UASB反应器厌氧同时反硝化产甲烷脱氮实验研究

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厌氧同时反硝化产甲烷(SDM)工艺是在同一厌氧反应器中将产甲烷与反硝化同时进行,实现同步脱氮除碳的功能,具有碳氮同除、碳源增补和能量回收等优点。在过去的二十多年中,大量的研究学者采用不同类型的反应装置,包括UASB反应器,处理各种的模拟和实际废水,对SDM工艺的机理和应用进行了较为广泛的研究。然而,对SDM工艺的快速启动和连续稳定运行等方面研究较少。本课题长期试验是在35±1℃下,采用UASB反应器,以厌氧颗粒污泥为接种颗粒污泥,进水采用含有高浓度硝酸钠的模拟废水,探究葡萄糖、乙酸钠对厌氧同时反硝化产甲烷工艺快速启动过程的影响;待SDM工艺启动完成后,探究不同碳氮比(3:1~100:1)对SDM长期连续稳定运行的影响;并采用以葡萄糖为碳源,SDM颗粒污泥为接种污泥进行静态试验,对厌氧同时反硝化产甲烷的动力学进行动力学分析。得到结论如下:(1)本实验采用先以适宜的碳氮比、较低的负荷启动,后同时提高有机负荷、减小碳氮比的方式,可以实现SDM工艺的快速启动,。(2)葡萄糖比乙酸钠更适合SDM工艺的快速启动,碳源为葡萄糖时SDM工艺的启动时间、有机物去除效果以及培养出来的颗粒污泥性能均优于碳源为乙酸钠时。碳源为葡萄糖时,50d即可实现SDM工艺的启动,第二次启动仅历时32d,启动完成时COD的去除率到达95.1%以上,NO3--N几乎完全去除,培养出来的SDM颗粒污泥内核呈黑色,且大多数颗粒表面被一层褐色或灰色物质所包裹;而乙酸钠为碳源时,启动历时68d,启动完成时,COD去除率为85.5~92%之间。同时找到碳源为乙酸钠时反应器启动慢的原因主要是乙酸钠会水解产生大量的碱度,导致反应器pH值超过8.0,产甲烷菌活性受到抑制。(3)当碳氮比为8:1~50:1时,可以实现SDM工艺的长期高效稳定的运行,碳氮比过高过低均不利于SDM工艺的长期稳定运行。当碳氮比为8:1~50:1时,随着碳氮比的降低,COD的去除率维持均在80%以上,NO3--N的几乎完全去除产气量逐渐减少;当碳氮比为10:1和15:1时,SDM工艺长期稳定运行的处理效果最佳。碳氮比为100:1时,产气量和COD降解效率有所下降;碳氮比降至5:1、3:1时,COD、NO3--N的去除率明显降低,NO2--N的大量积累,甚至出现污泥大量解体的现象。(4)SDM静态试验中,反硝化和有机物降解均符合单一底物Monod方程。NO3--N是反硝化的限制因素。在0~120 min,有机物的降解主要由NO3--N影响;120~270 min,有机物的降解主要受有机物浓度影响。
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