摘 要

本论文以模拟的城市生活污水为处理对象，进行低氨氮浓度条件下单级自养脱氮工艺的启动与稳定性研究，并对功能菌代谢、功能菌活性与功能菌细胞胞外特性变化规律进行分析。

本研究以先两段进水再单级进水的方式对单级自养脱氮系统进行启动，整个启动过程中温度一直维持在32℃左右，pH维持在7.6左右。在两段进水阶段，采用调控周期、调控曝气等手段来恢复亚硝化和厌氧氨氧化污泥的活性并使两种污泥得到富集。在第89d，系统的进水模式改为单级进水。通过调控周期来控制系统氮负荷，自第198d以后使氨氮负荷稳定在0.3kgN·m^-3·d^-1，脱氮效率最后保持在90%以上。反应器经过215d的运行成功实现了单级自养脱氮系统的启动。

△NO₃^--N/△TN的值大部分时间都小于0.127，NOB得到有效抑制；系统TN去除负荷在运行末期也上升到较高水平，单级自养脱氮反应器在整个单级进水运行期间表现出了良好的稳定性。细胞中的多糖和蛋白质含量都在随着反应器运行时间的增加而增加，而PS/PN的值不断降低，而这导致细胞疏水性的不断增强。

关键词：低氨氮；单级自养脱氮；启动；稳定性

Abstract

This paper treats the simulative urban domestic sewage as an object, and studies on start-up and stability of single stage autotrophic nitrogen removal process under the condition of low ammonia concentration. It also analyses the change rule of functional bacteria metabolism and activity and extracellular characteristics of functional bacteria.

In this study, the way to start the single autotrophic nitrogen removal system is from two stage inlet to single stage inlet. The temperature has been maintained at about 32 degrees in the whole starting process, and pH about 7.6. In the two stage inlet, AOB and AnAOB were recovered and enriched by regulating cycle and aeration. On the 89th days, the influent mode of the system is changed to a single stage. System nitrogen load was controlled by adjusting period. After 198th days, the nitrogen load was stabilized at 0.3kgN·m^-3·d^-1, and the nitrogen removal efficiency was above 90%. After 215 days of training, the reactor successfully launched the single autotrophic nitrogen removal system.

The value of △NO₃^--N/△TN was less than 0.127 at most of time, and NOB has been effectively suppressed; TN removal load also rose to a higher level at the end of the operation. Single stage autotrophic nitrogen removal reactor showed good stability in the single stage influent operation period. The content of polysaccharide and protein in the cells increased with the increase of the reactor’s running time, while the value of PS/PN decreased, which resulted in the enhancement of cell hydrophobicity.

Keywords: low ammonia；single stage autotrophic nitrogen removal；start-up；stability

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 氮素的来源及危害 1

1.2 传统生物脱氮技术原理及工艺应用 1

1.2.1 传统生物脱氮技术原理 1

1.2.2 传统生物脱氮工艺应用 2

1.3 新型脱氮工艺简介 3

1.3.1 短程硝化-厌氧氨氧化工艺（SHARON-ANAMMOX） 3

1.3.2 CANON工艺 4

1.3.3 OLAND工艺 4

1.4 亚硝化-厌氧氨氧化单级自养脱氮技术 5

1.4.1 技术原理 5

1.4.2 工艺研究现状 5

1.5 课题来源及研究意义 6

1.5.1 课题来源 6

1.5.2 研究意义 6

1.6 主要研究内容及路线 6

1.6.1 研究内容 6

1.6.2 技术路线 7

第2章 实验材料与方法 8

2.1 实验材料 8

2.1.1 实验装置 8

2.1.2 实验试剂与仪器 9

2.1.3 实验用水及水质 10

2.1.4 接种污泥 11

2.2 试验方法 11

2.2.1 常规检测项目与方法 11

2.2.2 反应活性检测方法 12

2.2.3 胞外多糖与蛋白质检测方法 13

2.2.4 细胞相对疏水性检测方法 14

第3章 SBR单级自养脱氮快速启动及稳定性研究 15

3.1 亚硝化与厌氧氨氧化接种污泥活性 15

3.1.1 亚硝化接种污泥活性 15

3.1.2 厌氧氨氧化接种污泥活性 17

3.2 两段进水恢复污泥活性与污泥富集 19

3.2.1 调控周期策略恢复污泥活性与富集 19

3.2.2 调控曝气策略恢复污泥活性与富集 23

3.2.3 两段进水阶段总体分析 25

3.3 单级进水启动自养脱氮系统 26

3.4 反应器污泥性能变化 29

3.5 小结 30

第4章 单级自养脱氮低浓度下运行稳定性研究 31

4.1 亚硝化过程稳定性研究 31

4.2 厌氧氨氧化过程稳定性研究 32

4.3 运行过程中反应速率与功能菌活性变化 33

4.4 运行过程中功能菌细胞表面特性变化 35

4.5 小结 37

第5章 结论与建议 38

5.1 结论 38

5.2建议 39

致谢 40

参考文献 41

第1章 绪论

1.1 氮素的来源及危害

氮元素是组成生物体的必要元素，对于生物的生存发展或不可缺。19世纪伊始，工农业技术飞速发展；人类生活水平不断提高；人类活动范围也不断扩大，致使越来越多的氮元素排放到环境中，氮素不断积累，造成了一系列的环境问题，使得环境质量恶化，乃至人类和其他生物的生存发展受到危害。

水体中的氮素来自于许多方面，主要是城市污水、农业面源污水和工业废水。城市生活污水氮含量高且水量巨大，其中的氮素主要来源于生活中各种洗涤剂的使用。城市垃圾的渗滤液中氨氮含量很高，每吨垃圾约产生0.772吨渗滤液，例如上海浦东的垃圾渗滤液中NH₄ -N的含量就高达5000mg/L。农业面源污水中的氮素主要来自大量使用的人工合成的化肥和农药，氮、磷等元素随着大量的农业污水流入水域会引起水体的富营养化。同时，这些元素还会污染饮用水源，危害人体健康，并造成大范围的土壤污染，对生态系统的平衡产生破坏。工业废水主要来自于生产过程中产生的污水和产生的固体经雨水冲洗而产生的污水。据有关调查显示，我国每年向环境中排放的氨氮量为172.9万吨，但污水厂却只能去除37.6万吨的氨氮。所以我国江河湖海氨氮污染严重，水体富营养化严重，氮素污染急需得到治理^[1]。