基于PHBV反硝化深度脱氮处理研究

作     者：李昂 

作者单位：苏州科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘锋;黄评

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：深度脱氮 PHBV 固态碳源 低碳高氮废水 COD稳定性 

摘      要：针对我国许多工业企业生产过程中排放的废水中含有大量硝态氮、亚硝态氮等混合污染物,且低C/N的特点,以及传统碳源投加难以响应进水氮素浓度,造成出水总氮超标或者有机物超标的现象。本研究通过PHBV反硝化填充床反应器处理具有低碳高氮特点的金属表面处理废水,通过系统长期运行,提高反应器处理能力,并探究PHBV填充床反应器在不同温度下运行效果以及进水氮容积负荷降低时出水COD的稳定性,并对PHBV反硝化填充床内微生物进行多样性分析。通过间歇试验分析得出微生物、pH、温度、硝态氮浓度对PHBV反硝化系统的影响机理。1)PHBV反硝化填充床反应器经过25d的启动时间后启动成功,且经过100d左右的运行,PHBV反硝化填充床在HRT为5 h,氮容积负荷为2.16kg/(m·d)时,出水NO-N浓度稳定在25mg/L左右,去除率达到92%左右;出水NO-N在1mg/L左右,NO-N去除率达到99%左右,反硝化速率达到2.018kg/(m·d)。2)PHBV反硝化填充床反应器在25、18、13、8℃情况下,反硝化速率在1.88kg/(m·d)、1.75kg/(m·d)、1.51kg/(m·d)、1.25kg/(m·d)左右。低温对PHBV反硝化填充床反硝化效果影响较大。3)当PHBV反硝化填充床反应器进水氮容积负荷间歇降低时,出水COD表现出较好的稳定性;与外加碳源的反硝化系统相比,PHBV反硝化填充床反应器在进水氮负荷降低时,由于碳源过多而导致出水COD超标的可能性大大减低,降低了出水COD超标的风险。4)PHBV反硝化填充床具有较好的pH缓冲能力,PHBV反硝化填充床出水pH变化与出水COD浓度具有相关性,相关性系数R为0.9814。5)PHBV反硝化填充床会消耗进水中携带的DO,且进水中DO的消耗与反应器进水氮容积负荷、温度、以及进水的DO无明显相关。PHBV反硝化填充床正常运行阶段PHBV碳源有效利用效率较高,满负荷时PHBV利用效率高达96%。6)PHBV表面生物膜检测出变形菌门为主要菌群,占总菌群31.82%,拟杆菌门占总菌群27.81%,绿弯菌门占总菌落19.51%;在纲分类中,第一位γ-变形菌(Gammaproteobacteria)占总菌落的28.53%;第二位为厌氧绳菌纲(Anaerolineae),占总群落19.47%;第三位为拟杆菌纲(Bacteroidia),占总菌落的18.37%。在属分类中占比第一位为Thermomonas(热单胞菌属),占总菌落的19.84%;占比第二位的是PHOS-HE36,为总菌落数的17.77%;占比第三位为Acinetobacter(不动杆菌属),占总菌落的6.05%。7)清水中微生物对PHBV降解作用较低,在PHBV反硝化系统中,有机物的释放速率受到污水中的NO-N浓度的响应控制。8)温度的变化对PHBV反硝化填充床反应器具有较大的影响,在温度降低的情况下反硝化速率、微生物分解PHBV的速率均受到较大影响。9)在硝态氮浓度较低的环境下,反硝化速率增长较快,在高硝态氮环境下,反硝化速率增长较慢。试验中当进水NO-N为145mg/L左右时,反硝化速率几乎不再随NO-N浓度增长而增长。较高的硝态氮浓度会增加微生物分解PHBV的速率,当微生物分解PHBV的速率过高,释放出的有机物多于反硝化所需要的,则会出现硝态氮未消耗完会出现残余COD的情况。10)酸性环境对PHBV反硝化系统影响更加显著,同时,进出水pH的差值也与进水pH相关。此外,pH主要影响微生物水解过程,微生物的水解会直接决定生物膜中的pH和可用碳源的碳源量是否适合接下来的反硝化过程。