污水地下滲濾系統(tǒng)生物脫氮原理與關鍵技術

目錄

前言

第1章 緒論 1

1.1 污水地下滲濾系統(tǒng)概述 1

1.1.1 污水地下滲濾系統(tǒng)的水力學特征及其技術特點 3

1.1.2 污水地下滲濾系統(tǒng)應用現(xiàn)狀 7

1.2 污水在地下滲濾系統(tǒng)中的氮形態(tài)及其歸宿 9

1.2.1 有機氮 9

1.2.2 氨態(tài)氮 9

1.2.3 硝態(tài)、亞硝態(tài)氮 10

1.3 污水地下滲濾系統(tǒng)脫氮的生物學過程 10

1.3.1 氨化 11

1.3.2 硝化 12

1.3.3 反硝化 13

1.3.4 厭氧氨氧化 15

1.3.5 厭氧鐵氨氧化 16

1.3.6 共反硝N20、N2 16

1.3.7 亞硝酸型厭氧曱烷氧化 17

1.4 污水地下滲濾系統(tǒng)脫氮的其他過程 17

1.5 污水地下滲濾系統(tǒng)強化脫氮研究進展及存在問題 18

1.5.1 強化脫氮研究進展 18

1.5.2 脫氮研究存在的問題 21

第2章 污水地下滲濾系統(tǒng)復合生物基質(zhì)及對脫氮微生物種群結(jié)構(gòu)的影響 23

2.1 引言 23

2.2 實驗材料與方法 23

2.2.1 實驗材料 23

2.2.2 實驗方法 24

2.3 結(jié)果與討論 29

2.3.1 復合生物基質(zhì)組配及理化性質(zhì) 29

2.3.2 復合生物基質(zhì)的吸附及硝化與反硝化能力 30

2.3.3 污水地下滲濾系統(tǒng)復合生物基質(zhì)床體構(gòu)建方法 32

2.3.4 復合生物基質(zhì)床對基質(zhì)層微環(huán)境及脫氮菌群結(jié)構(gòu)的影響 33

2.4 小結(jié) 37

第3章 污水地下滲濾系統(tǒng)脫氮微生物及氮還原酶活性研究 38

3.1 引言 38

3.2 實驗材料與方法 38

3.2.1 實驗材料 38

3.2.2 實驗方法 39

3.3 結(jié)果與討論 40

3.3.1 脫氮微生物系統(tǒng)的形成與穩(wěn)定及空間分布 40

3.3.2 進水負荷對脫氮微生物空間分布的影響 42

3.3.3 ORP對脫氮微生物空間分布的影響 45

3.3.4 底物補加對脫氮微生物空間分布的影響 47

3.3.5 生物基質(zhì)層有機質(zhì)含量對脫氮微生物空間分布的影響 48

3.3.6 基質(zhì)氮還原酶活性分布特征及其與污水脫氮效果的相關性 50

3.4 小結(jié) 56

第4章 維系污水地下滲濾系統(tǒng)生物脫氮的氧化還原環(huán)境變化特征 58

4.1 引言 58

4.2 實驗材料與方法 58

4.2.1 模擬污水地下滲濾系統(tǒng) 58

4.2.2 基質(zhì)組成 59

4.2.3 基質(zhì)層理化性質(zhì)信號采集 59

4.2.4 樣品分析 61

4.2.5 數(shù)據(jù)處理 61

4.3 結(jié)果與討論 62

4.3.1 基質(zhì)層ORP對進水水力負荷波動的響應 62

4.3.2 間歇運行方式對基質(zhì)層ORP變化的影響 67

4.3.3 環(huán)境溫度對基質(zhì)層ORP變化的影響 70

4.3.4 基質(zhì)層ORP空間波動規(guī)律解析 72

4.3.5 基質(zhì)Fe-Mn-S體系對ORP的影響 77

4.3.6 基質(zhì)層ORP變化數(shù)值模擬 80

4.4 小結(jié) 88

第5章 污水地下滲濾系統(tǒng)生物脫氮動力學過程 90

5.1 引言 90

5.2 實驗材料與方法 90

5.2.1 實驗材料 90

5.2.2 實驗方法 90

5.3 結(jié)果與討論 91

5.3.1 硝化動力學過程及影響因素 91

5.3.2 反硝化動力學過程及影響因素 95

5.4 小結(jié) 97

第6章 污水地下滲濾系統(tǒng)脫氮的影響因素及運行控制 98

6.1 引言 98

6.2 實驗材料與方法 98

6.2.1 實驗材料 98

6.2.2 實驗方法 99

6.3 結(jié)果與討論 100

6.3.1 干濕比對脫氮效果的影響 100

6.3.2 進水負荷對脫氮效果的影響 103

6.3.3 碳氮比對脫氮效果的影響 106

6.3.4 溫度對脫氮效果的影響 108

6.3.5 布水方式對脫氮效果的影響 111

6.3.6 生物基質(zhì)層有機質(zhì)含量對脫氮效果的影響 117

6.3.7 曝氣量對脫氮效果的影響 118

6.4 小結(jié) 119

第7章 污水地下滲濾系統(tǒng)釋放氧化亞氮的環(huán)境效應與影響因素 121

7.1 引言 121

7.2 實驗材料與方法 122

7.2.1 實驗材料 122

7.2.2 實驗方法 124

7.3 結(jié)果與討論 126

7.3.1 基于15N穩(wěn)定同位素示蹤的污水地下滲濾系統(tǒng)釋放氧化亞氮機理 126

7.3.2 干濕比對氧化亞氮釋放通量的影響 132

7.3.3 進水負荷對氧化亞氮釋放通量的影響 134

7.3.4 碳氮比對氧化亞氮釋放通量的影響 139

7.3.5 生物基質(zhì)層有機質(zhì)含量對氧化亞氮釋放通量的影響 141

7.3.6 曝氣量對氧化亞氮釋放通量的影響 144

7.4 小結(jié) 146

第8章 污水地下滲濾系統(tǒng)氣體堵塞與自適應機制 148

8.1 引言 148

8.2 實驗材料與方法 150

8.2.1 實驗材料 150

8.2.2 實驗方法 150

8.3 結(jié)果與討論 155

8.3.1 曝氣對污水地下滲濾系統(tǒng)理化性質(zhì)的影響 155

8.3.2 進水攜帶空氣對氣體諸塞的誘發(fā)過程 159

8.3.3 生物代謝氣體氧化亞氮對氣體諸塞的誘發(fā)過程 166

8.4 小結(jié) 176

第9章 污水地下滲濾系統(tǒng)的工程應用 178

9.1 工程概述 178

9.1.1 工程選址 178

9.1.2 水質(zhì)、水量及回用標準 179

9.2 工藝特征及脫氮設計 179

9.2.1 污水處理工藝流程 179

9.2.2 系統(tǒng)脫氮設計 183

9.3 工程啟動 186

9.4 工程運行效果 188

9.4.1 污染物去除率 188

9.4.2 進出水氮組成 189

9.4.3 脫氮環(huán)境 189

9.4.4 進出水pH變化 190

9.4.5 處理成本核算 191

9.5 操作條件對氧化亞氮釋放的影響 192

9.5.1 干濕比對氧化亞氮釋放通量的影響 193

9.5.2 水力負荷對氧化亞氮釋放通量的影響 195

9.5.3 氮負荷對氧化亞氮釋放通量的影響 197

9.6 小結(jié) 201

參考文獻 202

附錄1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型訓練Matlab代碼 213

附錄2 回歸模型模擬結(jié)果比較Matlab代碼 2142100433B

《污水地下滲濾系統(tǒng)生物脫氮原理與關鍵技術》系作者團隊十余年的污水地下滲濾系統(tǒng)研究成果，共分為九章，內(nèi)容包括污水地下滲濾系統(tǒng)生物脫氮原理、生物脫氮菌群結(jié)構(gòu)和酶活性特征及影響因子、生物脫氮動力學過程和運行控制、生物脫氮過程副產(chǎn)物氧化亞*的釋放特征及氣體堵塞與系統(tǒng)自適應機制、該技術在分散污水處理中的工程應用案例等。

主要介紹了我國水環(huán)境氨氮污染現(xiàn)狀及水體氨氮污染的危害；常見的物理、化學和生物脫氮方法；電凝聚強化生物脫氮技術的原理、工藝和實際應用；高效脫氮微生物強化生物脫氮技術的機理和污水處理廠的實際應用；基于抑制劑（甲酸和聯(lián)氨）控制的短程硝化反硝化技術；短程反硝化脫氮除磷工藝的啟動、影響因素和機理。

本書適用于環(huán)境科學與工程、市政工程、污水處理等領域的工程技術人員、科研人員、管理人員，高等學校環(huán)境科學與工程、市政工程相關專業(yè)師生。

污水生物脫氮技術第1章緒論

1.1我國水環(huán)境氨氮污染現(xiàn)狀1

1.2水體中氨氮污染物的危害3

1.3含氮污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化4

參考文獻5

污水生物脫氮技術第2章脫氮技術介紹

2.1物理化學脫氮7

2.1.1折點氯化法7

2.1.2離子交換法7

2.1.3吹脫法8

2.1.4化學沉淀法8

2.1.5其他處理方法9

2.2生物脫氮9

2.2.1傳統(tǒng)生物脫氮技術9

2.2.2新型生物脫氮技術13

2.2.3新型脫氮微生物21

參考文獻22

污水生物脫氮技術第3章電凝聚強化生物脫氮技術

3.1電凝聚強化SBR生物硝化試驗研究27

3.1.1材料和試驗方法28

3.1.2電凝聚強化技術條件優(yōu)化29

3.1.3電場和鐵離子對硝化的影響32

3.1.4酶活性36

3.1.5硝化速率37

3.1.6微生物群落結(jié)構(gòu)40

3.2電凝聚強化SBR生物反硝化試驗研究43

3.2.1材料和試驗方法44

3.2.2電凝聚強化技術條件優(yōu)化45

3.2.3電場和鐵離子對反硝化的影響48

3.2.4反硝化速率53

3.2.5酶活性與N2O和N2的產(chǎn)生55

3.2.6微生物群落結(jié)構(gòu)57

3.3電化學A/O-MBR處理油頁巖干餾廢水的馴化試驗研究60

3.3.1啟動方式及運行工況61

3.3.2馴化期兩套系統(tǒng)污泥特性的研究62

3.3.3馴化期污染物去除效果68

3.3.4微生物群落的研究71

參考文獻80

污水生物脫氮技術第4章高效脫氮微生物強化生物脫氮技術

4.1高效好氧反硝化菌富集及強化脫氮87

4.1.1高效好氧反硝化菌富集87

4.1.2高效好氧反硝化菌脫氮性能89

4.1.3高效好氧反硝化菌強化脫氮96

4.2高效異養(yǎng)硝化菌富集及強化脫氮105

4.2.1高效異養(yǎng)硝化菌富集105

4.2.2高效異養(yǎng)硝化菌脫氮性能107

4.2.3高效異養(yǎng)硝化菌強化脫氮115

4.3傳統(tǒng)硝化菌高效富集及強化脫氮135

4.3.1傳統(tǒng)硝化菌高效富集135

4.3.2傳統(tǒng)硝化菌脫氮性能152

4.3.3傳統(tǒng)硝化菌強化脫氮160

4.4復合高效脫氮微生物強化處理低C/N生活污水172

4.4.1污水處理廠原始運行效果172

4.4.2低硝化效果分析及升級改造方案175

4.4.3復合脫氮微生物強化脫氮性能分析176

污水生物脫氮技術第5章基于抑制劑控制的短程硝化反硝化技術

5.1甲酸與聯(lián)氨對AOB及NOB關鍵酶活性影響的MOE模擬195

5.1.1甲酸對AOB及NOB關鍵酶活性影響的MOE模擬195

5.1.2聯(lián)氨對AOB及NOB關鍵酶活性影響的MOE模擬201

5.2利用甲酸控制短程硝化202

5.2.1不同甲酸濃度對短程硝化的影響202

5.2.2SBR中甲酸對短程硝化的持續(xù)性影響204

5.2.3生物相及活性污泥電鏡檢測209

5.2.4系統(tǒng)活性污泥16S rRNA高通量測序分析211

5.2.5甲酸對短程硝化的抑制機制分析221

5.3利用聯(lián)氨控制短程硝化225

5.3.1不同聯(lián)氨濃度對短程硝化的影響225

5.3.2生物相及活性污泥電鏡檢測227

5.3.3系統(tǒng)活性污泥16S rRNA高通量測序分析228

5.3.4聯(lián)氨對短程硝化的抑制機制分析239

5.4甲酸-聯(lián)氨聯(lián)合控制短程硝化241

5.4.1不同甲酸、聯(lián)氨投加方式對短程硝化的影響241

5.4.2甲酸、聯(lián)氨聯(lián)合控制短程硝化242

5.4.3活性污泥電鏡檢測243

5.4.4系統(tǒng)活性污泥16S rRNA高通量測序分析245

5.5MBBR中的短程硝化實驗251

5.5.1MBBR中抑制劑對短程硝化反硝化的影響251

5.5.2MBBR中短程硝化反硝化處理油頁巖干餾廢水264

參考文獻282

污水生物脫氮技術第6章短程反硝化除磷脫氮工藝與微生物特性

6.1短程硝化系統(tǒng)啟動及影響因素285

6.1.1短程硝化系統(tǒng)啟動285

6.1.2溫度影響289

6.1.3pH影響291

6.1.4SRT影響296

6.1.5DO影響299

6.2短程反硝化除磷系統(tǒng)啟動及影響因素302

6.2.1短程反硝化除磷系統(tǒng)啟動302

6.2.2pH影響306

6.2.3SRT影響310

6.2.4溫度影響315

6.2.5電子受體影響319

6.3A2N-SBR系統(tǒng)除磷脫氮及反硝化除磷機理322

6.3.1A2N-SBR處理效果322

6.3.2短程反硝化除磷機理326

6.4微生物特性333

6.4.1短程反硝化聚磷菌分離純化334

6.4.2生理生化試驗335

6.4.3釋磷吸磷試驗338

6.4.4短程反硝化聚磷菌分子生物學鑒定340

參考文獻349

本項目選取目前污水處理廠普遍采用的生物脫氮工藝----A/O工藝和SBR工藝進行試驗研究，研究生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹的發(fā)生條件、影響因素、作用機理和微生物特性，考察其對生物脫氮效果和有機物降解效果的影響。主要研究內(nèi)容包括生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹發(fā)生的環(huán)境因素研究、生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹機理研究、生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹的分子生物學研究以及生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹的控制方法研究四個方面。研究取得的成果主要包括以下幾個方面。 一是明確了低C/N比生活污水在生物脫氮過程中環(huán)境因素對絲狀菌污泥膨脹的影響過程。確定了在不加外碳源的情況下A/O工藝處理實際低C/N生活污水較優(yōu)運行條件，確定了以乙酸鈉作為外加碳源時A/O工藝處理實際低C/N生活污水的最低碳源投加量。 二是明確了A/O工藝處理實際低C/N生活污水時低氧絲狀菌污泥微膨脹的發(fā)生條件。在有機負荷(F/M)為0.28 kg/(kgMLSS?d)，溶解氧為0.5mg/L時，系統(tǒng)的SVI能穩(wěn)定維持在250mL/g以下，系統(tǒng)的曝氣能耗可節(jié)省約40%。明確了A/O工藝H.hydrossis絲狀菌惡性膨脹的發(fā)生及膨脹機理與原因。在低氧條件運行過程中，發(fā)生由H.hydrossis型絲狀菌引起的惡性污泥膨脹，分析了其快速生長的主要原因。 三是確定了針對A/O工藝H.hydrossis絲狀菌污泥膨脹的有效控制方法。將A/O反應器的好氧區(qū)由三格室增加到五格室，使水流接近推流式流態(tài)；同時，逐漸提高溶解氧至2mg/L，能有效控制污泥膨脹。 四是明確了針對SBR工藝H.hydrossis絲狀菌污泥膨脹的有效控制方法。維持有機負荷為0.37 kg/(kgMLSS?d)，采取完全好氧運行模式，能夠較好地控制H.hydrossis絲狀菌引起的污泥膨脹。 本項目共發(fā)表論文SCI 3篇，EI 7篇，申請專利4項，在國際會議做分組報告3項，培養(yǎng)博士研究生2名，碩士研究生7名，培養(yǎng)本科生3名。 2100433B