單一反應(yīng)器中甲烷化同時反硝化作用研究.pdf

1、反硝化作用是地球氮循環(huán)過程中一個重要的生物過程。它是在厭氧條件下，反硝化微生物利用硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮作為電子受體，最終將其轉(zhuǎn)化成氮氣的生物過程。由于這個生物學(xué)性質(zhì)，反硝化作用在富營養(yǎng)化湖泊防治、高硝酸鹽含量地下水治理和工業(yè)廢水處理中發(fā)揮著重要作用。產(chǎn)甲烷作用是是一種厭氧呼吸，是有機物降解的最后一步，是厭氧生物處理技術(shù)的基礎(chǔ)。在單一反應(yīng)器中構(gòu)建甲烷化同時反硝化反應(yīng)體系，在處理高濃度高含氮廢水時可縮短廢水處理流程，減少處理構(gòu)筑物數(shù)量，降低處理

2、成本，對廢水處理的意義重大。
　　本文設(shè)計了幾個不同的間歇性小試實驗，探索比較適于發(fā)生甲烷化同時反硝化反應(yīng)的初始COD/NO3--N比值，探究比較適合作為甲烷化同時反硝化反應(yīng)體系進(jìn)水的碳源物質(zhì)，從而進(jìn)一步明晰反硝化與甲烷化的競爭和耦合機理。分別對NO3--N和COD的降解進(jìn)行降解動力學(xué)分析，研究比產(chǎn)甲烷速率與COD的比降解速率之間的關(guān)系。將取自華潤雪花啤酒廠廢水厭氧處理工藝的厭氧活性污泥接入UASB模擬反應(yīng)器中構(gòu)建甲烷化同時反硝化

3、反應(yīng)體系，并利用分子生物學(xué)的方法構(gòu)建反應(yīng)器中污泥的基因組文庫，分析體系構(gòu)建前后污泥中微生物種類的變化情況;同時運行兩個反應(yīng)器，對比不同的進(jìn)水碳源物質(zhì)在連續(xù)流條件下構(gòu)建甲烷化同時反硝化體系的差異。得出以下結(jié)論:
　　(1)初始COD/NO3--N比值對甲烷化同時反硝化反應(yīng)體系的影響很明顯，比較8∶1、10∶1、20∶1、30∶1和40∶1幾個條件，初始COD/NO3--N比值為10∶1時，NO3--N降解率高達(dá)99％以上，COD降解

4、率可達(dá)到84％以上，N2和CH4累積產(chǎn)量都較高，可以較為快速地實現(xiàn)同步反硝化產(chǎn)甲烷反應(yīng)，是較為合適的初始COD/NO3--N值，這一結(jié)果與其他確定COD濃度定量添加NO3-N的研究結(jié)果基本一致。
　　(2)碳源種類對甲烷化同時反硝化反應(yīng)體系的處理效果有一定的影響，葡萄糖和蔗糖作為碳源的反應(yīng)體系NO3--N降解率在99％以上，TOC降解率分別可達(dá)92.2％和87％，產(chǎn)氣效果良好，均適合做單一反應(yīng)體系內(nèi)甲烷化同時反硝化實驗的碳源;同時

5、從原材料的普及和生產(chǎn)規(guī)模上看，以蔗糖作為碳源更經(jīng)濟(jì)、方便。
　　(3)用Eckenfelder提出的在較低底物濃度下底物利用率和時間關(guān)系的動力學(xué)模型進(jìn)行分析，經(jīng)擬合得到NO3--N的降解速率常數(shù)為5.210×10-3(L/mgNO3--N)·d-1，COD的降解速率常數(shù)為3.81×10-3(L/mg COD)·d-1。
　　(4)采用由Monod方程演化而來的勞-麥第二方程進(jìn)行動力學(xué)分析，經(jīng)擬合得到，NO3--N的最大比降解

6、速率為5.61 mg NO3--N/(mg VSS·d)，半速率常數(shù)為462.42 mg NO3-N/L。COD的最大比降解速率為11.44 mg COD/(mg VSS·d)，半速率常數(shù)為665.65 mg COD/L。甲烷的產(chǎn)率系數(shù)為3.741 mL CH4/g COD。
　　(5)在小型的UASB反應(yīng)器中，以乙酸鈉作為碳源可以快速構(gòu)建甲烷化同時反硝化反應(yīng)體系，TOC和NO3--N降解率都比較高，產(chǎn)氣效果也比較好。這一結(jié)果與間

7、歇性小試實驗結(jié)論相悖，推測是由于間歇實驗的反應(yīng)體系比較小，與連續(xù)流運行的控制條件不同造成的影響。蔗糖為碳源時也可以在UASB反應(yīng)器中構(gòu)建甲烷化同時反硝化反應(yīng)體系，最終TOC和NO3--N降解率也比較高，產(chǎn)氣效果也比較好，只是構(gòu)建過程可能需要更長的時間以達(dá)到理想的處理效果。
　　(6)利用分子生物學(xué)方法分析構(gòu)建甲烷化同時反硝化體系前后反應(yīng)器內(nèi)微生物種群的變化。結(jié)果表明，反應(yīng)器內(nèi)的優(yōu)勢古細(xì)菌由產(chǎn)甲烷桿菌屬(Methanobacteri