含盐废水短程反硝化+厌氧氨氧化(PD+Anammox)组合工艺深度脱氮性能研究
作者单位:青岛大学
学位级别:硕士
导师姓名:于德爽;王晓霞
授予年度:2020年
学科分类:083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程(可授工学、理学、农学学位)] 08[工学]
主 题:低C/N城市污水 含盐硝酸盐废水 短程反硝化+厌氧氨氧化 污泥源 脱氮除碳
摘 要:本论文在高含盐(1.25 wt%)废水条件下,主要探究了短程反硝化(partial denitrification,PD)+厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,Anammox)组合工艺同时处理低C/N(ratio of chemical oxygen demand to total nitrogen,COD/TN)城市污水和硝酸盐(NO3-N)废水氮污染物和有机物的同步去除的可行性,并对PD系统的启动及优化运行特性,碳、氮去除特性,菌群结构和PD+Anammox组合工艺的脱氮除碳机制等方面进行了深入研究。本论文的主要内容和研究成果如下:(1)PD系统的启动与短程反硝化特性对比研究为探究乙酸钠作为碳源时,不同污泥源外源短程反硝化过程中亚硝酸盐积累特性,采用1号和2号SBR(sequencing batch reactor)分别接种某污水处理厂二沉池和同步硝化反硝化除磷系统剩余污泥,通过合理控制初始硝酸盐浓度和缺氧时间,实现了短程反硝化的启动,并考察了其在不同初始COD和NO3-N浓度条件下的碳、氮去除特性。试验结果表明:以乙酸钠为碳源,1号和2号SBR可分别在21 d和20 d实现短程反硝化的成功启动,且其NO2-N积累量和亚硝酸盐积累率(NAR)均维持在较高水平,分别为12.61 mg/L、79.76%和13.85 mg/L、87.60%。当2号SBR初始NO-N浓度为20 mg/L,且初始COD浓度由60 mg/L升高至140 mg/L时,系统实现最高NO2-N积累时间可由160 min逐渐缩短至6 min,同时NO3-N比反硝化速率(以VSS计)由3.84 mg/(g·h)增加至7.35 mg/(g·h),初始COD浓度的提高有利于实现短程反硝化过程NO2-N积累。2号SBR初始COD浓度为100 mg/L,当初始NO3-N浓度由20 mg/L增加至30 mg/L时,系统NAR均维持在90%以上,最高可达100%(NO-N初始浓度为25 mg/L);当初始NO-N浓度≥35 mg/L时,系统COD不足导致NO3-N不能被完全还原为NO2-N。此外,在不同初始COD浓度(80、100、120 mg/L)和NO-N浓度(20、25、30、40 mg/L)条件下,2号SBR的脱氮除碳和短程反硝化性能均优于1号SBR。(2)PD-SBR的长期优化运行特性为探究投加低C/N城市污水与NaCl对PD-SBR系统长期运行特性的影响,通过向PD-SBR中投加城市污水和不同浓度的NaCl,探究了不同COD/NO3-N和盐度条件下PD-SBR长期运行过程中NO2-N积累特性以及各项出水指标性能的变化,并考察了其菌群结构特征。试验结果表明:在以城市污水中的有机物作为碳源条件下,PD-SBR在22 d的适应期后表现出稳定的NO2-N积累特性。当城市污水COD为127.5 mg/L,初始COD/NO-N为2.5,进水NO-N浓度为120 mg/L时,系统NAR为87.1%,并获得较高的NO2-N产量,为24.3 mg/L;在无机盐浓度增加的条件下,当盐度1.00 wt%时,PD-SBR系统在20 d左右恢复稳定的脱氮除碳特性。当盐度升高至1.25 wt%时,系统经38 d的适应期后,实现了79.3%的碳去除率和81.6%的系统NAR;在不同的进水基质和缺氧反应时间条件下,运行过程中氮和COD的总体变化趋势基本相似。随着NO3-N浓度的降低,出水中NO2-N浓度和系统NAR均随COD的消耗呈线性升高,系统比NO3-N还原速率和比NO2-N生成速率在0-20min内变化趋势较显著,随后显著降低。另外,随系统无机盐浓度的增加,出水NO2-N浓度和系统NAR在20 min后有略微的增长趋势;微生物群落分析表明,PD-SBR系统长期运行过程中Thauera-DOHOs菌属(44.6%~55.8%)是高亚硝酸盐积累的优势菌属,其总体丰度在系统长期运行过程中并不因城市污水和无机盐的投加而显著改变。(3)PD+Anammox组合工艺实现脱氮除碳的机制研究为探究高含盐(1.25 wt%)废水条件下PD+Anammox组合工艺的脱氮除碳性能,通过盐度梯度降低的方式对Anammox系统进行盐度适应性研究,实现了在盐度1.25wt%时系统稳定的深度脱氮,并考察了盐度1.25 wt%条件下PD+Anammox组合工艺系统实现低C/N城市污水与硝酸盐废水脱氮除碳的机制。试验结果表明:盐度为2.00wt%的Anammox系统在33 d实现成功启动,TN去除率为89.2%,系统可去除的NO-N:NH-N为1.04(NH-N平均浓度为50 mg/L)左右。当盐度为1.75 wt%时,Anammox系统的脱氮性能几乎未受影响。当盐度降低至1.5 wt