

6、氨氧化菌属（ANAMMOX）CandidatusKuenenia，其相对丰度为0.63%。说明IAMR系统中可能存在多种生物脱氮途径。通过分析IAMR进出水COD、TN、凯氏氮（TKN）和NO-3-N变化量之间的比值（分别记为ΔCOD/∆TN、∆TN/∆TKN和∆NO-3-N/∆TKN），发现在为期140d的启动运行中，IAMR系统的主要脱氮途径从全程硝化反硝化逐渐过渡到了短程硝化反硝化，并最终形成了以ANAMMOX为主的脱氮机制。通过静态实验探究ANAMMOX菌群和反硝化菌群活性及动力学参数。结果表明，IAMR系统的NH+---4-N氧化只进行到了NO2-N阶段，而

7、由NO2-N氧化为NO3-N的阶段可忽略不计；受限于碳源的不足，短程反硝化途径对TN去除的贡献率最大不超过20.2%，即通过ANAMMOX途径去除的TN高达79.8%以上。关键词：养猪废水；微氧系统；污染物去除；脱氮机制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractManure-freepiggerywastewaterisakindofhighammoniumandlowchemicaloxygendemandtototalnitrogenratio(C/Nratio)wastewater.Theconventionalnitrificati