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菌剂挂膜生物流化床工艺处理高氨氮化工废水研究

菌剂挂膜生物流化床工艺处理高氨氮化工废水研究

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作者：梁思雨重庆理工大学

学位级别：硕士

针对重庆某地化工厂废水处理好氧端的生物处理第一单元,其采用传统活性污泥的生物接触氧化法（BCO）在氨氮浓度高于300m L/L时,由于受高氨氮、水质水量波动冲击、有毒物质等因素影响,容易出现工艺硝化处理效果差、总氮去除不稳定、水力... 详细信息

针对重庆某地化工厂废水处理好氧端的生物处理第一单元,其采用传统活性污泥的生物接触氧化法（BCO）在氨氮浓度高于300m L/L时,由于受高氨氮、水质水量波动冲击、有毒物质等因素影响,容易出现工艺硝化处理效果差、总氮去除不稳定、水力停留时间过长等问题。本研究提出采用HN-AD菌剂挂膜生物流化床（MBBR）工艺替换传统BCO工艺处理高氨氮化工废水。通过BCO和MBBR工艺对比、MBBR工艺处理模拟废水和真实废水的中试处理效果对比、现场处理、微生物群落演替规律以及微生物功能基因变化等内容开展相关研究。以期为基于生物流化床处理技术的MBBR研发和高氨氮化工废水生物处理的工程化应用提供新的解决策略和理论依据。研究结论如下:（1）MBBR工艺较BCO工艺处理模拟高氨氮化工废水的启动时间缩短了100天。BCO工艺仅实现了36.5%的TN去除率,而MBBR工艺实现了65.3%的TN去除率。MBBR中利用HN-AD细菌进行生物膜形成有效地解决了BCO中常见的启动时间长和对NH-N的耐受性差等挑战。在MBBR中羟胺还原酶的表达导致了一条与BCO不同的氮去除途径,TN的去除被推测通过NH-N→NHOH→NO-N→NO-N→NO→NO→N这一途径发生。这种氮转化途径提高了MBBR中TN去除的效率。（2）在处理模拟化工废水（S-MBBR）和真实化工废水（R-MBBR）的3 m中试对比研究中发现,R-MBBR表现出了更好的生长态势和氮去除性能,R-MBBR的NH-N和TN去除率较S-MBBR分别提高了16.24%和14.90%,挂膜时间缩短了30天。R-MBBR中菌属Thauera和Zoogloea的相对丰度较S-MBBR分别高了9.26%和14.09%,而Thauera具有卓越的生物反硝化能力,Zoogloea亦对NO-N表现出显著的还原能力,其相对丰度的增加与硝酸盐生物还原的促进呈正相关。因此,Thauera和Zoogloea对HN-AD菌剂挂膜MBBR中试工艺去除真实高氨氮化工废水中的污染物起到关键性作用。（3）现场MBBR工艺仅用一个生物处理装置即可在5天实现10 m真实高氨氮化工废水中污染物的有效去除,出水NH-N、COD、TN平均去除率分别为80.51%、85.15%、69.97%,处理效果良好,极大节约了后续处理工艺的运行难度和时间。根据现场处理废水过程中关键功能基因分析,突破TN去除效率限制并提高体系的脱氮能力可能与基因nir S和nos Z有关,nir S和nos Z是HN-AD菌挂膜MBBR现场工艺具有良好脱氮性能的关键。（4）本研究形成了一种处理时间短、无污泥污染、仅单一构筑物的菌剂挂膜MBBR工艺,为处理真实高氨氮化工废水提供了工程指导和理论基础。

关键词：高氨氮化工废水 MBBR HN-AD菌菌剂挂膜微生物特性

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全好氧一体化设备处理低碳高氮分散生活污水研究

全好氧一体化设备处理低碳高氮分散生活污水研究

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作者：朱宇楠重庆理工大学

学位级别：硕士

近些年来,我国高速公路建设飞速发展,服务区的数量也在飞速增加,服务区为司乘人员提供便利的同时,也形成了一种新型的污水排放源。高速公路分散污水污染点多,处理规模小;水以公厕和清洗为主,NH-N含量较高,可达到100-200mg/L;污水量随季... 详细信息

近些年来,我国高速公路建设飞速发展,服务区的数量也在飞速增加,服务区为司乘人员提供便利的同时,也形成了一种新型的污水排放源。高速公路分散污水污染点多,处理规模小;水以公厕和清洗为主,NH-N含量较高,可达到100-200mg/L;污水量随季节变化,水质水量波动大,如何稳定、低成本的处理这类废水一直以来都是行业热门问题。我国的高速公路服务区污水处理工艺从20世纪90年代初发展至今,目前,市场上主要以A/O-MBR一体化设备为主。A/O-MBR一体化设备主要以硝化液的回流来保证污水中TN的去除,但反硝化效果不稳定,依赖运维,并在实际应用中还存在着剩余污泥处理难、MBR带来的高能耗和膜污染等问题。因此,高速公路分散污水亟需一套TN去除效率高、出水水质稳定、污泥产量少、运行成本低的处理系统。本研究基于课题组前期研究中从极端环境中筛选的具有高氨氮耐受、高效同步硝化反硝化等特性的异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）菌剂,借助菌剂挂膜技术,构建一套以菌剂挂膜MBBR为核心的全好氧一体化设备。探究菌剂挂膜与污泥挂膜体系挂膜过程、参数优化中的出水水质以及微生物群落结构的变化,考察一体化设备对低碳高氮分散污水处理的效果。本研究的主要结论如下:（1）采用序批式运行的方式进行污泥挂膜和菌剂挂膜的启动,相较于污泥挂膜,菌剂挂膜的挂膜时间从40天降低到25天,且TN的去除率提高了近60%,因此,采用HN-AD菌作为接种物有利于减少挂膜启动时间,实现污染物的高效去除。（2）悬浮填料挂膜可以将反应器的NH-N耐受浓度提高至350mg/L。挂膜体系最佳HRT=10h。芽孢杆菌属（Bacillus）是在低碳高氮极端环境下主要的脱氮菌属,当HRT=10h时,norank＿f＿Gemmatimonadaceae、Subgroup＿10、芽孢杆菌属（Bacillus）、链霉菌属（Streptomyces）的相对丰度分别为4.6%、1.5%、6.1%、3.3%。有利于低碳高氮水质中污染物的有效去除。（3）菌剂挂膜体系的最佳气水比为16:1,门水平上,菌剂挂膜强化体系中起主要作用的是变形菌门,当气水比为16:1时,变形菌门的相对丰度为31.1%。属水平上,Pseudomonas为菌剂挂膜强化体系能具有异养硝化-好氧反硝化作用的主要菌属,Brachymonas和Pseudomonas两个菌属共同作用使得体系具有良好的TN去除效果。（4）全好氧MBBR工艺,有利于Proteobacteria和Bacteroidota的富集;根据不同强化方式体系中关键功能基因分析,nir K、nos Z、nir K和nos Z是HN-AD菌挂膜系统突破TN去除效率瓶颈、提高体系脱氮能力的关键点;从功能贡献率来看,在ED和EL上,HN-AD菌挂膜对途径的活性有积极影响。（5）低碳高氮分散污水经全好氧MBBR一体化设备处理后出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标排放,设备处理效率高、无剩余污泥产生。

关键词：低碳高氮分散污水全好氧一体化设备 HN-AD菌菌剂挂膜微生物特性

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功能菌强化生物膜组合工艺处理高氨氮化工废水研究

功能菌强化生物膜组合工艺处理高氨氮化工废水研究

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作者：罗万东重庆理工大学

学位级别：硕士

随着我国经济的快速发展,我国工业化进程也不断加快,其中化工厂发挥了巨大的作用。但过程中发现,化工厂在带来巨大收益的同时,也带来了极大的污染负荷。化工废水种类繁多,成分复杂,水质水量不稳定并且大部分含有难降解有机物、重金属和... 详细信息

随着我国经济的快速发展,我国工业化进程也不断加快,其中化工厂发挥了巨大的作用。但过程中发现,化工厂在带来巨大收益的同时,也带来了极大的污染负荷。化工废水种类繁多,成分复杂,水质水量不稳定并且大部分含有难降解有机物、重金属和其他有毒有害污染物等,如何高效低成本处理该类废水,一直是行业关注的焦点。对于高氨氮化工废水国内外采用的主要处理工艺是物化法+生物法联合工艺,而目前高氨氮化工废水生化处理单元主要是以多级生物接触氧化(BCO)池来保障硝化的稳定去除,但硝化效率低、反硝化效果较差,并且在实际运行中往往存在后端BCO池闲置。因此针对此类处理工艺存在的问题提出技改方案,形成新的高效、经济的生物处理单元势在必行。本研究以河北某化工厂经物化预处理后的可生化性较高的高氨氮化工废水作为研究对象,基于课题组自主筛选的一株超抗逆功能菌剂HN-AD复合菌其耐受性能强、高效同步脱氮等特性,借助菌剂挂膜技术,构建了两级生物接触氧化池+移动床生物膜反应器(两级BCO+MBBR)组合工艺。采用梯度提高氨氮浓度的方式,序批式进水对两级BCO池预处理系统进行污泥挂膜启动,过程中投加HN-AD菌进行生物强化,加快挂膜速度的同时提高耐受浓度。通过挂膜完成后的两级BCO系统在前端实现NH-N的近100%去除,COD和TN的部分去除;借助HN-AD复合菌剂挂膜启动的MBBR系统对两级BCO池出水进行深度处理,实现在好氧环境下对COD和TN的大部分去除,最终达到排放要求。并借助高通量测序手段研究两级BCO和MBBR反应器挂膜启动、参数优化过程中各项污染物的变化趋势以及微生物群落结构的变化情况,考察组合工艺对真实高氨氮化工废水处理的效果情况。主要结论如下:(1)一级BCO池和二级BCO挂膜启动周期分别为37d、39d,不同氨氮浓度梯度两池对氨氮去除率均高于98%,启动完成后池内填料表面明显形成一层黄褐色生物膜。MBBR菌剂挂膜启动周期耗时17d,挂膜完成后填料表面形成一层淡黄色的生物膜,系统24h出水COD、TN浓度分别为12.3、0.3mg/L。(2)两级BCO预处理系统HRT参数优化确定系统最佳HRT为24h,确定最佳进水C/N比为6,优化完成后此时两级BCO出水COD、NH-N和TN浓度分别为93.31、4.15和86.13mg/L。高通量测序结果显示,在此过程中,以Thauera菌属、Nirosomonas菌属等为主的HN-AD菌属在两级BCO系统脱氮过程中发挥了主要的作用。(3)MBBR深度处理系统确定最佳HRT=9h,最佳进水C/N比为4,参数优化完成后MBBR出水COD、TN浓度分别为2.98、14.96mg/L,Thauera菌属在系统脱氮过程中发挥着主要作用。而对比不同C/N比条件下系统内脱氮功能基因组成分析看出,随着C/N比的提升,发挥主要反硝化功能的相关基因(nap A、nap B、nir S、nor B、nor C、nos Z)丰度呈现逐渐上升的趋势,在C/N≥4,几种反硝化基因均保持较高占比,低C/N比不利于反硝化基因的表达。(4)高氨氮化工废水经两级BCO+MBBR组合工艺处理后出水均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标排放,出水NH-N<5mg/L,COD<50mg/L,TN<15mg/L,组合工艺处理效果良好,出水远高于化工园区纳管标准,对比现场废水处理成本,吨水成本降低25～30元。

关键词：高氨氮化工废水 HN-AD菌生物强化菌剂挂膜微生物特性

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