城市受污染河道水体的生物修复 ——基于生物膜除磷过程的研究

论文摘要

针对富营养化的状况,目前,采用生物方法能较好地去除氮素,但对于磷,多数反应器并不能达到满意的去除效果。针对这一状况,本课题采用生物方法比较研究不同工艺下的影响因素和去除效果。国内外大多采用生物陶粒作为生物膜载体,但其存在流态和反冲洗的问题,并且结构复杂,操作管理不便。本课题采用蜂窝陶瓷作为生物膜载体,主要因为蜂窝陶瓷载体的特殊结构可以使陶瓷载体表面更易于微生物附着,生物相极其丰富,另外,蜂窝增加了传质效果。首先,采用原位和异位的生物修复技术处理河道水,研究不同停留时间下总磷的去除情况,结果表明,在不同的厌氧和好氧条件下变动,原位修复和异位修复中总磷去除率在-3.39%—50.51%之间波动,去除效果较差。之后,采用序批式生物膜反应器（SBBR）和A/O工艺进行比较,分别处理模拟的受污染的地表水。重点研究磷的去除规律及影响因素,实验结果表明,厌氧时间为2.5h,好氧时间为6h;进水COD/TP为50-60,从SBBR出水中,磷浓度小于0.5 mg/L,总磷去除率大于85%,而A/O工艺的除磷率不到50%。改进A/O工艺,考察A/O内回流反应器对模拟废水和原漕河泾河道水的处理效果,结果表明,模拟废水:在进水流量为5 ml/min,回流流量为19 ml/min工况条件下,即厌氧反应器的停留时间为4.12min,好氧反应器停留时间为38.48 min。总磷的最高去除率能达到90%以上,氨氮的平均去除率为90.10%,COD的平均去除率为73.19%,克服了SBR反应器高好氧停留时间的弊端,在一定程度上节约了处理成本。原漕河泾河道水的总磷的最高去除率为56.09%。氨氮的平均去除率为84.07%,分析原因,原河道水碳源较低,不能满足聚磷菌的生长需要。然后,在河道水的基础上,添加碳源乙酸,总磷去除率提高,高效但不稳定。此外,本课题还对反应器内的生物膜进行PCR—DGGE的菌种鉴定。从厌氧反应器、好氧反应器以及出水沉淀的生物膜中取样。使用细菌通用引物对从总DNA中成功扩增出目标16S rDNA片段,然后对扩增的16S rDNA进行DGGE,对凝胶染色并进行条带统计分析和切胶测序,使用序列数据进行同源性分析并建立了系统发育树。从好氧生物膜分离到与气单胞菌属、大肠杆菌和兼性厌氧革兰氏阴性杆菌的同源相似性94%的菌种。从厌氧生物膜中分离到与葡萄球菌属、假单胞菌属相似性为99%的菌种。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 国内外水资源状况
• 1.1.1 国外水环境污染状况
• 1.1.2 国内水资源状况
• 1.2 水体富营养化状况
• 1.2.1 我国水体富营养化状况
• 1.2.2 磷在富营养化中的作用
• 1.2.3 富营养化的危害
• 1.3 本课题的研究目的和内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 研究目的和意义
• 1.3.3 研究内容
• 1.3.4 技术路线
• 第二章 除磷方法的研究
• 2.1 化学除磷
• 2.1.1 除磷原理
• 2.1.2 化学除磷方法
• 2.2 生物除磷
• 2.2.1 除磷原理
• 2.2.2 生物除磷影响因素
• 2.2.3 不同生物除磷工艺的比较
• 2.2.4 生物除磷的研究历史和研究展望
• 2.3 生物除磷与化学除磷的比较
• 2.3.1 生物除磷的优点
• 2.3.2 生物除磷的缺点
• 第三章 原位和异位修复过程除磷的比较研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验装置及反应流程图
• 3.1.2 实验仪器及项目分析方法
• 3.1.3 接种污泥的驯化
• 3.1.4 实验用水
• 3.2 实验结果及讨论
• 3.3 本章小结
• 第四章 SBR 和 A/O 不回流生物膜工艺除磷实验比较
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 实验装置及反应流程图
• 4.1.2 活性污泥的的培养
• 4.1.3 实验水质
• 4.1.4 反应器的操作运行
• 4.2 实验结果及讨论
• 4.3 本章小结
• 第五章 A/O 内回流工艺除磷实验
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 实验装置
• 5.1.2 载体材料
• 5.1.3 实验用水
• 5.1.4 反应器的操作运行
• 5.2 实验结果及讨论
• 5.2.1 模拟废水的实验结果
• 5.2.2 实际河道水的实验结果
• 5.2.3 外加有机碳源对总磷去除的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 PCR—DGGE 研究 A/O 回流除磷生物膜反应器中的细菌多样性
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 生物膜总DNA 初提与纯化
• 6.1.2 PCR 扩增
• 6.1.3 DGGE 分析
• 6.1.4 切胶回收
• 6.1.5 转接
• 6.2 测序结果及讨论
• 6.2.1 厌氧生物膜中16S rDNA 的PCR 扩增及序列分析
• 6.2.2 好氧生物膜中16S rDNA 的PCR 扩增及序列分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 7.1 生物反应器的优点、缺点
• 7.1.1 生物反应器的优点
• 7.1.2 生物反应器的缺点
• 7.1.3 建议
• 7.2 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目及研究成果