短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理实际餐厨垃圾厌氧消化液的性能研究

作     者：张文康 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何士龙

授予年度：2022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：短程硝化 厌氧氨氧化 餐厨垃圾厌氧消化液 脱氮性能 微生物群落 

摘      要：餐厨垃圾厌氧消化液具有氨氮浓度高、C/N较低等特点,工程上常采用以传统硝化-反硝化生物脱氮系统为核心的工艺处理该废水,但经常面临着反硝化过程中有机碳源不足的问题。而以氨氮作为电子供体、亚硝态氮作为电子受体进行脱氮的新型生物脱氮技术——厌氧氨氧化技术在低C/N废水处理脱氮中具有明显优势,但目前关于厌氧氨氧化技术处理实际餐厨垃圾厌氧消化液性能的研究还未多见。鉴于此,本文利用序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor,SBR)反应器和升流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Bed,UASB)反应器,构建短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺系统,用于实际餐厨垃圾厌氧消化液的处理,探究部分硝化控制策略,考察系统的整体脱氮性能,结合系统微生物群落结构解析,探讨其作用机制,以期为厌氧氨氧化技术在实际工程中的应用提供一定技术支撑。通过研究,本论文获得的主要研究结论如下:(1)SBR反应器的短程硝化启动及控制过程研究表明,在系统温度为35℃,通过间歇曝气的方式,控制溶解氧(DO)浓度为1.5-2.2mg/L,运行时间达到36d时,反应器实现短程硝化且出水亚硝态氮累积率(NAR)达到82.01%,硝态氮累积率(NAAR)在1-2%内波动;进一步调控DO浓度降低到0.5-1.0mg/L,反应器在运行时间达到140d时实现稳定的部分短程硝化,且反应器出水NH-N与NO-N之比稳定在1.2～1.4之间,出水p H稳定在7.33-8.24范围内,满足厌氧氨氧化系统的进水要求。且对稳定期间单个完整运行周期指标进行检测发现,随着运行时间的增大,反应器内物质的转换速率基本保持稳定,说明系统稳定性较强。(2)UASB反应器在耦合阶段的72d内脱氮性能整体呈现先降低后升高的趋势,原因是初始阶段部分微生物受高浓度COD胁迫而被淘汰,导致系统脱氮性能下降,而随着反应器的运行,系统内耐COD胁迫菌种大量繁殖因此脱氮性能上升,当反应器运行至72d时,系统氨氮去除率(ARR)、容积氮去除率(NRE)达到了94%、96%。此外,根据反应器出水硝态氮的变化,推测系统中存在反硝化作用。(3)SBR反应器中,门水平微生物优势菌种种群丰度除放线菌门(Actinobacteriota)变化不大,变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidota)和绿弯菌门(Chloroflexi)均有所降低,此外,在运行稳定期异常球菌-栖热菌门(Deinococcota)丰度较接种初期明显增大,该菌门中许多菌属能够起到不完全的反硝化作用,有利于反应器出水NO-N的积累。属水平微生物优势菌属为Trichococcus以及Trupera,其中Trichococcus丰度随运行时间的增长而逐渐降低,Trupera属则呈现明显的上升趋势且最终丰度达到21.18%,Trupera可能是反应器实现稳定短程硝化的关键菌属。此外,反应器内norank＿f＿＿norank＿o＿＿SBR1031菌属丰度明显逐渐增大,该菌属对于短程硝化起着重要的作用。同时在稳定期,反应器内还检测出了典型的AOB菌Nitrosomonas丰度为1.00%。(4)UASB反应器中,门水平微生物优势菌属浮霉菌门(Planctomyatota)种群丰度从耦合初期的78.25%逐渐降低到21.13%,原因可能是多数浮霉菌门中的菌受进水高浓度的COD胁迫而被淘汰。绿弯菌门(Chloroflexi)种群丰度由10.93%提高到52.09%。变形菌门(Proteobacteria)种群丰度由6.18%提高到15.06%,该菌门含有大量反硝化菌,印证了反应器内存在反硝化脱氮过程。属水平优势菌属为unclassified＿f＿Brocadiaceae、norank＿f＿norank＿o＿SBR1031,其中,unclassified＿f＿Brocadiaceae菌属的种群丰度由75.39%降低为13.91%,而norank＿f＿norank＿o＿SBR1031的种群丰度由10.93%增长到了52.09%。此外,Candidatus＿Kuenenia菌属的丰度由耦合初期的2.30%增长到了4.78%。unclassified＿c＿Gammaproteobacteria菌属丰度由1.39%上升到了5.83%。该论文有图38幅,表14个,参考文献109篇。