废水脱氮与沼气脱硫耦联反应动力学研究

【摘要】：猪场废水厌氧消化液好氧后处理脱氮与沼气脱硫耦联过程的反应速率取决于微生物反应速率还是沼气中硫化氢向混合液传质的速率?要回答这一问题的任务之一是弄清脱氮与脱硫耦联微生物反应速率及其影响因素。在自然科学基金“废水脱氮与沼气脱硫耦联反应动力学”（No.31101749）的支持下，以人工模拟含氮含硫废水为底物，研究了底物浓度和温度对脱氮与脱硫耦联微生物氮、硫转化速率的影响及反应动力学参数。得出以下主要研究结果： （1）4种不同方式培养驯化脱氮脱硫微生物过程中，接种厌氧污泥反应器比接种好氧污泥反应器对NOx-N去除率更稳定。以含氮废水+沼气中H2S为底物的反应器的硫化物转化率达到60%所需时间（21d）比含氮含硫废水为底物的反应器（3d）更长。不接种污泥以含氮含硫废水的填料反应器同样能够驯化出脱氮脱硫污泥，只是需要更长的驯化时间。 （2）脱氮脱硫反应器中断运行2个月后再进行污泥活性恢复，以沼气中H2S和含氮废水为底物培养驯化的污泥，硫转化活性恢复所用的时间为15d，比含氮含硫废水为底物驯化的污泥的硫转化活性恢复所需时间更长。其他3种驯化方式驯化的污泥从整个活性恢复过程中来看，所需时间差别不大。 （3）采用分子生物学手段DGGE分析脱氮脱硫污泥中微生物优势种群，取得了较好的分离效果，显示了4种驯化方式脱氮脱硫耦联污泥系统中的微生物多样性。经鉴定得知为埃希氏-志贺菌属（Escherichia-Shigella）。 （4）在15℃、20℃、25℃、30℃和35℃条件下，研究了底物浓度对脱氮脱硫微生物硝酸盐氮转化速率的影响，建立了动力学模型。15℃、20℃、25℃、30℃和35℃的硝酸盐氮的最大比转化速率分别为4.08、4.98、5.66、6.22和7.16d-1，半饱和常数分别为3.06、3.43、3.79、4.37、4.55mg/L。硝酸盐氮最大转化速率和半饱和常数均随着温度升高而升高，温度对硝酸盐氮最大转化速率影响的温度系数为1.03；温度对半饱和常数影响的温度系数为1.02。 （5）在反应器中污泥浓度为3.6g/L，硝酸盐氮浓度2.72mg/L，15℃、20℃、25℃、30℃、35℃条件下可能达到的硝酸盐氮转化速率分别为6.92、7.91、8.49、8.60和9.64gNO3--N/(L·d)。 （6）在15℃、20℃、25℃、30℃和35℃条件下，研究了底物浓度对脱氮脱硫微生物硫化物转化速率的影响，建立了动力学模型。15℃、20℃、25℃、30℃和35℃的硫化物最大比转化速率分别为16.9、27.6、39.5、81.3和127d-1，半饱和常数分别为：4.52、6.43、8.26、14.2和20.0mg/L。硫化物转化速率和半饱和常数均随着温度升高而升高，温度对硝酸盐氮转化速率影响的温度系数为1.11；温度对半饱和常数影响的温度系数为1.08。 （7）在反应器中污泥浓度为3.60g/L，硫化氢浓度0.049mg/L，15℃、20℃、25℃、30℃和35℃条件下可能达到的硫化物转化速率分别为5.23、5.34、5.64、5.82和5.85g S2-/(L·d)。 【关键词】：猪场废水 脱氮 沼气 脱硫 动力学
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X713
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 猪场废水污染及危害13
• 1.2 国内外猪场废水脱氮研究现状13-16
• 1.2.1 物化法13-14
• 1.2.2 生物处理法14
• 1.2.3 传统硝化反硝化脱氮14-15
• 1.2.4 新型生物脱氮15-16
• 1.3 硫化氢的排放及危害16-17
• 1.4 国内外沼气脱硫研究现状17-18
• 1.4.1 化学法脱硫17
• 1.4.2 生物法脱硫17-18
• 1.5 国内外同步脱氮脱硫研究现状18-22
• 1.5.1 同步脱氮脱硫反应原理18-19
• 1.5.2 同步脱氮脱硫微生物19-20
• 1.5.3 同步脱氮脱硫工艺因素20-21
• 1.5.4 脱氮及脱硫动力学研究进展21-22
• 1.6 研究目的、意义及内容22-24
• 1.6.1 研究目的及意义22
• 1.6.2 研究内容22-23
• 1.6.3 技术路线23-24
• 第二章 脱氮脱硫污泥的驯化培养及污泥活性恢复24-38
• 2.1 实验目的24
• 2.2 实验材料与方法24-27
• 2.2.1 实验材料24-25
• 2.2.2 实验方法25-26
• 2.2.3 分析项目与方法26-27
• 2.3 结果与讨论27-36
• 2.3.1 脱氮除硫耦联污泥驯化过程 NOx-N 的转化27-29
• 2.3.2 脱氮脱硫耦联污泥驯化过程硫化物的转化29-32
• 2.3.3 脱氮脱硫耦联污泥活性恢复过程 NOX-N 的转化32-34
• 2.3.4 脱氮除硫耦联污泥活性恢复过程硫化物的转化34-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第三章 脱氮脱硫污泥中微生物优势种群分析38-46
• 3.1 实验目的38
• 3.2 实验材料与方法38-40
• 3.2.1 实验材料38
• 3.2.2 实验方法38-40
• 3.3 结果与讨论40-45
• 3.3.1 DNA 的提取和 PCR 扩增40-42
• 3.3.2 微生物种群多样性分析42-43
• 3.3.3 测序结果43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 废水脱氮与沼气脱硫耦联微生物对硝酸盐氮转化动力学46-61
• 4.1 实验目的46
• 4.2 实验材料与方法46-50
• 4.2.1 实验材料46-47
• 4.2.2 实验方法47
• 4.2.3 浓度对反应速率影响的动力学模型47-49
• 4.2.4 温度对反应速率影响的动力学模型49-50
• 4.2.5 温度对饱和常数影响的动力学模型50
• 4.2.6 分析项目与方法50
• 4.3 结果与讨论50-59
• 4.3.1 底物浓度对硝酸盐氮转化速率的影响50-57
• 4.3.2 温度对硝酸盐氮转化动力学常数的影响57-59
• 4.3.3 废水脱氮与沼气脱硫藕联反应器中可能达到的最大硝酸盐氮转化速率59
• 4.4 本章小结59-61
• 第五章 废水脱氮与沼气脱硫耦联微生物对硫化物转化动力学研究61-73
• 5.1 实验目的61
• 5.2 实验材料与方法61-62
• 5.2.1 实验材料61
• 5.2.2 实验方法61
• 5.2.3 浓度对反应速率影响的动力学模型61-62
• 5.2.4 分析项目与方法62
• 5.3 结果与讨论62-72
• 5.3.1 底物浓度对硫化物转化速率的影响62-69
• 5.3.2 温度对硫化物转化动力学常数的影响69-71
• 5.3.3 废水脱氮与沼气脱硫耦联反应器中可能达到的最大硫化物转化速率71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 全文结论及建议73-75
• 6.1 全文结论73-74
• 6.2 建议74-75
• 参考文献75-83
• 致谢83-84
• 作者简历84

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