電氣石強化生物低溫硝化效能的機制研究

《電氣石強化生物低溫硝化效能的機制研究》是依託哈爾濱工業大學，由邱珊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電氣石強化生物低溫硝化效能的機制研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：邱珊

項目摘要

針對我國北方地區冬季低溫期長導致的城市污水硝化效率低這一關鍵問題，根據實驗室前期研究成果，通過電氣石強化低溫生物硝化效能進而達到提高低溫期城市污水硝化效率。利用先進的材料學結構分析和分子生物學解析手段，確定電氣石特性對硝化細菌以及硝化關鍵酶的影響；通過比較電氣石和改性電氣石對硝化過程的影響，得到電氣石自反電極增強硝化過程的機理；進而構建一種新的提高低溫條件下城市污水硝化效能的技術方法，並通過小試獲得調控參數，為我國北方廣大地區污水低溫硝化反應提供理論依據和工藝指導。

結題摘要

十二五期間，國家污水處理目標不僅有COD、SS，還補充了氮、磷指標，對排放至水體的氨氮濃度有嚴格要求。但是傳統的生物脫氮系統硝化效果無法滿足國家日益嚴格的排放要求。通過電氣石強化低溫生物硝化效能，得到電氣石自反電極增強硝化過程的機理；進而構建一種新的提高低溫條件下城市污水硝化效能的技術方法。 本研究從電氣石用量、攪拌條件、利用次數和放置時間等角度出發，探討電氣石對水的pH值、DO值和電導率值的作用和影響。經試驗論證，電氣石可有效調節水體pH值至弱鹼性（8.0），提高水體電導率和溶解氧濃度，這主要是由於電氣石的自發電極特性。除了對水性質的影響，實驗還分別從微生物生理和生態角度出發，探討電氣石對微生物本身及酶活性的影響。結果表明，電氣石可促進氨氧化細菌（亞硝化單胞菌）生長繁殖，縮短遲緩期，提高細菌菌量，提高細菌酶活性。同時，電氣石長期作用還對活性污泥菌群的群落結構造成影響，對原本受溫度及pH影響的硝化菌群有著促進作用。 本研究發現，電氣石經熱處理後，物理狀態、內部結構（SEM）和紅外吸收光譜均發生變化，自發電極特性增強；電氣石自發電極特性的增強，直接影響電氣石對水體（pH、DO和電導率）和氨氧化速率的作用，提高水體pH值、DO值和電導率的同時，有效促進氨氧化細菌的生長和氨氮的氧化；400℃-800℃煅燒條件下，電氣石的自發電極特性明顯，當煅燒溫度達到1000℃時，由於內部結構遭到破壞，電氣石的電極特性消失，對水體和氨氮氧化不再影響；通過氨氮氧化動力學模型發現，400℃煅燒電氣石作用下氨氧化速率達到最大，為3.007 mg/(L•h)。 研究以水性聚氨酯（waterborne polyurethane）為介質，導入電氣石，製備負載電氣石的聚氨酯(tourmaline on polyurethane, TPU)載體。用掃描電鏡（SEM）、持水倍率、孔隙結構、表觀密度表征載體的物理性能，並且考察TPU載體對掛膜量及硝化能力的影響。首先在實驗室低溫條件下（5-12℃）小試從動態方面對比研究TPU接觸氧化系統和活性污泥系統的生物活性及對城市生活污水的處理效果。通過曝氣量、pH值確定最佳掛膜啟動參數，通過溫度、水力停留時間確定最佳運行參數。其次在污水處理廠低溫條件下，穩定運行30d，TPU接觸氧化系統對COD、NH4+-N、TN、TP的平均轉化率效果比活性污泥系統高。