稀土元素对好氧颗粒污泥性能的影响研究

论文摘要

我国的稀土资源非常丰富，随着稀土资源不断挖掘及现代科技的发展，稀土的应用领域也日益广泛，研究表明适宜浓度稀土元素具有提高细胞酶活性，促进微生物生长等性质。本文利用稀土元素对微生物的生物学作用，将其应用于废水生物处理技术，探讨了稀土元素对活性污泥有关性质的影响，研究了稀土元素对促进好氧颗粒污泥形成和改善好氧颗粒污泥性质的作用，并将稀土培养的好氧颗粒污泥应用于啤酒废水处理中，得到了一套最佳工艺参数。本文对稀土元素作用于活性污泥性质的影响研究及其在废水生物处理技术的应用具有一定的指导作用，并丰富了好氧颗粒污泥处理工业废水的理论知识。该课题的主要研究内容如下：1)研究轻稀土中应用较为广泛的镧（La）、铈（Ce）两种元素对活性污泥降解动力学、胞外多聚物分泌、微生物相等方面的影响，结果表明低浓度稀土元素可提高污泥内微生物最大降解速度，对微生物酶有较强的激活作用，并可促进微生物分泌胞外多聚物，提高胞外多聚物蛋白质／多糖比值，改善污泥表面性质，刺激微生物生命活动，而高浓度稀土元素具有抑制性和毒性，致使酶结构和活性的破坏，胞外多聚物中多糖含量明显增加，并对污泥菌胶团结构及原生动物的生长产生破坏作用，不利于污泥沉降。2)在两套结构相同的SBR反应器中，以啤酒废水为基质，按容积负荷和曝气量分三个阶段培养好氧颗粒污泥，在培养过程中向其中一反应器内定期投加La3+，研究La3+对好氧颗粒污泥形成的促进作用。实验发现利用La3+培养的颗粒污泥比普通方法培养的成熟时间要提前1周左右；在培养第一阶段La3+作用表现不明显，第二阶段表现最为明显，在该阶段两反应器的污泥形态、MLSS、SVI、COD降解能力等都有较明显的差距。利用La3+培养的颗粒污泥处理COD、TN能力优于普通法培养，前者的比耗氧速率值比后者高20％，含水率低0.5％，沉降速度快2％，且前者较后者结构密实，菌种种类丰富，菌种体积小，数量多，孔隙距小。3)利用由La3+培养的好氧颗粒污泥处理啤酒废水，研究表明其处理效果良好，出水水质可满足《啤酒工业污染物排放标准（GB19821-2005）》要求。通过正交试验得出最佳的运行工况为限制性曝气进水、厌氧1h，曝气4h；且发现溶解氧、污泥浓度、进水pH对处理效果特别是TN去除有较大影响；通过周期反应特性发现大部分COD及NH3-N在曝气3h后已基本降解，此性质使反应周期的剩余时间内微生物基本处于饥饿状态，这种周期性的饥饿状态可有效促进微生物的聚集，有助于保持好氧颗粒污泥形态稳定。在曝气阶段NO2-有所减少，而NO3-并未大幅增加，表明在DO充足下好氧颗粒污泥同样具有较强的同步硝化反硝化能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 稀土元素生物效应的研究进展
• 1.1.1 稀土元素性质及与钙比较
• 1.1.2 稀土元素对生物分子的作用
• 1.1.3 稀土离子对微生物生长的影响
• 1.1.4 稀土元素在农业上的应用研究
• 1.2 好氧颗粒污泥技术的研究进展
• 1.2.1 影响好氧颗粒污泥形成因素
• 1.2.2 好氧颗粒污泥的性质
• 1.2.3 好氧颗粒污泥在污水处理的应用
• 第二章 稀土元素对活性污泥的影响研究
• 2.1 稀土元素对活性污泥降解动力学的影响
• 2.1.1 基础理论
• 2.1.2 材料及方法
• 2.1.3 结果与分析
• 2.2 稀土元素对活性污泥分泌胞外多聚物的影响
• 2.2.1 材料及方法
• 2.2.2 结果与分析
• 2.3 稀土元素对活性污泥微生物相影响
• 2.3.1 材料及方法
• 2.3.2 结果与分析
• 2.4 小结
• 第三章 稀土元素对好氧颗粒污泥形成的影响研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验装置
• 3.1.2 实验废水和接种污泥
• 3.1.3 实验监测项目与方法
• 3.1.4 实验方案
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 好氧颗粒污泥的形成过程
• 3.2.2 好氧颗粒污泥形成过程中各指标分析
• 3.2.3 好氧颗粒污泥性能的对比分析
• 3.3 小结
• 第四章 利用好氧颗粒污泥处理啤酒废水的工艺研究
• 4.1 实验材料与监测项目
• 4.2 反应周期各运行时间确定
• 4.2.1 实验方法
• 4.2.2 结果与分析
• 4.3 溶解氧（DO）对处理效果的影响
• 4.4 污泥浓度（MLSS）对处理效果的影响
• 4.5 pH对处理效果的影响
• 4.6 好氧颗粒污泥处理啤酒废水的周期反应特性
• 4.6.1 实验方法
• 4.6.2 反应周期内COD去除特性
• 4.6.3 反应周期内同步硝化反硝化特性
• 4.6.4 反应周期内pH变化特性
• 4.7 小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表