论文部分内容阅读
单级自养脱氮工艺是一种高效、经济的脱氮工艺,在一个反应器内实现由自养菌完成的NH4+-N至N2的全部转化过程。该工艺具有需氧量少,无需外加碳源等优点。EGSB反应器具有较高的上升流速、可快速实现污泥颗粒化,保持反应器中大量的活性微生物量,有利于反应器高效、稳定运行。本文以单级自养脱氮EGSB反应器为研究对象,考察EGSB反应器脱氮性能的影响因素及微生物多样性,基于ASM1的微生物死亡-再生理论,建立单级自养脱氮EGSB反应器脱氮模型,模拟反应器的脱氮性能及颗粒污泥内微生物的空间分布,研究成果可为优化单级自养脱氮EGSB反应器的运行提供技术指导。论文主要结论如下:(1)以批次试验研究DO与氨氮浓度对单级自养脱氮EGSB反应器脱氮性能的影响,当污泥区DO由0.4mg/L提高至0.8mg/L时,反应器TN去除率逐渐降低,分别为80.2%、75.5%和67.4%。为实现单级自养脱氮EGSB反应器中亚硝化反应和厌氧氨氧化反应的主导地位,并保持高效、稳定的脱氮性能,需将污泥区DO控制在合适的范围内。随着进水氨氮浓度的增加,TN去除率基本不变,氨氮浓度对反应器脱氮性能不会造成影响,但反应器达到平衡的时间有所增加。以连续流试验研究氮负荷对单级自养脱氮EGSB反应器脱氮性能的影响,通过减少HRT提高反应器进水TN负荷会降低其NH4+-N和TN去除率。相比进水氨氮浓度为100mg/L,EGSB反应器在进水氨氮浓度为500mg/L的条件下,可将氮负荷提到更高的水平。当进水TN负荷为1750 mg/(L?d)时,反应器的脱氮性能最优,NH4+-N和TN平均去除率分别达到了89.2%和73.3%,TN平均去除负荷为1287.8mg/(L?d)。高通量测序结果表明,单级自养脱氮颗粒污泥中好氧氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(An AOB)为优势功能菌,同时检测到亚硝酸盐氧化菌(NOB)和异养反硝化菌(HB)。其中,AOB菌属为Nitrosomonadaceae_uncultured属和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),An AOB菌属包括待定布罗卡地菌属(Candidatus_Brocadia)和待定斯图加特库氏菌属(Candidatus_Kuenenia)。(2)基于ASM1中的微生物死亡-再生理论,利用AQUASIM 2.0软件建立了包含AOB、NOB、An AOB和HB 4类微生物的反应器脱氮模型。对模型参数进行敏感性分析与校准后,模拟值与实测值能较好地吻合。利用批次试验与连续流试验对建立的模型进行验证,结果显示,建立的单级自养脱氮EGSB反应器脱氮模型可对批次试验和连续流试验结果进行较好地模拟。(3)采用建立的单级自养脱氮EGSB反应器脱氮模型研究反应器稳定运行条件下,溶解氧、氨氮浓度、水力停留时间等对出水水质的影响。模拟结果显示,溶解氧与反应器的出水水质密切相关,是决定微生物种群在颗粒污泥内分布的关键因素。将溶解氧控制在合适的范围内,可实现AOB与An AOB在颗粒污泥内合理的空间分布,从而使得单级自养脱氮EGSB反应器发挥良好的协同脱氮作用。在不同进水氨氮浓度或者不同HRT的条件下,反应器适宜的溶解氧浓度均不同,随着进水氨氮浓度的提高或者HRT的减少,即进水TN负荷的提高,适宜的溶解氧浓度有所升高,以确保AOB与AnAOB在颗粒污泥内分布合理,从而发挥良好的协同脱氮效果。模拟结果为优化单级自养脱氮EGSB反应器的运行提供了技术指导。