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短程同步硝化反硝化过程的脱氮与N2O释放特征研究

作　者: 梁小玲
导　师: 李平
学　校: 华南理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 短程同步硝化反硝化 N2O 溶解氧 碳源 生物脱氮
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着经济的快速发展，水环境中的氮污染问题日益严重。传统的生物脱氮工艺由于运行复杂且占地面积大，限制了其推广和应用。短程同步硝化反硝化工艺（ShortcutSimultaneousNitrificationandDenitrification，短程SND）具有节约碳源、节省曝气、减少剩余污泥量等优点，是一种极具发展潜力的新型脱氮工艺。然而，短程SND工艺的实现条件苛刻，可能导致温室气体N2O的大量释放。本研究采用自制序批式气升环流反应器建立短程SND体系，探索其脱氮及N2O释放特征，以期为该工艺的运行优化提供依据。首先，在全程SND的基础上，通过将进水pH值由7.0提高到8.3，从而增加反应器中游离氨（FreeAmmonia，FA）浓度，可以实现全程SND向短程SND转变。以全程SND过程为参照，分析了短程SND过程的脱氮及N2O释放特性。结果表明，短程SND过程的平均总氮去除率及SND效率分别比全程SND提高了18.0和16.8个百分点，短程SND的平均总氮去除速率是全程SND的1.4倍。然而短程SND体系的N2O平均转化率为57.1%，N2O平均累积释放量约为全程SND过程的5倍。N2O的释放量急剧上升与体系中NO2--N的积累浓度升高密切相关。其次，考察了溶解氧对短程SND体系的脱氮及N2O释放规律的影响。结果表明，DO浓度在0.52.0mg·L-1范围内，降低DO浓度可提高反应器的脱氮效果，但同时降低了反应器的脱氮速率。N2O的转化率随DO浓度下降而下降，DO浓度由2.0mg·L-1下降为0.5mg·L-1时，N2O的平均转化率可由71.2%下降至44.5%。反硝化菌反硝化是短程SND体系中N2O的重要产生途径。综合考虑提高反应器的脱氮效果和脱氮速率及降低N2O转化率的要求，短程SND体系运行的最佳DO浓度范围为0.81.2mg·L-1。最后，通过改变体系的碳源种类和碳氮比，研究了碳源对短程SND体系脱氮及N2O释放规律的影响。结果表明，碳源种类对短程SND体系的脱氮效果和N2O转化率有重要影响。在葡萄糖、麦芽糖和淀粉三种碳源中，以葡萄糖为碳源时反应器的脱氮效果最好，N2O转化率最低；以淀粉为碳源时反应器的脱氮效果最差，N2O转化率最高。以葡萄糖为碳源，增加碳氮比可提高反应器的总氮去除率和SND效率，并降低N2O转化率。然而，当碳氮比上升到9时，氨氮去除率和总氮去除率出现波动并开始下降，考虑反应器稳定运行及节约碳源的需要，7为最佳碳氮比。碳氮比为7时，反应器的平均氨氮去除率、总氮去除率、SND效率和N2O平均转化率分别为100%、79.1%、88.2%和15.7%。上述研究表明，虽然短程SND工艺具有较高的脱氮效率，但该体系N2O释放量较高；通过溶解氧和碳源等关键工艺条件的优化控制，可使短程SND体系实现在高效脱氮同时减小N2O释放。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-22
  1.1 传统的生物脱氮工艺  11-12
  1.2 短程同步硝化反硝化生物脱氮工艺概述  12-16
    1.2.1 短程同步硝化反硝化脱氮原理  12-13
    1.2.2 短程同步硝化反硝化的实现  13-16
  1.3 生物脱氮过程中N_2O的产生  16-20
    1.3.1 N_2O的危害与来源  16-17
    1.3.2 生物脱氮过程中N_2O产生的机理  17-18
    1.3.3 污水生物脱氮过程中N_2O产生的影响因素  18-20
  1.4 论文研究背景与内容  20-22
第二章 短程同步硝化反硝化体系的脱氮与N_2O释放特征初探  22-33
  2.1 前言  22
  2.2 材料与方法  22-27
    2.2.1 反应器及运行方式  22-23
    2.2.2 进水水质及接种污泥  23-24
    2.2.3 分析方法  24-25
    2.2.4 计算公式  25-26
    2.2.5 试剂与仪器  26-27
  2.3 结果与讨论  27-31
    2.3.1 反应器启动及SND类型转变  27-29
    2.3.2 短程SND的脱氮特征  29-30
    2.3.3 短程SND的N_2O释放特征  30-31
  2.4 本章小结  31-33
第三章 溶解氧对短程同步硝化反硝化体系脱氮与N_2O释放特征的影响  33-42
  3.1 前言  33
  3.2 材料与方法  33-34
    3.2.1 进水水质及接种污泥  33
    3.2.2 反应器运行方式  33-34
  3.3 结果与讨论  34-40
    3.3.1 溶解氧对脱氮效果的影响  34-35
    3.3.2 溶解氧对氮元素转化规律的影响  35-37
    3.3.3 溶解氧对N_2O释放特征的影响  37-39
    3.3.4 短程SND体系的最佳DO浓度  39-40
  3.4 本章小结  40-42
第四章 碳源对短程同步硝化反硝化体系的脱氮与N_2O释放特征的影响  42-53
  4.1 前言  42
  4.2 材料与方法  42-43
    4.2.1 反应器及运行方式  42
    4.2.2 进水水质  42-43
    4.2.3 接种污泥  43
  4.3 结果与讨论  43-51
    4.3.1 碳源种类对脱氮及N_2O释放特征的影响  43-48
    4.3.2 碳氮比对脱氮及N_2O释放特征的影响  48-51
  4.4 本章小结  51-53
结论与建议  53-55
参考文献  55-66
攻读硕士学位期间取得的研究成果  66-67
致谢  67-68
附件  68

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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