廢水脫氮與沼氣脫硫耦聯(lián)反應動力學研究

【摘要】：豬場廢水厭氧消化液好氧后處理脫氮與沼氣脫硫耦聯(lián)過程的反應速率取決于微生物反應速率還是沼氣中硫化氫向混合液傳質的速率?要回答這一問題的任務之一是弄清脫氮與脫硫耦聯(lián)微生物反應速率及其影響因素。在自然科學基金“廢水脫氮與沼氣脫硫耦聯(lián)反應動力學”（No.31101749）的支持下，以人工模擬含氮含硫廢水為底物，研究了底物濃度和溫度對脫氮與脫硫耦聯(lián)微生物氮、硫轉化速率的影響及反應動力學參數。得出以下主要研究結果： （1）4種不同方式培養(yǎng)馴化脫氮脫硫微生物過程中，接種厭氧污泥反應器比接種好氧污泥反應器對NOx-N去除率更穩(wěn)定。以含氮廢水+沼氣中H2S為底物的反應器的硫化物轉化率達到60%所需時間（21d）比含氮含硫廢水為底物的反應器（3d）更長。不接種污泥以含氮含硫廢水的填料反應器同樣能夠馴化出脫氮脫硫污泥，只是需要更長的馴化時間。 （2）脫氮脫硫反應器中斷運行2個月后再進行污泥活性恢復，以沼氣中H2S和含氮廢水為底物培養(yǎng)馴化的污泥，硫轉化活性恢復所用的時間為15d，比含氮含硫廢水為底物馴化的污泥的硫轉化活性恢復所需時間更長。其他3種馴化方式馴化的污泥從整個活性恢復過程中來看，所需時間差別不大。 （3）采用分子生物學手段DGGE分析脫氮脫硫污泥中微生物優(yōu)勢種群，取得了較好的分離效果，顯示了4種馴化方式脫氮脫硫耦聯(lián)污泥系統(tǒng)中的微生物多樣性。經鑒定得知為埃希氏-志賀菌屬（Escherichia-Shigella）。 （4）在15℃、20℃、25℃、30℃和35℃條件下，研究了底物濃度對脫氮脫硫微生物硝酸鹽氮轉化速率的影響，建立了動力學模型。15℃、20℃、25℃、30℃和35℃的硝酸鹽氮的最大比轉化速率分別為4.08、4.98、5.66、6.22和7.16d-1，半飽和常數分別為3.06、3.43、3.79、4.37、4.55mg/L。硝酸鹽氮最大轉化速率和半飽和常數均隨著溫度升高而升高，溫度對硝酸鹽氮最大轉化速率影響的溫度系數為1.03；溫度對半飽和常數影響的溫度系數為1.02。 （5）在反應器中污泥濃度為3.6g/L，硝酸鹽氮濃度2.72mg/L，15℃、20℃、25℃、30℃、35℃條件下可能達到的硝酸鹽氮轉化速率分別為6.92、7.91、8.49、8.60和9.64gNO3--N/(L·d)。 （6）在15℃、20℃、25℃、30℃和35℃條件下，研究了底物濃度對脫氮脫硫微生物硫化物轉化速率的影響，建立了動力學模型。15℃、20℃、25℃、30℃和35℃的硫化物最大比轉化速率分別為16.9、27.6、39.5、81.3和127d-1，半飽和常數分別為：4.52、6.43、8.26、14.2和20.0mg/L。硫化物轉化速率和半飽和常數均隨著溫度升高而升高，溫度對硝酸鹽氮轉化速率影響的溫度系數為1.11；溫度對半飽和常數影響的溫度系數為1.08。 （7）在反應器中污泥濃度為3.60g/L，硫化氫濃度0.049mg/L，15℃、20℃、25℃、30℃和35℃條件下可能達到的硫化物轉化速率分別為5.23、5.34、5.64、5.82和5.85g S2-/(L·d)。 【關鍵詞】：豬場廢水 脫氮 沼氣 脫硫 動力學
【學位授予單位】：中國農業(yè)科學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：X713
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 豬場廢水污染及危害13
• 1.2 國內外豬場廢水脫氮研究現狀13-16
• 1.2.1 物化法13-14
• 1.2.2 生物處理法14
• 1.2.3 傳統(tǒng)硝化反硝化脫氮14-15
• 1.2.4 新型生物脫氮15-16
• 1.3 硫化氫的排放及危害16-17
• 1.4 國內外沼氣脫硫研究現狀17-18
• 1.4.1 化學法脫硫17
• 1.4.2 生物法脫硫17-18
• 1.5 國內外同步脫氮脫硫研究現狀18-22
• 1.5.1 同步脫氮脫硫反應原理18-19
• 1.5.2 同步脫氮脫硫微生物19-20
• 1.5.3 同步脫氮脫硫工藝因素20-21
• 1.5.4 脫氮及脫硫動力學研究進展21-22
• 1.6 研究目的、意義及內容22-24
• 1.6.1 研究目的及意義22
• 1.6.2 研究內容22-23
• 1.6.3 技術路線23-24
• 第二章 脫氮脫硫污泥的馴化培養(yǎng)及污泥活性恢復24-38
• 2.1 實驗目的24
• 2.2 實驗材料與方法24-27
• 2.2.1 實驗材料24-25
• 2.2.2 實驗方法25-26
• 2.2.3 分析項目與方法26-27
• 2.3 結果與討論27-36
• 2.3.1 脫氮除硫耦聯(lián)污泥馴化過程 NOx-N 的轉化27-29
• 2.3.2 脫氮脫硫耦聯(lián)污泥馴化過程硫化物的轉化29-32
• 2.3.3 脫氮脫硫耦聯(lián)污泥活性恢復過程 NOX-N 的轉化32-34
• 2.3.4 脫氮除硫耦聯(lián)污泥活性恢復過程硫化物的轉化34-36
• 2.4 本章小結36-38
• 第三章 脫氮脫硫污泥中微生物優(yōu)勢種群分析38-46
• 3.1 實驗目的38
• 3.2 實驗材料與方法38-40
• 3.2.1 實驗材料38
• 3.2.2 實驗方法38-40
• 3.3 結果與討論40-45
• 3.3.1 DNA 的提取和 PCR 擴增40-42
• 3.3.2 微生物種群多樣性分析42-43
• 3.3.3 測序結果43-45
• 3.4 本章小結45-46
• 第四章 廢水脫氮與沼氣脫硫耦聯(lián)微生物對硝酸鹽氮轉化動力學46-61
• 4.1 實驗目的46
• 4.2 實驗材料與方法46-50
• 4.2.1 實驗材料46-47
• 4.2.2 實驗方法47
• 4.2.3 濃度對反應速率影響的動力學模型47-49
• 4.2.4 溫度對反應速率影響的動力學模型49-50
• 4.2.5 溫度對飽和常數影響的動力學模型50
• 4.2.6 分析項目與方法50
• 4.3 結果與討論50-59
• 4.3.1 底物濃度對硝酸鹽氮轉化速率的影響50-57
• 4.3.2 溫度對硝酸鹽氮轉化動力學常數的影響57-59
• 4.3.3 廢水脫氮與沼氣脫硫藕聯(lián)反應器中可能達到的最大硝酸鹽氮轉化速率59
• 4.4 本章小結59-61
• 第五章 廢水脫氮與沼氣脫硫耦聯(lián)微生物對硫化物轉化動力學研究61-73
• 5.1 實驗目的61
• 5.2 實驗材料與方法61-62
• 5.2.1 實驗材料61
• 5.2.2 實驗方法61
• 5.2.3 濃度對反應速率影響的動力學模型61-62
• 5.2.4 分析項目與方法62
• 5.3 結果與討論62-72
• 5.3.1 底物濃度對硫化物轉化速率的影響62-69
• 5.3.2 溫度對硫化物轉化動力學常數的影響69-71
• 5.3.3 廢水脫氮與沼氣脫硫耦聯(lián)反應器中可能達到的最大硫化物轉化速率71-72
• 5.4 本章小結72-73
• 第六章 全文結論及建議73-75
• 6.1 全文結論73-74
• 6.2 建議74-75
• 參考文獻75-83
• 致謝83-84
• 作者簡歷84

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