两段式短程反硝化厌氧氨氧化耦合处理含镍电镀废水的脱氮性能研究

作     者：杨成创 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张高生

授予年度：2024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：含镍电镀废水 短程反硝化 厌氧氨氧化 重金属 微生物群落 

摘      要：在电镀制作工艺中通常会加入大量的氨水与镍离子等金属离子进行络合,导致电镀镍废水中的镍、氨氮和硝酸根通常成为主要的目标污染物,而氮浓度在水体中超标是富营养化的罪魁祸首之一。传统的硝化-反硝化脱氮方法能耗大且运行成本高。因此,短程反硝化耦合厌氧氨氧化（PD/A）技术因其高效、经济和环保的特性,成为了研究热点。本研究旨在探索投加不同浓度的Ni2+对PD系统的影响和不同C/N对PD/A系统的影响,然后构建了PD/A工艺处置含镍电镀废水和硝酸盐废水。期望为这一问题提供新的解决方案。主要结论如下: （1）短程反硝化系统在第9天成功启动,稳定后亚硝酸盐积累率（NAR）达到73.31%。在Ni2+对PD系统的影响实验中,在投加1.0mg/L以下浓度的Ni2+时,NAR出现下降趋势但仍然有50%以上。在Ni2+浓度达到2.0mg/L时,NAR受到严重影响,最后甚至没有亚硝酸盐的积累,然而反应器在各个浓度下的硝酸盐转换率（NTR）都保持在一个很高的水平,说明Ni2+的存在促进了亚硝酸盐还原速率导致了亚硝酸盐积累的减少。1mg/L以下浓度的Ni2+能促进微生物的胞外聚合物（EPS）分泌,但2mg/L浓度会降低微生物活性,减少EPS生成。通过高通量测序技术,Ni2+的存在促进了变形菌门Proteobacteria、拟杆菌门Bacteroidota的生长,反硝化高NO2--N积累菌属Thauera属在0.75mg/L以下的Ni2+浓度中促进了生长,而在1mg/L以上的Ni2+浓度中抑制了生长,Ni2+的存在也促进了反硝化菌Azospira的生长。 （2）在C/N=3.0的情况下,PD/A系统的NO3--N的转化和NO2--N的积累效果都优于C/N=2.4下的。因为Anammox是自养菌,COD的增加会导致其贡献率降低。较高的C/N会使PD污泥分泌更多的EPS,但较高的COD浓度会抑制Anammox污泥分泌EPS。在微生物群落结构上,变形菌门Proteobacteria和拟杆菌门Bacteroidota在所有反应器中均占主导地位,在属水平上,S1PD、S2PD、S1A的优势菌种为Thauera。此外,S1A和S2A反应器中都检测到了一定相对丰度的厌氧氨氧化细菌Candidatus＿Brocadia。 （3）构建了PD/A工艺处理含镍电镀废水,通过优化含镍电镀废水和硝酸盐废水的浓度,组合工艺保证了较低的出水氮浓度。含镍电镀废水稀释1.5倍后,短程反硝化系统的亚硝酸盐积累出现波动,Anammox去除NH4+-N和NO2--N的作用下降。但当含镍电镀废水稀释3倍并将硝酸盐废水浓度降低后,系统逐渐稳定,平均TNRE为93.59±2.69%。在系统运行过程中,PD/A反应器的EPS分泌显著升高,这主要是因为蛋白质分泌量上升所致。微生物群落结构在不同时间点也有所变化,系统稳定后,Anammox反应器中检测到厌氧氨氧化细菌SM1A02和Candidatus＿Brocadia。 本文通过两段式PD/A工艺成功实现了处理含镍电镀废水的稳定运行,为两段式PD/A工艺处理实际含镍电镀废水的工程应用提供理论依据和数据支撑。