论文部分内容阅读
现有厌氧好氧生物水处理技术存在温室气体甲烷无序排放、传统脱氮处理碳源不足出水难以达标等环境与经济问题。反硝化型甲烷厌氧氧化（denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO）利用甲烷作为反硝化过程的碳源进行脱氮,为废水脱氮处理提供了新思路。膜生物膜反应器（membrane biofilm reactor,MBfR）可使附着在纤维膜上的微生物直接利用从膜孔中传递的甲烷,用于富集DAMO功能微生物。本课题设计制作的MBfR一体化装置可实现多项参数的调整,有效进行MBfR中DAMO的性能研究。课题分析不同接种物、反应器对DAMO微生物富集效果的影响,研究操作参数对MBfR中DAMO过程的影响以及模型分析对于推动MBfR中DAMO过程的工程化应用具有重要意义。本研究在采用MBfR富集培养相应的微生物前,详细评价了MBfR的甲烷传质效果。MBfR采用的中空纤维膜的泡点压力最大为55 kPa,MBfR以无泡曝气方式供气时,相同条件下,甲烷压力或循环流量越大,甲烷传质系数越大。本研究采用SBR和MBfR对浑河黄腊坨大桥处沉积物（S1、M1）、浑河对坨大桥处沉积物（S2、M2）、颗粒污泥（S3、M3）3种接种物进行了DAMO功能微生物的富集,获得了不同DAMO活性的富集物。除S2富集失败外,在第240天,S1、S3、M1～M3的DAMO活性分别为0.044、0.041、0.078、0.039、0.062 mgN·h-1·g-1VSS,表明浑河中游黄腊坨大桥处河底沉积物和颗粒污泥适合进行DAMO功能微生物的富集。6组反应器中甲烷与亚硝酸盐氮的摩尔消耗比均值在3:6.86～7.44。对同一接种物,MBfR富集样品的DAMO活性均比同时期SBR富集样品的DAMO活性高,MBfR甲烷传质效率高,是良好的DAMO功能微生物富集装置。在MBfR运行过程中研究甲烷分压和进水氮负荷对DAMO功能微生物的影响,研究表明:甲烷分压大于35 kPa时,甲烷分压不是DAMO活性的限制因素,甲烷亲和系数为35.94 kPa,说明MBfR有利于DAMO功能微生物对甲烷的利用;随着进水亚硝酸盐浓度的增加,DAMO活性先增加快递后增加缓慢趋于平稳最后减少,适宜的进水亚硝酸盐浓度范围为20～70 mg/L;甲烷分压和进水氮负荷对DAMO活性的影响关系满足多重莫诺方程;为满足MBfR中DAMO工程化应用的出水条件,必须在本实验现有DAMO活性基础上继续提高并且适当延长水力停留时间。增大MBfR中膜的填充密度,可以使反应器内的生物量进一步增加,可提供更大范围的进水氮负荷,同时可以向生物膜内的DAMO微生物提供高浓度的甲烷,从而实现快速的DAMO反应动力学,而不会有甲烷溶解到出水中。