單一反應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，最終將其轉化成氮氣的生物過程。由于這個生物學性質，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的基礎。在單一反應器中構建甲烷化同時反硝化反應體系，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體系進水的碳源物質，從而進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的降解進行降解動力學分析，研究比產甲烷速率與COD的比降解速率之間的關系。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模擬反應器中構建甲烷化同時反硝化

3、反應體系，并利用分子生物學的方法構建反應器中污泥的基因組文庫，分析體系構建前后污泥中微生物種類的變化情況;同時運行兩個反應器，對比不同的進水碳源物質在連續(xù)流條件下構建甲烷化同時反硝化體系的差異。得出以下結論:
　　(1)初始COD/NO3--N比值對甲烷化同時反硝化反應體系的影響很明顯，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99％以上，COD降解

4、率可達到84％以上，N2和CH4累積產量都較高，可以較為快速地實現(xiàn)同步反硝化產甲烷反應，是較為合適的初始COD/NO3--N值，這一結果與其他確定COD濃度定量添加NO3-N的研究結果基本一致。
　　(2)碳源種類對甲烷化同時反硝化反應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體系NO3--N降解率在99％以上，TOC降解率分別可達92.2％和87％，產氣效果良好，均適合做單一反應體系內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規(guī)模上看，以蔗糖作為碳源更經濟、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系的動力學模型進行分析，經擬合得到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-麥第二方程進行動力學分析，經擬合得到，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。甲烷的產率系數(shù)為3.741 mL CH4/g COD。
　　(5)在小型的UASB反應器中，以乙酸鈉作為碳源可以快速構建甲烷化同時反硝化反應體系，TOC和NO3--N降解率都比較高，產氣效果也比較好。這一結果與間

7、歇性小試實驗結論相悖，推測是由于間歇實驗的反應體系比較小，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反應器中構建甲烷化同時反硝化反應體系，最終TOC和NO3--N降解率也比較高，產氣效果也比較好，只是構建過程可能需要更長的時間以達到理想的處理效果。
　　(6)利用分子生物學方法分析構建甲烷化同時反硝化體系前后反應器內微生物種群的變化。結果表明，反應器內的優(yōu)勢古細菌由產甲烷桿菌屬(Methanobacteri