碱改性纤维素碳源强化AAO-MBR深度脱氮性能研究

作     者：林致远 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程修文;赵转军;王海燕

授予年度：2023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：纤维素碳源 固相反硝化 AAO-MBR 碱改性 脱氮 

摘      要：城市污水厂处理低C/N比的生活污水时,需要补充额外的碳源以提高脱氮效率。AAO-MBR城市污水厂现使用的液体碳源价格昂贵、添加量难以确定,研发廉价、高效、稳定的新型碳源有助于降低制水成本和提高污水脱氮效能,具有重要意义。论文选取来自农业和人工湿地的纤维素废物玉米芯(CC)、玉米秸秆(CS)和芦竹(GR)作为原材料制备碱改性纤维素碳源,通过释碳实验、反硝化实验确定其反硝化能力,并通过将其外加至小试AAO-MBR反应器中,探索外加碱改性纤维素碳源的AAO-MBR对各污染物的去除效果,明晰碱改性纤维素碳源作为固体碳源的有效成分,揭示碱改性纤维素碳源在AAO-MBR中的脱氮机理,实现AAO-MBR和固相反硝化技术的耦合,为AAO-MBR城市污水厂提供一种低成本脱氮方案。主要研究结论如下:1)三种碱改性纤维素碳源均能提供长期、稳定的反硝化能力,外加三种碱改性纤维素碳源的AAO-MBR均具有优良的脱氮除磷能力。4%-Na OH改性的CS(4-CS)、2%-NaOH改性的CC(2-CC)和4%-NaOH改性的GR(4-GR)为最佳碱度改性的碱改性纤维素碳源。反硝化实验结果表明,在微生物适应碱改性纤维素碳源后,三种碱改性纤维素碳源均能提供稳定的反硝化速率15天以上。通过将三种碱改性纤维素碳源外加至AAO-MBR发现,相较不添加额外碳源时,添加三种碱改性纤维素碳源至AAO-MBR后出水TN均能从一级B标准提标至一级A标准。2)外加2-CC的AAO-MBR具有最佳的TN去除效果,外加4-GR的AAOMBR具有最佳的TP去除效果。2-CC在工况3(HRT延长至15 h)取得最佳TN去除效果,出水TN为7.09±0.40 mg/L,满足一级A出水标准和我国多数地级市的污水排放标准。4-GR在工况5(厌氧池添加额外碳源)取得最佳TP去除效果,出水TP为0.14±0.08 mg/L,在不添加除磷剂前提下达到地表V类水要求。外加碱改性纤维素碳源的AAO-MBR内除主要的异养反硝化途径外还存在多种去除TN的途径,反应器脱氮效率显著高于AAO脱氮理论值。3)外加至AAO-MBR后,碱改性纤维素碳源表面富集了大量的功能细菌,其中的异养反硝化细菌分解纤维素和半纤维素成分进行固相反硝化以脱氮。植物性成分分析结果表明,外加至AAO-MBR后,碱改性纤维素碳源内半纤维素和纤维素的含量大幅下降;16S r RNA分析结果表明,在外加三种碱改性纤维素碳源的AAO-MBR中检测到的主要功能菌属有:主导硝化的Nitrospira菌属、主导除磷的Dechloromonas和Aeromonas菌属、主导反硝化的Paludibacter、Sphingomonas、Flavobacterium、Trichococcus等一系列菌属。4)碱改性产生的废液可被AAO-MBR反应器原位处置,碱改性不会造成二次污染。废液处置实验结果表明,废液内含大量有效碳源,在AAO-MBR反应器的进水添加废液能促进反应器TP和TN的去除,且不会影响反应器COD和氨氮的去除。