铁锰元素对生化反应器效能以及微生物聚集的促进作用研究

论文摘要

本文针对过渡金属元素在水处理生化工艺中的应用研究,特选择Fe、Mn作为典型的代表元素,主要包括营养液中添加Mn2+促进好颗粒污泥形成机理研究以及滤料制备过程中加入Fe元素提高曝气生物滤池活性研究两部分。1通过对比法,研究序批式活性污泥法培养好氧颗粒污泥的过程中Mn2+对好氧颗粒污泥形成的影响是本文的第二大研究重点,其中实验组的营养液添加10mg/L Mn2+,对照组不添加任何含有Mn元素的物质。实验结果表明,实验组（R1）的形成好氧颗粒污泥的时间比对照组（R2）快所需时间短,并且实验组表现出较高的CODCr去除效率和NH4+-N去除效率,尽管两反应器的去除效率都很高；实验组的成熟好氧颗粒污泥具有比重大、沉降性能好、相对疏水性大、完整性系数高、使颗粒粒径分布集中VSS/SS值高以及胞外聚合物含量大等优点；三维荧光光谱分析胞外聚合物的结果显示实验组好氧颗粒污泥的胞外聚合物具有较高的有机物多样性的特点,特别是蛋白质的多样性；通过进行污泥样品DNA提取并进行聚合酶链反应（PCR）以及变形梯度凝胶电泳（DGGE）分析,两组好氧颗粒污泥的都具有较高的生物多样性,但是实验组的好氧颗粒污泥具有较强的生物多样性（实验组11种；对照组8种）；对照组的8种微生物菌群同时在实验组的好氧颗粒污泥也分析得到,实验组的其余三种微生物菌群只在实验组的好氧颗粒污泥上分析得到；Uncultured sludge bacterium A16（AF234726）和Rhodococcus sp. WTZ-R2（HM004214）为实验组好氧颗粒污泥的优势微生物菌群,而对照组好氧颗粒污泥的优势菌群为uncultured sludge bacterium A16（AF234726）。因此,Mn2+对好氧颗粒污泥的培养速度以及其成熟好氧颗粒污泥的物理化学和生物性质都具有重要的促进作用。2铁基填料（IOSP）由烧结矿、炭以及碳酸钙等原料经过一些列步骤高温烧制而成。通过选用性质较好的商品陶粒（CCP）作为对比,在实验室条件下进行上流式曝气生物滤池研究以说明铁基填料作为曝气生物滤池滤料的合理性以及可用性。研究结果表明,IOSP反应器只用了16天的时间就使得出水的CODCr浓度以及NH4+-N浓度达到稳定,而CCP反应器达到这一状态需要的时间是20天,也就是说IOSP反应器的挂膜速度快于CCP反应器；在这一过程中IOSP反应器的CODCr去除效率和NH4+-N去除效率一直高于CCP反应器；挂膜成功后,铁基填料上的生物量密度39.12mg/g而商品陶粒的生物量密度为25.95mg/g；在曝气条件下,由于滤料中含有较多的Fe元素,IOSP反应器表现出较高的总磷去除效率（最高总磷去除效率为64%,最低去除效率为42%）,对于CCP反应器,其最高的总磷去除效率仅为16%,远不到IOSP的总磷最低去除效率；在低pH条件下,IOSP显示出较强的缓冲性并且其CODcr去除效率和NH4+-N去除效率一直保持原来的高去除效率,而在进行酸性处理后,CCP反应器的去除效率则是直线下降；出水元素分析证明,在这一阶段Fe元素的出现是导致酸性条件下IOSP反应器保持高效率的主要因素；在对C.I.Reactive.Blue19去除的研究中,IOSP反应器的出水浓度在每个时间点都小于CCP反应器出水浓度。因此,IOSP的各项性能都不同程度的好于CCP,它可以成为废水处理工艺中一种集生化、物化性能于一身的新型优质滤料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 铁锰元素概述及其性质特点
• 1.1.1 过渡元素的含义
• 1.1.2 过渡元素的特征性质
• 1.1.3 铁锰元素的性质及其生物学特点
• 1.1.4 铁锰元素在生化工艺中应用研究现状
• 1.2 好氧颗粒污泥概述
• 1.2.1 好氧颗粒污泥的概念以及特性
• 1.2.2 好氧颗粒污泥的形成机理
• 1.2.3 影响好氧颗粒污泥培养的因素
• 1.2.4 二价金属离子加速好氧颗粒污泥形成研究现状
• 1.3 曝气生物滤池概述
• 1.3.1 曝气生物滤池的概念以及应用现状
• 1.3.2 曝气生物滤池的工艺原理以及主要优点
• 1.3.3 填料在曝气生物滤池中的地位及影响
• 1.3.4 曝气生物滤池中填料的研究现状
• 1.4 本课题的研究目以及研究内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 实验材料与分析方法
• 2.1 实验仪器及设备
• 2.2 实验药品
• 2.3 检测项目与分析方法
• 2.3.1 常规监测项目
• 2.3.2 引用参考文献检测项目
• 2.3.3 DNA的提取、聚合酶链反应（PCR）以及变形梯度凝胶电泳（DGGE）
• 2.3.4 三维激发以及发射基质（EEM）荧光光谱
• 2+促进好颗粒污泥形成机理研究'>第三章 添加Mn²⁺促进好颗粒污泥形成机理研究
• 3.1 试验装置
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 营养液组分以及接种污泥
• 3.2.2 装置运行方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 好氧颗粒污泥形成过程研究
• 3.3.2 成熟颗粒的物理以及化学性质研究
• 3.3.3 颗粒表面电镜分析以及遗传学特征研究
• 3.3.4 机理分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 Fe元素提高曝气生物滤池活性研究
• 4.1 试验装置
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 滤料制备
• 4.2.2 营养液组分以及接种污泥
• 4.2.3 装置运行方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 滤料的表面特征研究
• 4.3.2 反应器启动时期的运行效果研究
• 4.3.3 反应器的总磷（TP）去除效果研究
• 4.3.4 酸性条件下Fe元素对反应器正常运行效果研究
• 4.3.5 去除染料C.I.Reactive Blue 19（RB19）效果研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论和建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文以及专利
• 学位论文评阅及答辩情况表