發(fā)布時間：2020-05-25 20:09

【摘要】：環(huán)境污染和水體富營養(yǎng)化問題的尖銳化迫使越來越多的國家和地區(qū)制定嚴格的總氮排放標準,污水脫氮技術成為污水處理領域的熱點和難點,生物脫氮是目前最經濟和有效的方法。大部分污水處理廠出水總氮普遍難以達標排放,基于進水水質水量不穩(wěn)定、提高回流比造成水力負荷增大、降低反應動力學且耗能、投加有機碳源帶來二次污染以及高污泥產率等問題,急需尋求一種節(jié)能降耗、操作簡單的深度脫氮方法。針對低C/N值的二級生物出水,外加有機碳源(如甲醇、乙酸等)來完成異養(yǎng)反硝化,其操作難度大、運營成本高,還會有亞硝酸鹽累積和有機物溢出的風險。自養(yǎng)反硝化,因其可利用無機化合物(如S、S~(2-)、Fe、Fe~(2+)、FeS_2、H_2等)作為反硝化電子供體,具有污泥產率低、二次污染少等優(yōu)點,目前得到越來越多的關注�；�于以上考慮,本研究主要利用含硫工業(yè)廢水預處理產生的含硫鐵化學污泥(簡稱“硫鐵泥”)作為固相電子供體進行自養(yǎng)反硝化深度脫氮,研究內容和結果如下:(1)通過批次實驗,考察硫鐵泥的化學氧化特性,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,當進水NO_3~--N濃度為75 mg/L時,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HRT為8 h時,NO_3~--N、TON去除率分別為88.50%、45.09%,NO_2~--N累積率達到最大值為46.85%,反應至第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范圍內對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PO_4~(3-)-P濃度50 mg/L時,磷去除率高達99%。高濃度NO_3~--N對硝酸鹽還原速率沒有影響,但當NO_2~--N濃度大于200 mg/L時,會抑制硫自養(yǎng)反硝化菌活性。(2)在優(yōu)化試驗操作條件基礎上建立了連續(xù)流的集成垂直上流式生物懸浮床反應器,考察硫鐵泥自養(yǎng)反硝化(簡稱“ISAD”)體系長期運行的脫氮特性。ISAD體系運行時間超過90 d,進水pH 7.0~8.0,反應溫度20~30°C,當進水NO_3~--N、NO_2~--N濃度分別是74.54 mg/L、1.11 mg/L,水力停留時間為18 h時,氮負荷達到4.20 mg/(L·h),對應出水濃度分別降低至2.78 mg/L、2.87 mg/L,TON去除率高達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HRT為12 h,會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微生物氧化轉化為溶解性的硫酸鹽,同時釋放電子還原硝酸根,有扁平狀和針狀次生礦物晶體形成。微生物群落結構分析表明,含硫鐵化學污泥自養(yǎng)反應器的優(yōu)勢菌種為Proteobacteria,反應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用于缺乏有機質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(簡稱“PAD”)體系UASB反應器連續(xù)運行超過90 d,進水NO_3~--N濃度為70~80 mg/L,當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)勢菌屬均為Thiobacillus,但兩個反應器在長期運行中逐漸形成了不同的微生物群落結構。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,反應中會出現(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、化學活性高、無固定晶型等特點,在廢水深度脫氮方面表現(xiàn)出優(yōu)勢�；�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率,其在實際工程應用中表現(xiàn)出潛力。因此,含硫廢水預處理產生的化學硫鐵泥作為反硝化電子供體深度脫氮可以達到以廢治廢的雙贏效果,在實現(xiàn)此類化學污泥資源化利用的同時,不需要外加碳源、減少固廢的處置量,在實際工程應用中表現(xiàn)出綜合的環(huán)境效應。
【圖文】：

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

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【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2680684