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

【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

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

SBR和HBR两种反应器中N_2O产生量的研究    彭永臻;尚会来;张静蓉;王淑莹;刘秀红;

同步硝化反硝化脱氮及处理过程中N_2O的控制研究    吕锡武,稻森悠平,水落元之

一体化生物除磷脱氮技术——反硝化除磷    杨国靖,李小明,曾光明,杨麒,谢珊,刘精今

DO C/N对同步硝化反硝化影响的试验研究    张可方;杜馨;张朝升;方茜;

碳源浓度和污泥龄对反硝化聚磷脱氮影响研究    李亚静;孙力平;郑淑平;

反硝化微生物在污水脱氮中的研究及应用进展    肖晶晶;郭萍;霍炜洁;于江;朱昌雄;

增强生物除磷系统中微生物及其代谢机制研究进展    张超;陈银广;

污水生物脱氮过程中N_2O的产生与控制研究进展    胡振;张建;谢慧君;李善评;张婷婷;李一冉;

倒置A~2/O工艺的原理与特点研究    张波,高廷耀

改良型A~2O工艺的除磷脱氮运行效果    周斌

缺氧—好氧生物脱氮系统中N_2O的释放机理与减量化控制研究    胡振

亚硝化反硝化除磷工艺及分子微生物学研究    张立成

基于A/O/A运行模式的SBR工艺脱氮除磷效能及其微生物特性研究    姜欣欣

双泥生物反硝化吸磷脱氮系统工艺的试验研究    罗宁

催化铁法与生物法耦合中胞内外聚合物的研究    葛利云

低浓度城市污水强化反硝化除磷    刘洪波

A~2/O工艺脱氮除磷及其优化控制的研究    吴昌永

A~2/O工艺反硝化除磷的实现及性能的研究    曹雪梅

碳源种类对反硝化除磷系统的影响及反硝化聚磷菌(DPB)的分离    杨勇光

生物脱氮除磷新技术研究进展    杨少武;王晓青;杨顺生;

同步硝化反硝化技术的提出及其影响因素分析    马凯;彭继峰;

高浓度生活污水处理工艺及其能源回收研究    毛羽;张贝;刘士清;许玲;宋洪川;张有刚;孙传伯;

水体富营养化与生物修复技术评析    鄢恒珍;龚文琪;梅光军;陈绍华;陈晓东;

复合垂直流人工湿地除氮正交试验研究    王全金;李忠卫;李丽;

有机农业发展与水质资源利用研究概述    栾日娜;陈婧;秦怡雯;陈铭达;汪泓;和文龙;

改良型双污泥工艺处理低C/N城市污水    徐玉洁;张雁秋;杨德军;李燕;

反硝化过程中温室气体N_2O产生和积累的影响因素    陈庆伟;郑涛;李玲;

短程反硝化除磷技术研究    张少辉;姜应和;

循环活性污泥法处理生活污水的脱氮性能实验研究    汪艳宁,熊振湖,王秀朵

A2N反硝化脱氮除磷工艺原理及主要影响因素    葛安东;牛明芬;

改进SBR与传统SBR工艺性能对比试验的研究    李飞;陈清后;张雁秋;李晓红;

对水体富营养化治理措施的分析    田世洪;马文林;

梅州市多宝水库水质现状及环境管理对策    唐兆民;陈伟;吴海斌;

强化生物除磷系统中主要微生物关系的研究进展    沈雨;黄勇;李大鹏;潘杨;

硫酸钙晶须处理废水中磷的特性研究    姚京君;薛建军;邱美连;

溶解氧对短程硝化反硝化倒置A~2/O工艺脱氮效果的影响    王斯坦;付巍巍;

改进A~2/O工艺的研究现状与进展    吴若愚;李勇;陈宇;

厌氧/好氧SBR系统中碳源对除磷效果的影响    谢琴;孙力平;苏晓;

污水处理脱氮除磷过程建模与控制的研究    穆秀春;杨马英;杨晓红;李军;

氨氧化细菌强化倒置反硝化生物滤池深度处理城市污水中试研究    蒋波

智能化控制SBBR处理城市污水脱氮除磷性能和微生物学研究    金云霄

缺氧—好氧生物脱氮系统中N_2O的释放机理与减量化控制研究    胡振

基于水处理的壳聚糖树脂的制备、表征及功能性研究    李海燕

水源型水库富营养化预测与控制技术研究    刘杰

人工快速渗滤系统污染物去除机理及动力学研究    许文来

新型IC-SBBR组合工艺在猪场废水处理中的应用研究    吴永明

污泥吸附除磷脱氮工艺及其数学模型研究    李昂

A-（O/A）~n-SMBR工艺强化城市污水反硝化除磷的试验研究    张传义

反硝化同步除磷动力学原理及其在改善MSBR性能中的应用    汪林

丹江口库区代表性水源地农村水污染控制措施的研究    王华玲

A/A/O工艺处理城市污水除磷脱氮性能试验研究    吕晶晶

磷酸铵镁结晶法去除和回收猪场废水中氮磷    孙国平

A~2/O、倒置A~2/O和前置缺氧A~2/O工艺处理城市污水比较研究    侯亚辉

UCT工艺脱氮除磷运行优化试验与研究    郭姣

A~2/O~2在工艺不同运行方式下的脱氮试验研究    李石磊

M-CASS工艺处理酒精废水实验研究    马永鹏

辽河底泥吸附氨氮研究    吴志军

2009年夏秋季辽河口芦苇湿地沉积物硝化作用及影响因素研究    陈春涛

沈阳市污水资源化处理工艺综合评价研究    恩惠

除草剂阿特拉津的环境行为及其生态修复研究进展    司友斌;孟雪梅;

温度和COD对SBR反硝化同时除磷系统除磷能力的影响    吉芳英,高茜,袁春华

美国CASS法城市废水处理技术    柏景方

农业非点源污染环境影响及防治    陈文英,毛致伟,沈万斌,孙述海

聚磷菌厌氧时吸收乙酸和丙酸的代谢模型    李夕耀;彭永臻;王淑莹;由阳;郭春艳;

电子受体类型对反硝化除磷的影响    魏明岩;赵亮;王栋;李子龙;

SBR工艺强化反硝化除磷及控制参数    王建龙;王淑莹;高永青;

不同外碳源对污泥反硝化特性的影响    马勇;彭永臻;王淑莹;

A_2N-SBR双污泥反硝化生物除磷系统效能分析    李勇智;李安安;彭永臻;李宇星;

亚硝酸根作为电子受体的反硝化吸磷特性    李相昆;周业剑;高美玲;王立军;焦中志;黄荣新;刘冬峰;

双泥生物反硝化吸磷脱氮系统工艺的试验研究    罗宁

两级SBR除磷脱氮工艺技术及其运行控制参数研究    龙北生

短程反硝化除磷工艺特征及运行效能研究    蒋轶锋

反硝化除磷工艺与微生物学研究    李相昆

丙酸/乙酸比例及pH对聚糖菌富集系统的影响    马民

生物脱氮除磷ASM2D模拟及机理研究    徐伟锋

铁内电解法与生物法耦合脱氮工艺的研究    支霞辉

反硝化除磷脱氮机理及工艺研究    王亚宜

SUFR系统中微生物多样性及稳定性的试验研究    叶姜瑜

双泥SBR-BAF复合工艺的特性和处理效能研究    许延营

碳源对SBR内除磷效果的影响试验研究    张立卿

反硝化除磷系统基质转化和生物特性初探    丁彩娟

反硝化除磷系统稳定运行性能研究    高小平

DNP-MSBR工艺反硝化除磷脱氮试验研究    杨肃博

复合生物菌群反硝化同时吸磷机理试验续研究    高茜

厌氧/缺氧/硝化双污泥反硝化除磷    令云芳

序批式膜生物反应器中反硝化聚磷菌的富集    代文臣

A～2/O工艺反硝化除磷机理与性能的研究    范婕

SUFR反应器中菌群结构分析及聚磷菌的分离    王图锦

Orbal氧化沟处理实际生活污水脱氮除磷中试研究    闫骏