反硝化聚磷菌特性与反硝化除磷工艺研究

论文摘要

建立社会用水的健康循环是解决我国水危机、实现水资源可持续利用的根本途径。在实现水系统健康循环的基本策略中,建立城市范畴上的再生水供应系统是重中之重。寻求经济、可行的再生水生产技术是我国水处理领域面临的首要问题。近年来反硝化除磷理论的提出给我们提供了新的思路和视角,以其“一碳两用”、“节能环保”的优势越来越受到人们的关注。针对这一现状,本课题以实际生活污水为处理对象,对反硝化聚磷菌的特性及反硝化除磷工艺展开深入研究。A2N双污泥同步除磷脱氮工艺是反硝化除磷理论的典型工艺。本研究以实验室内现有的A2N双污泥工艺系统为基础,对反硝化聚磷菌的生物特性进行深入研究,同时针对A2N双污泥工艺中存在的问题,提出一种改进工艺,并考察了改进工艺对生活污水的处理效能,以期寻求一种经济、可行的再生水生产技术。通过A2N双污泥系统的微生物研究发现:反硝化聚磷污泥和普通好氧聚磷污泥在性状上极为相似,内源物质聚β羟基丁酸和聚磷在厌氧/缺氧的交替过程中有着和厌氧/好氧相同的变化规律;系统中同时存在着两类聚磷菌,一类是可以同时以氧和硝酸氮为电子受体的聚磷菌,另一类是只能以氧为电子受体的聚磷菌。为了进一步研究反硝化聚磷菌的特性与生物多样性,对以氧、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮为电子受体的生物除磷系统进行对比研究。研究发现,亚硝酸盐氮对聚磷菌好氧和缺氧吸磷的抑制浓度分别为0.88mgN/gVSS和6.72 mgN/gVSS;在以硝酸盐氮为电子受体的反硝化除磷基础上采用逐渐增加亚硝酸氮浓度的方法驯化聚磷污泥,可以增加污泥对亚硝酸盐氮的适应性,并最终可以选择亚硝酸氮作为唯一电子受体,但其除磷效率远低于以氧和硝酸盐氮为电子受体的除磷系统,同时发现除磷系统生物群落结构随着电子受体的变化而改变,聚磷菌种类具有多样性。通过一系列的试验对反硝化吸磷过程中的一些重要影响因子进行了考察。碳源类型对反硝化除磷影响较大。碳源的长期试验结果表明,以丙酸钠和乙酸钠为碳源的除磷系统除磷效率相当,以葡萄糖作为唯一碳源,造成了除磷系统的崩溃。DGGE分析结果显示,以乙酸钠和丙酸钠为碳源的系统生物群落结构极为相似,以葡萄糖作为唯一碳源造成了除磷系统生物群落结构的彻底改变,以Micropruina glycogenica为代表的典型聚糖菌在系统中富集起来。反硝化聚磷菌属于低温耐冷菌,低温的短期冲击对缺氧吸磷的影响并不大,10℃20℃为反硝化除磷的高效段。增大污泥系统的MLSS,可以提高缺氧初期的反硝化吸磷速度和最终的吸磷总量,但单位污泥的吸磷量没有提高反而减小。针对A2N工艺运行中存在的问题,提出改进型A2N工艺,考察了改进工艺对生活污水的处理效能,并对影响系统运行的主要因素进行了探讨。在进水C/N比较低的情况下（3.55.5）,改进A2N双污泥系统对COD、NH4+-N、TN和TP的平均去除率分别为80.93%、97.44%、81.46%和68.2%。其中COD、NH4+-N和TN的去除效果比较理想,达到国家《城镇污水厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准,达到了回用水要求。系统对TP的去除有待于进一步提高,出水平均值为0.94 mg/L,达到一级B排放标准。和传统的A2N双污泥反硝化除磷工艺相比,改进A2N工艺流程更为简洁,在NH4+-N和TN的去除上更具优势,在大多数时间内出水NH4+-N甚至可以达到零排放,由于好气滤柱生物膜内微环境引起的自养脱氮效应,在硝化液回流比一定的情况下,TN的去除率稳定而且高效。但由于改进的A2N工艺除磷效率抗冲击性较差,再加上好气硝化滤池内“二次释磷”现象的影响,改进的A2N工艺的除磷效率低于传统的A2N工艺。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 我国水资源现状
• 1.2 污水生物脱氮除磷理论及工艺技术现状
• 1.2.1 传统生物脱氮机理
• 1.2.2 传统生物除磷机理
• 1.2.3 生物脱氮除磷组合工艺
• 1.3 反硝化除磷脱氮新技术的研究现状
• 1.3.1 反硝化除磷脱氮理论的提出
• 1.3.2 反硝化聚磷微生物的研究
• 1.3.3 反硝化聚磷数学模型的建立
• 1.3.4 反硝化除磷工艺的研究进展
• 1.3.5 反硝化除磷的影响因素
• 1.4 课题来源及研究的目的、意义与内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 课题的研究目的与意义
• 1.4.3 课题的研究内容
• 第2章 试验材料与方法
• 2.1 试验装置与设备
• 2.1.1 连续流试验装置
• 2.1.2 SBR 试验装置
• 2.2 试验用水与水质
• 2.2.1 连续流反应器用水水质
• 2.2.2 SBR 反应器用水水质
• 2.3 主要仪器和分析监测方法
• 2.3.1 主要仪器设备
• 2.3.2 常规指标的检测
• 2.3.3 微生物试验方法
• 2.4 试验设计
• 2.4.1 电子受体对生物除磷系统的影响试验
• 2.4.2 碳源对反硝化除磷系统的影响试验
• 2.4.3 温度对反硝化除磷系统的影响试验
• 2.4.4 MLSS 对反硝化除磷系统的影响试验
• 2N 双污泥系统运行效能及聚磷微生物研究'>第3章 A²N 双污泥系统运行效能及聚磷微生物研究
• 3.1 双污泥系统运行效能分析
• 3.1.1 系统运行结果分析
• 3.1.2 系统存在的问题
• 3.2 聚磷微生物研究
• 3.2.1 反硝化聚磷污泥的特殊染色观察
• 3.2.2 聚磷菌的分离与鉴定
• 3.2.3 聚磷菌的吸磷试验
• 3.3 本章小结
• 第4章 电子受体对生物除磷系统的影响及微生物种群结构变化
• 4.1 不同电子受体生物除磷系统的运行效能
• 2和NO₃^--N 为电子受体的运行效果'>4.1.1 以O₂和NO₃^--N 为电子受体的运行效果
• 2^--N 为电子受体的运行效果'>4.1.2 以NO₂^--N 为电子受体的运行效果
• 4.1.3 三种电子受体运行效果的对比分析
• 4.1.4 三系统污泥除磷能力的分析
• 4.2 不同电子受体生物除磷系统的生物群落结构分析
• 4.2.1 不同电子受体生物除磷系统的微生物群落变化
• 4.2.2 不同电子受体生物除磷系统的微生物多样性分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 反硝化除磷系统的影响因素研究
• 5.1 碳源对反硝化除磷系统的影响
• 5.1.1 碳源选择
• 5.1.2 碳源短期改变对反硝化除磷系统的影响
• 5.1.3 不同碳源反硝化除磷系统的长期运行效果
• 5.1.4 不同碳源生物除磷系统的生物群落结构分析
• 5.2 温度对反硝化除磷的影响
• 5.2.1 温度对缺氧吸磷的影响
• 5.2.2 温度对反硝化脱氮的影响
• 5.2.3 温度对反硝化除磷效率的影响
• 5.3 污泥浓度对反硝化除磷的影响
• 5.3.1 污泥浓度对缺氧吸磷的影响
• 5.3.2 污泥浓度对反硝化脱氮的影响
• 5.4 本章小结
• 2N 工艺处理低C/N 比生活污水的试验研究'>第6章 改进A²N 工艺处理低C/N 比生活污水的试验研究
• 6.1 系统的启动
• 6.1.1 好气硝化滤柱的启动
• 6.1.2 反硝化聚磷污泥的培养驯化
• 2N 反硝化除磷脱氮系统的启动'>6.1.3 改进A²N 反硝化除磷脱氮系统的启动
• 6.2 系统运行参数的设定
• 2N 工艺运行效果分析'>6.3 改进A²N 工艺运行效果分析
• 6.3.1 COD 的去除效果
• 4⁺-N 的去除效果'>6.3.2 NH₄⁺-N 的去除效果
• 6.3.3 总氮的去除效果
• 6.3.4 总磷的去除效果
• 2N 工艺主要影响因素研究'>6.4 改进A²N 工艺主要影响因素研究
• 6.4.1 硝化液回流比对系统的影响
• 6.4.2 进水C/N 对系统的影响
• 6.4.3 污泥回流比对系统的影响
• 6.4.4 后置曝气时间对系统的影响
• 6.4.5 温度对系统的影响
• 6.4.6 碱度对系统的影响
• 6.4.7 ORP 与反硝化除磷的关系
• 6.5 本章小结
• 结论与建议
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历