發(fā)布時(shí)間：2020-05-25 20:09

【摘要】：環(huán)境污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化問題的尖銳化迫使越來越多的國(guó)家和地區(qū)制定嚴(yán)格的總氮排放標(biāo)準(zhǔn),污水脫氮技術(shù)成為污水處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn),生物脫氮是目前最經(jīng)濟(jì)和有效的方法。大部分污水處理廠出水總氮普遍難以達(dá)標(biāo)排放,基于進(jìn)水水質(zhì)水量不穩(wěn)定、提高回流比造成水力負(fù)荷增大、降低反應(yīng)動(dòng)力學(xué)且耗能、投加有機(jī)碳源帶來二次污染以及高污泥產(chǎn)率等問題,急需尋求一種節(jié)能降耗、操作簡(jiǎn)單的深度脫氮方法。針對(duì)低C/N值的二級(jí)生物出水,外加有機(jī)碳源(如甲醇、乙酸等)來完成異養(yǎng)反硝化,其操作難度大、運(yùn)營(yíng)成本高,還會(huì)有亞硝酸鹽累積和有機(jī)物溢出的風(fēng)險(xiǎn)。自養(yǎng)反硝化,因其可利用無機(jī)化合物(如S、S~(2-)、Fe、Fe~(2+)、FeS_2、H_2等)作為反硝化電子供體,具有污泥產(chǎn)率低、二次污染少等優(yōu)點(diǎn),目前得到越來越多的關(guān)注。基于以上考慮,本研究主要利用含硫工業(yè)廢水預(yù)處理產(chǎn)生的含硫鐵化學(xué)污泥(簡(jiǎn)稱“硫鐵泥”)作為固相電子供體進(jìn)行自養(yǎng)反硝化深度脫氮,研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:(1)通過批次實(shí)驗(yàn),考察硫鐵泥的化學(xué)氧化特性,及硫鐵泥投加量、污泥濃度、HRT及各種理化因素(pH、溫度、NH_4~+-N濃度、HCO_3~-濃度、PO_4~(3-)-P濃度等)對(duì)硫鐵泥自養(yǎng)反硝化性能影響。在硫鐵泥自養(yǎng)反硝化過程中,當(dāng)進(jìn)水NO_3~--N濃度為75 mg/L時(shí),硫鐵泥的最佳投加量為0.56 g/L,最適污泥濃度約為4000 mg/L;當(dāng)HRT為8 h時(shí),NO_3~--N、TON去除率分別為88.50%、45.09%,NO_2~--N累積率達(dá)到最大值為46.85%,反應(yīng)至第18 h,NO_3~--N和TON去除率大于90%;該體系最適溫度范圍為25~35°C,在pH 6~9范圍內(nèi)對(duì)NO_3~--N均有較高的還原效率;NH_4~+-N、Mg~(2+)、HCO_3~-和PO_4~(3-)-P的限制濃度分別為2.0、0.4、40和0.2 mg/L,當(dāng)PO_4~(3-)-P濃度50 mg/L時(shí),磷去除率高達(dá)99%。高濃度NO_3~--N對(duì)硝酸鹽還原速率沒有影響,但當(dāng)NO_2~--N濃度大于200 mg/L時(shí),會(huì)抑制硫自養(yǎng)反硝化菌活性。(2)在優(yōu)化試驗(yàn)操作條件基礎(chǔ)上建立了連續(xù)流的集成垂直上流式生物懸浮床反應(yīng)器,考察硫鐵泥自養(yǎng)反硝化(簡(jiǎn)稱“ISAD”)體系長(zhǎng)期運(yùn)行的脫氮特性。ISAD體系運(yùn)行時(shí)間超過90 d,進(jìn)水pH 7.0~8.0,反應(yīng)溫度20~30°C,當(dāng)進(jìn)水NO_3~--N、NO_2~--N濃度分別是74.54 mg/L、1.11 mg/L,水力停留時(shí)間為18 h時(shí),氮負(fù)荷達(dá)到4.20 mg/(L·h),對(duì)應(yīng)出水濃度分別降低至2.78 mg/L、2.87 mg/L,TON去除率高達(dá)93.36%,NO_3~--N還原速率、NO_2~--N還原和累積速率分別為12.06 mmol(L/d)、3.70 mmol(L/d)、7.74 mmol(L/d),表現(xiàn)出高效的特征。當(dāng)HRT為12 h,會(huì)造成出水亞硝酸鹽累積,累積率為34.05%。硫鐵泥中的固相硫化物經(jīng)微生物氧化轉(zhuǎn)化為溶解性的硫酸鹽,同時(shí)釋放電子還原硝酸根,有扁平狀和針狀次生礦物晶體形成。微生物群落結(jié)構(gòu)分析表明,含硫鐵化學(xué)污泥自養(yǎng)反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)菌種為Proteobacteria,反應(yīng)器中存在起主要反硝化作用的Thiobacillus。(3)系統(tǒng)比較了硫鐵泥和黃鐵礦作為自養(yǎng)反硝化的電子供體應(yīng)用于缺乏有機(jī)質(zhì)的廢水深度脫氮的穩(wěn)定性和差異性。硫鐵泥和黃鐵礦自養(yǎng)反硝化過程中NO_3~--N還原速率為8.51 mg/(L·h)vs 3.80 mg/(L·h),NO_2~--N還原速率為2.67 mg/(L·h)vs 1.59 mg/(L·h),NO_2~--N累積速率為4.60 mg/(L·h)vs 2.09 mg/(L·h)。ISAD體系和黃鐵礦自養(yǎng)反硝化(簡(jiǎn)稱“PAD”)體系UASB反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行超過90 d,進(jìn)水NO_3~--N濃度為70~80 mg/L,當(dāng)HRT為18 h,ISAD體系的NO_3~--N和TON去除率分別為96.30%、91.51%;而PAD體系逐漸失去還原硝酸根能力,在第40 d NO_3~--N、TON去除率僅為13.73%和13.90%。ISAD體系污泥經(jīng)微生物腐蝕有扁平狀和針狀次生礦物形成,其硫元素占比從15.14%降至1.93%,而PAD體系污泥和元素組成未發(fā)生明顯變化。ISAD和PAD體系的主要優(yōu)勢(shì)菌屬均為Thiobacillus,但兩個(gè)反應(yīng)器在長(zhǎng)期運(yùn)行中逐漸形成了不同的微生物群落結(jié)構(gòu)。硫鐵泥和黃鐵礦自養(yǎng)反硝化在微生物作用下還原廢水硝酸鹽氮是可行的,反應(yīng)中會(huì)出現(xiàn)亞硝酸鹽累積現(xiàn)象。硫鐵泥相比黃鐵礦,具有較大比表面積、表面疏松多孔、化學(xué)活性高、無固定晶型等特點(diǎn),在廢水深度脫氮方面表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)�；�于ISAD體系穩(wěn)定高效的氮去除率、穩(wěn)定的出水pH值和較低的硫酸鹽產(chǎn)率,其在實(shí)際工程應(yīng)用中表現(xiàn)出潛力。因此,含硫廢水預(yù)處理產(chǎn)生的化學(xué)硫鐵泥作為反硝化電子供體深度脫氮可以達(dá)到以廢治廢的雙贏效果,在實(shí)現(xiàn)此類化學(xué)污泥資源化利用的同時(shí),不需要外加碳源、減少固廢的處置量,在實(shí)際工程應(yīng)用中表現(xiàn)出綜合的環(huán)境效應(yīng)。
【圖文】：

圖 1.1 氮素的地球化學(xué)循環(huán)（BNF：生物固氮）ig. 1.1 The geochemical cycle of nitrogen (BNF: biological nitrog脫氮的需求與技術(shù)生利用的需求嚴(yán)重缺水的國(guó)家，淡水資源不到世界人均水量的 1/4。據(jù) 多座城市缺水，，2/3 的城市存在供水不足，大部分城市據(jù)環(huán)保部《2016 年中國(guó)環(huán)境公報(bào)》公布的我國(guó)水質(zhì)監(jiān)

技術(shù)路線圖
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2680684