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硫自养反硝化结合生物活性炭技术处理硝酸氮污染水的研究

作　者: 王晖
导　师: 周伟丽
学　校: 上海交通大学
专　业: 环境工程
关键词: 硫自养反硝化 生物活性炭 硝酸氮 异养反硝化
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


由于全球范围内的富营养化以及地下水硝酸氮污染越来越严重,脱氮已成为提高水体水质重要步骤,而反硝化作为脱氮反应的最后一步,更具有重要的意义。相对于传统异养反硝化有可能造成二次污染的缺点,硫自养反硝化由于无需外加碳源的优点成为了近年的研究热点。然而,硫自养反硝化菌的生长周期长且对外界环境的变化敏感,导致反硝化的效率较低。为了提高硫自养反硝化的速率,本论文中采用UASB反应器,将活性炭作为硫自养反硝化菌生长繁殖的载体,形成生物活性炭（BAC）系统,用于去除水中的NO3--N,取得了以下结论和成果:该系统在进水NO3--N浓度为10100mg/L,水力停留时间（HRT, hydraulic retention time）在0.674h的范围内,能获得90%以上的NO3--N去除率和80%以上的TN去除率,最大进水NO3--N负荷（NLR, nitrogen loading rate）为1.12kgN/m3·d,最低HRT为0.67h,最佳脱氮浓度为40mg/L,出水中基本没有NO2--N的积累。对比BAC系统148天的运行结果与普通厌氧污泥76天的运行结果,发现BAC系统具有更高的脱氮效果,更短的停留时间,更加安全稳定的运行效果。研究了BAC系统处理含低浓度有机物的NO3--N废水的可行性,在进水中添加低浓度的COD以模拟实际水质,试验结果发现,低浓度COD的添加对整个系统的脱氮效果基本没有影响,且促进了部分异养反硝化菌的生长,这在一定程度上分担了硫自养反硝化的脱氮负荷。实验证明,将进水S/N降低到0.7,既不影响脱氮效果,又降低了出水中硫酸盐的浓度,表明BAC系统结合硫自养反硝化适用于实际水体。对反应过程各个阶段的泥样进行SEM观察以及分子生物学实验分析,发现本实验中培养得到的硫自养反硝化菌为一短杆菌,可大量吸附于活性炭表面,目前尚未在基因库中找到与其相似性大于60%的已知细菌基因片段,且与传统的脱氮硫杆菌亲缘性较低。利用实时定量PCR考察了反硝化菌在整个培养运行过程中的生长情况及外界对其的影响,结果显示:污泥中反硝化菌的浓度经驯化后有所下降,继而在运行中逐渐上升。说明驯化淘汰了大部分异养反硝化菌,而硫自养反硝化菌在运行过程中逐渐生长,且在系统中起主导作用。在BAC系统中,颗粒活性炭（GAC）起到生物富集及生物载体的作用,硫自养反硝化菌与少部分异养反硝化菌相辅相成,最终系统达到了高效低耗的脱氮效果。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-28
  1.1 硝酸盐氮污染的现状及危害  9-12
    1.1.1 水体氮污染现状  9
    1.1.2 各种氮之间的转化形式  9-10
    1.1.3 NO_3~--N 污染的现状  10-11
    1.1.4 硝酸盐氮污染的危害  11-12
  1.2 硝酸盐氮去除情况及方法的现状  12-16
    1.2.1 物理化学法  12
    1.2.2 化学法  12-13
    1.2.3 生物法  13-16
  1.3 硫自养反硝化  16-20
    1.3.1 硫自养反硝化的原理  16-17
    1.3.2 硫自养反硝化微生物  17-18
    1.3.3 硫自养反硝化的电子供体  18-19
    1.3.4 硫自养反硝化的新进展  19-20
  1.4 固定化生物活性炭在水处理方面的应用  20-28
    1.4.1 活性炭的性质及应用  20-21
    1.4.2 生物活性炭及其形成  21-23
    1.4.3 生物活性炭的净化机理及优缺点  23-24
    1.4.4 生物活性炭技术的应用  24-26
    1.4.5 生物活性炭结合硫自养反硝化  26-28
第二章 研究意义、内容及技术路线  28-31
  2.1 研究意义  28-29
  2.2 技术路线  29
  2.3 研究内容  29-31
第三章 BAC 系统对硝酸氮的去除  31-48
  3.1 实验目的  31
  3.2 实验装置、材料及测定方法  31-33
    3.2.1 实验装置  31-32
    3.2.2 实验材料  32-33
    3.2.3 测定方法  33
  3.3 实验方法  33-34
    3.3.1 驯化实验  33
    3.3.2 连续实验  33-34
    3.3.3 活性炭空白吸附量测定实验  34
  3.4 实验结果及讨论  34-42
    3.4.1 厌氧污泥的驯化情况  34-37
    3.4.2 BAC 系统对硝酸氮废水的处理情况  37-40
    3.4.3 活性炭对NO_3~--N 的空白吸附情况  40-42
  3.5 BAC 系统与其他系统的对比  42-46
    3.5.1 处理效果对比  42-44
    3.5.2 处理成本  44-45
    3.5.3 综合对比  45-46
  3.6 本章小结  46-48
第四章 有机物的存在对BAC 系统自养反硝化的影响  48-58
  4.1 实验背景及目的  48-50
  4.2 实验方法  50
  4.3 实验结果  50-57
    4.3.1 COD 对硫自养反硝化脱氮的影响  50-51
    4.3.2 出水亚硝酸氮及硫酸盐浓度的变化  51-54
    4.3.3 S、N 线性关系  54-55
    4.3.4 对COD 的去除情况  55-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章 BAC 系统中微生物的生长情况  58-79
  5.1 实验目的  58
  5.2 实验方法  58-67
    5.2.1 实验方法概述  58-60
    5.2.2 扫描电子显微镜（SEM）观察  60-61
    5.2.3 分子生物学分析  61-67
  5.3 实验结果及讨论  67-77
    5.3.1 定性分析结果  67-74
    5.3.2 定量分析结果  74-77
  5.4 本章小结  77-79
第六章 结论与展望  79-82
  6.1 结论  79-80
  6.2 不足和展望  80-82
参考文献  82-88
致谢  88-89
攻读硕士学位期间发表的论文  89-91

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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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