【摘 要】
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针对低碳氮比高氨氮的餐厨垃圾发酵废水脱氮碳源不足,难降解有机物膜处理成本高,运行管理复杂的问题,本研究在课题组前期短程脱氮技术研究的基础上,以餐厨垃圾发酵废水短程硝化反硝化系统出水（残留亚氮和难降解有机物）为研究对象,研发基于生物-电解耦合的餐厨垃圾发酵废水深度处理技术,以实现短程自养反硝化脱氮与难降解有机物的同步高效去除的目标。系统探究了填料、电极种类、微生物生长方式对生物-电解耦合深度处理系统
【基金项目】
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重庆市技术创新与应用示范项目“餐厨垃圾发酵废水高效低成本处理技术研究及示范（cstc2018jscx-mszd X0070）”课题；
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针对低碳氮比高氨氮的餐厨垃圾发酵废水脱氮碳源不足,难降解有机物膜处理成本高,运行管理复杂的问题,本研究在课题组前期短程脱氮技术研究的基础上,以餐厨垃圾发酵废水短程硝化反硝化系统出水（残留亚氮和难降解有机物）为研究对象,研发基于生物-电解耦合的餐厨垃圾发酵废水深度处理技术,以实现短程自养反硝化脱氮与难降解有机物的同步高效去除的目标。系统探究了填料、电极种类、微生物生长方式对生物-电解耦合深度处理系统构建的影响;考察了氮负荷、电流、温度对生物-电解耦合短程自养反硝化系统脱氮效能的影响,得出系统高效脱氮的关键工况参数;重点考察了基于生物-电解耦合的实际餐厨垃圾发酵废水深度脱氮与难降解有机物同步去除的效能,得出了废水达标最优工况。此外,利用16S r RNA高通量测序技术,解析生物-电解耦合短程自养反硝化系统微生物种群结构及优势功能菌属,揭示了系统的微生物作用机制;并利用三维荧光光谱（3D-EEM）解析了难降解有机物的降解规律。主要研究结论如下:填料、电极种类对生物-电解耦合短程自养反硝化脱氮系统的构建影响显著。天然纤维（密度40 g/L）、铁阳极是生物-电解耦合系统的适宜填料、电极;在温度为24±1°C、无外加碳源的条件下,反应器运行12 d,成功构建生物-电解耦合短程自养反硝化脱氮系统,NO2--N、总氮（TN）平均去除率分别达到99.78%、94.39%,TN平均去除率较组合填料系统高4.23%,较碳棒为阳极的系统高4.84%;16S r RNA高通量测序结果表明:系统内自养反硝化功能菌属主要有Aquihabitans、Thauera、Proteiniclasticum,系统主要通过氢自养反硝化、铁型反硝化等路径实现脱氮。此外,微生物生长方式对餐厨垃圾发酵废水生物-电解耦合深度处理系统的构建影响显著。构建成功的活性污泥-电解耦合深度处理系统,氮与难降解有机物同步去除效能高,NO2--N、TN的平均去除率分别为99.97%、84.30%,色度、UV254、COD平均去除率分别为96.13%、73.10%、62.09%,处理效能高于生物膜系统。氮负荷、电流、温度对生物-电解耦合短程自养反硝化脱氮系统效能影响显著。进水NO2--N负荷从0.05 kg N/（m~3·d）提高至0.10 kg N/（m~3·d）,系统TN平均净去除负荷由0.047 kg N/（m~3·d）增加至0.077 kg N/（m~3·d）,随着负荷的增加,系统脱氮能力增强;在NO2--N负荷0.05 kg N/（m~3·d）下,电流强度从50 m A降至10 m A,TN去除率逐渐降低,适宜的电流强度为30 m A,TN去除率为88.75%;当温度从35°C提高至43°C,TN去除率由87.35%降为82.41%,温度继续提高至45°C时,TN去除率降低至72.80%,系统对中高温具有一定的抵抗能力,最适温度为35°C。进水NO2--N负荷从0.05 kg N/（m~3·d）提高至0.10 kg N/（m~3·d）时,系统内反硝化功能菌属的总相对丰度从20.51%提高至66.25%,优势反硝化功能菌属由Aquihabitans、Thauera、Proteiniclasticum转变为Thauera、Pseudomonas;当电流从50 m A降为20 m A时,系统内优势功能菌属转变为Thauera、Acetoanaerobium;系统内主要通过自养反硝化路径脱氮。电流、负荷对餐厨垃圾发酵废水生物-电解耦合深度处理系统的氮、难降解有机物同步去除效能影响显著。最适电流强度为60 m A,系统NO2--N、TN的平均去除率分别为99.79%、84.96%,色度、UV254、COD的平均去除率分别为98.59%、74.31%、67.36%;出水中溶解性有机物的总累计荧光强度较进水降低38.69%,难生物降解有机物的累计荧光强度降低42.58%,难降解有机物所占比例降低4.70%,电絮凝为难降解有机物去除的主要途径;氮、有机负荷分别为0.018～0.021 kg N/（m~3·d）、0.146～0.209 kg COD/（m~3·d）时,NO2--N及TN的平均去除率分别为99.78%、85.80%,色度、UV254、COD的平均去除率分别为98.15%、79.53%、80.42%;出水中溶解性有机物的总累计荧光强度较进水降低39.75%,难降解有机物的累计荧光强度降低44.96%。最优工况下,餐厨垃圾发酵废水生物-电解耦合深度处理系统的出水NH4+-N、TN平均浓度分别为8.01±1.89、8.48±1.67 mg/L;平均COD、色度分别为91±6 mg/L、10±3,达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889-2008）“表2规定”。
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