短程反硝化除磷工艺特征及运行效能研究

论文摘要

针对传统生物脱氮除磷工艺（BNR）的弊端,本文着重对新型的短程硝化技术和反硝化除磷新技术进行了研究,并提出一个短程硝化—反硝化除磷脱氮新工艺技术组合,以用于低浓度生活污水的深度处理。间歇曝气方式是一种操作简单、效果良好的短程硝化控制技术。在间歇曝气硝化系统中,亚硝化菌（AOB）可以通过产率系数（YAOB）的增加来提高自身在反应器中的绝对生物量,并补偿因间歇曝气引起的比底物利用速率下降,从而使比增殖速率（μm）和NH4+的氧化速率不变。相反,硝化菌（NOB）不具备这种补偿特性,导致其μm和对NO2-氧化速率降低,引起NO2-在出水中积累。在5d泥龄下,间歇曝气系统的硝化速率和NO2-累积率分别达到8.8mg NH4+-N/L.h和84.6%,而连续曝气系统仅为6.0mg NH4+-N/L.h和21.2%。逐步增加进水中NO2-含量的方法可有效地驯化反硝化聚磷菌（DPAO）抵抗和利用较高浓度NO2-作为电子受体的能力,但同时会引起聚糖菌（GAO）在除磷系统中的增殖,影响除磷效果。维持厌氧段较高的pH值（7.0±0.5→7.8±0.5）能在一定程度上抑制GAO的生长,PAO/GAO（乙酸）竞争模型表明此时GAO对乙酸的竞争能力减弱。另外,污泥中糖原含量与除磷效能相关,糖原含量越高,除磷效能越差,反之亦然。控制吸磷阶段DO浓度或采用反硝化吸磷方式均可以减少糖原的再生数量。反硝化除磷和好氧除磷过程具有相同的厌氧反应计量学系数,表明无论是采取NO3-还是NO2-进行反硝化除磷,研究者均可以借鉴Delft除磷模型进行相关的模拟计算。但在不同的电子受体条件下,除磷系统的除磷容量各不相同,为O2>NO3->NO2-。系统中兼性PAO菌比例越高、PAO种类越丰富,除磷能力也就越强。本研究对PAO进行了详细的功能分类,根据对O2、NO3-和NO2-电子受体利用能力的不同,PAO共可被分为PO、PN、Pn/PNn、PON、PONn等5大类:其中PO属于好氧PAO（APAO）,PN和Pn/PNn属于DPAO,而PON和PONn为兼性的PAO微生物。兼性PAO是生物除磷的主要贡献者,而其余专性PAO则根据系统所用电子受体（O2、NO3-或NO2-）的不同而分别被选择富集。采用DGGE分子检测技术,作者对不同除磷系统中PAO菌群的16S rDNA的特异性PCR扩增产物进行了分析。结果表明,缺氧除磷系统与好氧除磷系统的微生物多样性并没有太大

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 水体富营养化
• 1.1.2 短程硝化和反硝化除磷技术
• 1.2 传统生物脱氮除磷技术
• 1.2.1 传统生物除磷原理
• 1.2.2 传统生物脱氮原理
• 1.2.3 传统生物脱氮除磷工艺
• 1.3 新型反硝化除磷脱氮技术
• 1.3.1 反硝化除磷理论
• 1.3.2 反硝化除磷工艺
• 1.4 聚磷菌与聚糖菌
• 1.4.1 聚磷菌
• 1.4.2 聚糖菌
• 2^-对反硝化除磷的影响'>1.5 NO₂^-对反硝化除磷的影响
• 1.6 生物脱氮除磷数学模型
• 1.6.1 ASM2D模型
• 1.6.2 Barker & Dold模型
• 1.6.3 Delft模型
• 1.7 课题研究内容
• 1.7.1 存在问题
• 1.7.2 研究内容
• 第2章 试验材料与方法
• 2.1 双污泥脱氮除磷系统
• 2.1.1 反硝化除磷单元
• 2.1.2 短程硝化单元
• 2.2 污泥驯化和系统启动
• 2.3 试验原水
• 2.4 静态试验装置
• 2.5 分析方法
• 2.5.1 常规指标
• 2.5.2 其它项目
• 2.5.3 PCR－DGGE分析
• 第3章 间歇曝气条件下短程硝化的实现与机理
• 3.1 短程硝化控制策略
• 3.2 硝化系统设计
• 3.3 间歇曝气硝化系统运行效能
• 3.3.1 硝化速率
• 3.3.2 脱氮效率
• 3.3.3 污泥产率
• 2^-积累'>3.3.4 NO₂^-积累
• 2^-积累的影响'>3.4 泥龄对NO₂^-积累的影响
• 4⁺氧化'>3.4.1 NH₄⁺氧化
• 2^-氧化'>3.4.2 NO₂^-氧化
• 2^-积累机理'>3.5 NO₂^-积累机理
• 3.5.1 生物量指数
• 3.5.2 动力学常数测定
• 3.5.3 积累机理分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷特征
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 SBR除磷系统
• 2^-为电子受体的DPAO驯化'>4.1.2 NO₂^-为电子受体的DPAO驯化
• 2^-对运行效能的影响'>4.2 NO₂^-对运行效能的影响
• 4^3-去除'>4.2.1 PO₄^3-去除
• x^-去除'>4.2.2 NO_x^-去除
• 4.3 反硝化除磷效率
• 2^-与NO₃^-比较'>4.3.1 NO₂^-与NO₃^-比较
• 4.3.2 缺氧与好氧除磷比较
• 4.4 反硝化除磷化学计量学
• 2^-对PAO/GAO生长的影响'>4.5 NO₂^-对PAO/GAO生长的影响
• 2^-对缺氧吸磷的抑制'>4.6 NO₂^-对缺氧吸磷的抑制
• 4.6.1 试验设计
• 4.6.2 试验结果
• 4.7 PAO的功能分类
• 4.7.1 不同PAO的定量方法
• 4.7.2 除磷系统中PAO的组成特点
• 4.8 16S rDNA的DGGE分析
• 4.9 本章小结
• 第5章 pH对PAO与GAO竞争关系的影响
• 5.1 材料和方法
• 5.1.1 反硝化除磷系统优化运行
• 4^3-化学沉淀试验'>5.1.2 PO₄^3-化学沉淀试验
• 5.1.3 糖原再生试验
• 5.1.4 pH对DPAO厌氧代谢的影响
• 5.2 pH对运行效能的影响
• 4^3-化学沉淀'>5.2.1 PO₄^3-化学沉淀
• 4^3-/NO₂^-去除'>5.2.2 PO₄^3-/NO₂^-去除
• 5.2.3 污泥中糖原含量的变化
• 5.2.4 电子受体与糖原再生
• 5.3 反硝化除磷化学计量学
• 5.4 pH对DPAO厌氧代谢的影响
• 5.4.1 DPAO富集度检验
• 5.4.2 pH对厌氧释磷的影响
• 5.4.3 pH对糖原降解的影响
• 5.5 DPAO乙酸吸收动力学
• 5.5.1 pH对乙酸去除速率的影响
• 5.5.2 乙酸吸收动力学模型
• 5.5.3 动力学常数求解
• 5.6 PAO/GAO（乙酸）竞争模型
• 5.7 本章小结
• 第6章 短程反硝化除磷工艺处理生活污水效能
• 6.1 双污泥系统启动
• 6.2 系统运行效能
• 6.2.1 污染物去除
• 6.2.2 DPAO污泥特性
• 6.2.3 硝化菌活性
• 6.3 双污泥系统优点——计量学分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
• 哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
• 哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理
• 致谢
• 个人简历