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利用双污泥反硝化除磷工艺降低污水处理过程中N_2O的产生

关注热度:87   来源:新能源学术论文  作者:李聪
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【摘要】:近年来随着城市化和工业化进程的不断提高,低碳氮比(C/N)污水日益增多。然而,传统生物脱氮除磷工艺由于存在反硝化菌和聚磷菌对碳源竞争的问题,难以实现低C/N污水的达标处理。反硝化除磷作为一种新型脱氮除磷技术能“一碳两用”,可有效处理低C/N污水,达到高效脱氮除磷的目的。然而,反硝化除磷过程可产生大量温室气体N20,因此研究其N20的产生机理和控制方法,为推广反硝化除磷工艺的应用具有重要意义。 本论文构建了双污泥反硝化除磷系统,研究了其处理低C/N城市污水过程中N20的产生特征,明确了系统中N20的主要产生阶段;探讨了双污泥系统曝气硝化阶段以及缺氧反硝化除磷阶段N20产生的机理和影响因素,确定了曝气和缺氧阶段的最佳运行条件;提出了双污泥系统处理低C/N城市污水过程中N20产生的减量化控制措施,并对减排效果进行了评价。主要研究内容及结果如下: (1)阐明了双污泥系统中氮、磷的去除效果和N2O的产生特征。双污泥系统对低C/N城市污水具有较高的处理效果,总氮和总磷的去除效率高达92.13%和95.18%。双污泥处理低C/N城市污水过程中有大量N20的产生,每周期N20产生量占总氮去除的比例高达1.47%;其中曝气阶段、缺氧反硝化除磷阶段以及后曝气阶段N20产生量占总氮去除的比例分别为0.86%、0.41%以及0.20%。 (2)明确了双污泥系统曝气硝化过程中N2O产生的来源,确定了曝气硝化阶段的最佳DO浓度。双污泥系统曝气阶段N2O产生主要来源于自养菌的硝化作用,其对N2O产生的贡献率高达97.1%,而异养菌的反硝化作用对N20的产生几乎没有贡献。DO浓度对曝气阶段N20的产生具有重要的影响,当DO浓度为2.5mg/L时,N20的产生量最低,其周期产生量只有0.20mg/L。 (3)揭示了双污泥系统缺氧反硝化除磷过程中N20产生的机理,确定了可减少缺氧反硝化除磷阶段N20产生的运行方式。反硝化除磷过程中N20产生的主要原因是,反硝化聚磷菌以胞内聚合物(PHA)为碳源进行反硝化,导致反硝化酶对电子形成竞争,使氧化亚氮还原酶无法获得足够的电子将N20还原,并引起亚硝酸盐的积累。连续的硝酸盐投加方式、以丙酸为碳源,均可明显减少反硝化除磷过程中亚硝酸盐的积累,降低N20的产生。 (4)研究了碳源类型对反硝化除磷过程N20产生的影响机制,揭示了以丙酸为碳源时反硝化除磷过程N20产生量低的原因。碳源类型明显影响了反硝化除磷过程中N20的产生,以乙酸为碳源时,N20的产生量最高,占总氮去除的16.32%;而以混合酸(乙酸和丙酸)和丙酸为碳源时,N20的产生量仅占总氮去除的1.92%和0.43%。丙酸系统N20产生量低的主要原因是,以丙酸为单一碳源,反硝化除磷系统中不存在反硝化酶对电子的竞争作用,亚硝酸盐和氧化亚氮还原酶的活性不会受到抑制,不会导致亚硝酸盐的积累。 (5)建立了可有效提高氮磷去除效果、降低N20产生的双污泥系统及其优化控制方案。控制曝气阶段DO条件以及采用丙酸作为碳源,能有效降低双污泥系统N20的产生,并可实现氮磷的高效去除。构建的双污泥系统出水中的总氮和总磷浓度分别只有3.16mg/L和0.39mg/L,去除率都达到90%以上;其N20产生量只占总氮去除的0.75%,远低于常规污水处理工艺(1.72%)和文献中报告的其他工艺的产生量。
【关键词】:反硝化除磷 氧化亚氮 碳氮比 减量化 双污泥系统
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X703
【目录】:
  • Contents8-12
  • 摘要12-14
  • Abstract14-17
  • 符号说明17-19
  • 第一章 绪论19-42
  • 1.1 研究背景19-20
  • 1.2 污水生物脱氮除磷20-27
  • 1.2.1 生物脱氮机理20-21
  • 1.2.2 生物除磷机理21-22
  • 1.2.3 生物脱氮除磷工艺22-26
  • 1.2.4 生物脱氮除磷工艺中存在的问题26-27
  • 1.3 反硝化除磷技术27-31
  • 1.3.1 反硝化除磷机理28-29
  • 1.3.2 反硝化除磷工艺29-30
  • 1.3.3 A_2N-SBR反硝化除磷技术简介30-31
  • 1.4 污水生物脱氮除磷过程中N_2O的产生31-39
  • 1.4.1 N_2O的产生机理31-33
  • 1.4.2 N_2O的影响因素33-36
  • 1.4.3 N_2O的减量化措施36-38
  • 1.4.4 反硝化除磷过程中N_2O的产生研究38-39
  • 1.5 研究思路、目的与主要内容39-42
  • 1.5.1 研究思路和目的39-40
  • 1.5.2 主要研究内容40-42
  • 第二章 A_2N-SBR系统中N_2O的产生特征42-57
  • 2.1 材料和方法42-49
  • 2.1.1 试验装置与运行42-44
  • 2.1.2 试验用水和接种污泥44-45
  • 2.1.3 分析测试项目与方法45-49
  • 2.2 A_2N-SBR系统的启动和运行49-54
  • 2.2.1 A_2N-SBR对污染物的去除效果49-51
  • 2.2.2 A_2N-SBR典型周期内污染物的变化规律51-53
  • 2.2.3 A_2-SBR典型周期内胞内聚合物的变化规律53-54
  • 2.3 A_2N-SBR系统N_2O的产生特征54-56
  • 2.4 小结56-57
  • 第三章 曝气硝化阶段N_2O产生的机制与影响因素57-66
  • 3.1 材料和方法57-60
  • 3.1.1 试验装置与运行57
  • 3.1.2 试验设计57-60
  • 3.1.3 分析测试项目与方法60
  • 3.2 曝气硝化阶段N_2O产生的原因60-61
  • 3.3 不同DO浓度对曝气硝化阶段N_2O产生的影响61-64
  • 3.3.1 不同DO浓度对氮磷去除的影响61-63
  • 3.3.2 不同DO浓度对N_2O产生的影响63-64
  • 3.4 小结64-66
  • 第四章 反硝化除磷过程中N_2O产生的机制与影响因素66-86
  • 4.1 材料和方法66-71
  • 4.1.1 试验装置与运行66-67
  • 4.1.2 试验设计67-71
  • 4.1.3 分析测试项目于方法71
  • 4.2 反硝化除磷过程N_2O的产生机制71-77
  • 4.2.1 反硝化除磷和常规反硝化过程N_2O的产生差异71-74
  • 4.2.2 反硝化除磷过程N_2O的产生原因74-77
  • 4.3 不同进水COD浓度对反硝化除磷过程中N_2O产生的影响77-82
  • 4.3.1 不同进水COD浓度对N_2OU产生的影响77-78
  • 4.3.2 不同进水COD浓度对氮磷去除的影响78-81
  • 4.3.3 不同进水COD浓度导致N_2O产生差异的原因81-82
  • 4.4 不同硝酸盐投加方式对反硝化除磷过程N_2O产生的影响82-83
  • 4.5 短期改变进水碳源对反硝化除磷过程N_2O产生的影响83-85
  • 4.6 小结85-86
  • 第五章 碳源类型对反硝化除磷过程N_2O产生的影响机制86-100
  • 5.1 材料和方法86-88
  • 5.1.1 试验装置与运行86-87
  • 5.1.2 试验设计87-88
  • 5.1.3 分析测试项目于方法88
  • 5.2 不同碳源对污染物去除及代谢的影响88-95
  • 5.2.1 不同碳源对污染物去除效果的影响88-89
  • 5.2.2 不同碳源对典型周期内氮磷变化规律的影响89-91
  • 5.2.3 不同碳源对N_2O产生的影响91-93
  • 5.2.4 不同碳源对胞内聚合物的影响93-95
  • 5.3 不同碳源导致N_2O产生差异的原因95-98
  • 5.3.1 亚硝酸盐积累导致不同碳源系统N_2O产生差异95-96
  • 5.3.2 不同碳源对反硝化酶活性的影响96-98
  • 5.4 小结98-100
  • 第六章 A_2N-SBR系统中N_2O的减量化控制100-113
  • 6.1 材料和方法100-102
  • 6.1.1 试验装置与运行100-101
  • 6.1.2 试验设计101-102
  • 6.1.3 分析测试项目于方法102
  • 6.2 A_2N-SBR和AO-SBR系统对污染物去除效果102-104
  • 6.3 A_2N-SBR和AO-SBR系统典型周期内污染物的变化规律104-107
  • 6.3.1 A_2N-SBR典型周期内COD、氮和磷的变化规律104-106
  • 6.3.2 AO-SBR典型周期内COD、氮和磷的变化规律106-107
  • 6.4 A_2N-SBR系统N_2O产生量低的原因107-112
  • 6.4.1 曝气阶段N_2O产生量低的原因107-109
  • 6.4.2 缺氧反硝化除磷阶段N_2O产生量低的原因109-112
  • 6.5 小结112-113
  • 第七章 结论与展望113-117
  • 7.1 结论113-115
  • 7.2 创新之处115-116
  • 7.3 展望116-117
  • 参考文献117-129
  • 致谢129-130
  • 攻读学位期间发表的论文130-133
  • 一、已发表/接收论文130-131
  • 二、已授权发明专利131-133
  • 附录1:Influence of organic shock loads on the production of N_2O in denitrifyingphosphorus removal process133-140
  • 附录2:N_2O reduction during municipal wastewater treatment using a two-sludgeSBR system acclimatized with propionate.140-148
  • 附录3:Nitrous oxide generation in denitrifying phosphorus removal process:maincauses and control measures.148-156
  • 学位论文评阅及答辩情况表156


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关键词: 反硝化除磷

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