Fe~(3+)对同步硝化反硝化污水处理过程中温室气体释放的影响

【摘要】：目前,全球变暖已经成为国际社会关注的焦点问题,N2O、 CH4和CO2是三种最重要的长寿命温室气体,对温室效应的贡献率占了近80%。污水生物处理过程被认为是温室气体的重要排放源。同步硝化反硝化(SND)处理过程是一种新型废水生物脱氮处理工艺,因其具有能耗低,处理效果好等优点,得到越来越多关注。铁存在于细胞色素、铁氧还蛋白和铁硫蛋白中,是氧化还原载体,又是一些酶(如脱羧酶)的辅助因子,是电子传递链的组成部分,对微生物的代谢有重要的影响作用。本文采用缺氧-好氧SBR反应器实现同步硝化反硝化,研究了不同浓度Fe3+的投加对SND脱氮除磷工艺污染物去除效果及温室气体释放规律的影响。主要研究内容和结果如下： (1)低浓度Fe3+对同步硝化反硝化过程COD去除、硝化反硝化能力均有改善的作用。但是,高浓度Fe3+的加入对于同步硝化反硝化过程COD的去除、硝化和反硝化能力均有抑制作用。五种不同浓度的Fe3+投加条件下,各反应器TP去除率随着Fe3+浓度增大而逐渐提高。 (2)低浓度Fe3+对同步硝化反硝化过程中N20释放速率和释放量影响不大,有小幅度降低；但是,高浓度Fe3+的投入,使得同步硝化反硝化SBR反应器内N2O大量释放。五种不同浓度的Fe3+投加条件下,CH4和CO2释放速率变化规律类似,各个反应器内CH4和CO2的释放量也相差不多。 (3)各个反应器中CH4对温室效应的贡献相差不大,都维持在较低水平。C02和N20的释放主要集中在好氧段。典型周期内各反应器对温室效应的贡献分别为10209.8mg(1#反应器)、9770.9mg(2#反应器)、8677.8mg(3#反应器)、11593.2mg(4#反应器)、14606.1mg(5#反应器)。其中2#和3#反应器相对对比系统对温室效应的贡献分别降低了4.30%和15.01%,而4#和5#反应器相对对比系统对温室效应的贡献分别增大了13.55%和43.06%。可以得出,低浓度Fe3+的加入,起到了加强系统硝化和反硝化能力,提高了TN去除率,同时使得系统对温室效应的贡献有所降低。但是,当Fe3+浓度过高时,微生物活性受到抑制,对污染物的去除产生不利影响,同时对温室效应的贡献也大大增加。 (4)Fe3+浓度在40mg/L以下对活性污泥的脱氢酶活性和电子传递体系活性具有促进作用,浓度为20mg/L的Fe3+对污泥系统促进作用最强。但是当Fe3+浓度增加至60mg/L时,系统内脱氢酶和电子传递体系活性相对对比系统有所减少,此浓度Fe3+对污泥系统表现出了抑制作用。PHB在生物中的累积量可以增加同步反硝化反应末期氮的去除率,但是PHB的累积会造成更多N2O的释放。OUR相对于DO更能反应N2O的释放趋势。 【关键词】：温室气体 同步硝化反硝化 铁 微生物活性
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要10-12
• Abstract12-14
• 第一章 绪论14-30
• 1.1 温室气体(N_2O、CH_4和CO_2)的环境效应及来源14-16
• 1.1.1 温室效应14-15
• 1.1.2 温室气体来源15-16
• 1.2 污水生物处理过程中温室气体的释放16-17
• 1.3 同步硝化反硝化工艺17-22
• 1.3.1 同步硝化反硝化过程原理17-19
• 1.3.2 同步硝化反硝化反硝化过程中温室气体产生机理19-20
• 1.3.3 同步硝化反硝化过程影响因素20-22
• 1.4 铁促活性污泥生物脱氮除磷技术22-26
• 1.4.1 铁盐强化活性污泥系统原理22-23
• 1.4.2 生物铁法的应用现状23-26
• 1.5 污泥微生物代谢活性的研究26-28
• 1.5.1 脱氢酶和ETS27
• 1.5.2 EPS27
• 1.5.3 PHB和OUR27-28
• 1.6 研究目的和内容28-30
• 1.6.1 研究目的28
• 1.6.2 研究意义28-29
• 1.6.3 研究内容29-30
• 第二章 试验装置与试验方法30-42
• 2.1 接种污泥和试验用水30-31
• 2.2 实验装置31-32
• 2.3 装置运行参数32
• 2.4 分析测试项目与方法32-34
• 2.4.1 物化指标及测试方法32-33
• 2.4.2 温室气体(N_2O、CH_4和CO_2)的采集与测定33-34
• 2.5 污泥性能测试项目与方法34-42
• 2.5.1 PHB检测方法34-36
• 2.5.2 OUR测定方法36
• 2.5.3 脱氢酶活性测定方法36-38
• 2.5.4 电子传递体系活性测定方法38-39
• 2.5.5 胞外聚合物EPS测定方法39-42
• 第三章 不同浓度Fe~(3+)条件下污染物去除效果及迁移转化规律42-58
• 3.1 反应器运行效果评价42-47
• 3.1.1 Fe~(3+)在反应器内分布42-43
• 3.1.2 系统对COD的去除效果43-44
• 3.1.3 系统对氨氮的去除效果44-45
• 3.1.4 系统对总氮的去除效果45-46
• 3.1.5 系统对总磷的去除效果46-47
• 3.2 典型周期内各反应器COD变化规律47-48
• 3.3 典型周期内各反应器中氮形态转化规律48-51
• 3.4 典型周期内各反应器TP变化规律51-52
• 3.5 典型周期内各反应器DO和PH的变化52-55
• 3.6 小结55-58
• 第四章 不同浓度Fe(3+)条件下典型周期内温室气体的释放规律58-70
• 4.1 不同浓度Fe~(3+)条件下N_2O的释放规律58-62
• 4.2 不同浓度Fe~(3+)条件下CH_4的释放规律62-64
• 4.3 不同浓度Fe~(3+)条件下CO_2的释放规律64-66
• 4.4 各反应器对温室效应贡献的评价66-67
• 4.5 小结67-70
• 第五章 系统污泥性能和污染物去除及温室气体释放相关性研究70-80
• 5.1 污泥活性和污染物去除效果相关性研究70-76
• 5.1.1 脱氢酶和电子传递体系活性70-73
• 5.1.2 EPS73-74
• 5.1.3 SVI74-75
• 5.1.4 PHB和污染物去除效果相关性研究75-76
• 5.2 污泥活性和温室气体释放相关性研究76-78
• 5.2.1 PHB和N_2O释放相关性研究76-77
• 5.2.2 OUR和N_2O释放相关性研究77-78
• 5.6 小结78-80
• 第六章 结论与展望80-84
• 6.1 结论80-81
• 6.2 创新之处81-82
• 6.3 展望82-84
• 参考文献84-94
• 致谢94-96
• 附录96-97
• 附件97-102
• 学位论文评阅及答辩情况表102

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