内碳源短程反硝化与厌氧氨氧化耦合工艺研究

作     者：张萌 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张小玲

授予年度：2021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：内碳源短程反硝化 亚硝酸盐转化率 DGAOs DPAOs 厌氧氨氧化 

摘      要：厌氧氨氧化工艺(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)利用厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation bacteria,An AOB)以亚硝酸盐为电子受体将氨转化为氮气,是迄今为止最具创新的生物脱氮工艺。目前厌氧氨氧化工艺已经广泛适用于处理高温高氨废水,但对于污水厂主流废水处理仍存在不足,而且稳定的亚硝酸盐供应限制其进一步发展。内碳源短程反硝化工艺(endogenous partial denitrification,EPD)是一种为厌氧氨氧化提供亚硝酸盐的新方法,它在厌氧阶段消耗有机物和糖原并转化为内碳源,在缺氧阶段利用内碳源合成糖原并将硝酸盐还原为亚硝酸盐。因此,本课题旨在探究EPD-SBR系统的启动以及影响亚硝酸盐转化率(nitrate-to-nitrite transformation ratio,NTR)的因素和机理,并探讨耦合两段式EPD-SBR和ANAMMOX-SBBR反应器实现主流厌氧氨氧化工艺的稳定性和高效脱氮的潜力。实验结论如下:(1)EPD-SBR反应器接种西安市北石桥污水处理厂回流污泥,以乙酸钠为碳源,控制进水C/P=150:1,并采用厌氧末排水的方式成功实现了GAOs菌的富集;以硝酸钠为电子受体,成功诱导了DGAOs菌,总氮去除率达到98%以上。调整反应周期为3h,厌氧时间为90min,缺氧时间为30min,COD去除率平均为86.74%,NTR平均为65.96%,证明了EPD-SBR反应器成功启动并且EPD出水可作为ANAMMOX反应器稳定的亚硝酸盐来源。(2)影响亚硝酸盐转化率因素实验表明:当C/N比为6.5、5.2、4.3及3.7时,随着C/N比不断减小,NTR值先增加后下降,C/N比为4.3时NTR值最大,为66.27%。当缺氧时间分别为20min、30min及40min时,硝酸盐转化为亚硝酸盐的量先增加后下降,NTR值分别是68.05%、66.53%、48.95%。当周期时长分别为6h、4h、3h时,NTR值基本相同,分别平均为65.67%、66.07%、65.24%;周期时长为2h时,出水硝酸盐有剩余,硝酸盐转化为亚硝酸盐的量也随之下降,NTR值平均为60.49%。当p H值分别为6.88、7.43、7.87、8.45、9.06时,NTR值先下降后增大,NTR值在p H为7.87处最低,为66.13%,在p H为9.06处最高,为70.09%。(3)在EPD-ANAMMOX耦合工艺中,ANAMMOX-SBBR反应器先进行112d低基质驯化,总氮去除负荷及去除率分别为0.337kg N/(m·d)、79.27%,其中通过厌氧氨氧化氮去除量占总无机氮去除量的90.03%。EPD-ANAMMOX耦合工艺,COD去除负荷及去除率分别为0.337kg COD/(kg MLSS·d)、87.21%;总氮去除负荷及去除率分别为0.222kg N/(m·d)、85.71%。随着温度由29℃逐渐降低至14℃,EPD-SBR系统中COD去除率没有显着差异(86.59%),但DGAOs菌活性降低,NTR值虽下降,但仍能保持在48.24%～63.48%之间;另一方面,温度下降对ANAMMOX-SBBR系统影响不大,总氮去除率平均为86.12%。实验证明了EPD-SBR在常温条件下为ANAMMOX-SBBR提供亚硝酸盐的稳定性,以及EPD-ANAMMOX耦合工艺在处理主流废水中具有广阔前景。(4)EPD-SBR污泥驯化成功后,微生物多样性下降,Proteobacteria数量增加且丰度最高,为71.24%;从属水平上讲,Competibacter GAOs丰度最高,为25.06%,是EPD-SBR反应器中进行内碳源短程反硝化的主要功能属。并且在磷限制水平下,PAOs菌活性受到限制,GAOs菌丰度(25.49%)远远高于PAOs菌丰度(2.78%),证明反应器内内碳源短程反硝化过程主要依靠GAOs菌进行。