活性污泥异化Fe(Ⅲ)还原协同脱氮的碳源利用特征及其应用研究

摘要

微生物异化Fe(III)还原是由异化 Fe(III)还原微生物即铁还原菌（Iron-reducing bacteria,IRB）参与并完成的。异化Fe(III)还原微生物广泛存在于自然界中，能够利用Fe(III)作为末端电子受体，氧化电子供体并从中获取能量。研究表明，微生物异化Fe(III)还原过程不仅可以参与自然界中铁的循环，而且伴随有脱氮除磷的现象发生，近年来已受到国内外环保工作者的广泛关注。异化Fe(III)还原微生物即铁还原菌(IRB)是活性污泥的重要组成部分,可占到活性污泥微生物总量的3％左右，因此,强化污水处理系统中微生物异化 Fe(III)还原过程,一方面可以提高污水处理系统对多种污染物的去除效率;另一方面可以利用还原产物Fe(II)与磷酸盐的沉淀作用改善污水处理系统的除磷效果,实现化学除磷与生物除磷的有机结合。碳源作为影响活性污泥异化Fe(Ⅲ)还原的重要因素，对铁还原速率及该过程协同的脱氮除磷效果均会产生影响。研究碳源对于活性污泥异化Fe(III)还原及其协同脱氮除磷的影响，对于提高活性污泥异化Fe(III)的还原效率，强化活性污泥系统对氮磷污染的去除有重要的意义。
　　本试验的活性污泥取自兰州某污水厂氧化沟，将该活性污泥在恒温厌氧的条件下驯化培养，将驯化好的厌氧活性污泥作为接种泥，开展不同碳源及相同碳源下的不同浓度对活性污泥异化Fe（Ⅲ）还原及其耦合脱氮除磷的效果的影响。同时将活性污泥异化Fe（Ⅲ）还原技术与序批式厌氧反应器结合，考察了在该反应器内的异化Fe(III)还原及其协同脱氮除磷的效果。得出以下结论：
　　（1）活性污泥异化Fe(III)还原微生物利用不同碳源的能力不同，更容易利用葡萄糖和甲醇而对于有机酸盐乙酸钠则较难利用。同时，不同碳源对于活性污泥异化铁还原协同脱氮过程的影响也有所不同，脱氮效果最好的是乙酸钠组，直到反应结束，氨氮和总氮的去除率分别为98.61%和98.05%，但表现出较高铁还原能力的葡萄糖和甲醇实验组，脱氮现象并不明显。
　　（2）以葡萄糖为碳源考察不同初始碳源浓度对活性污泥异化Fe（Ⅲ）还原及其协同脱氮除磷的影响实验结果表明，碳源浓度越高铁还原速率越大，即初始浓度为5.6mmol/L的铁还原速率大于初始浓度为2.8mmol/L的铁还原速率大于初始浓度为0mmol/L的铁还原速率。碳源浓度对体系脱氮过程影响不大，直到反应结束各浓度组的氨氮残留量均在50mg/L以上。但除磷效果较好，第8d的时候各浓度组的总磷浓度均已降到0.5mg/L以下。
　　（3）以乙酸钠为碳源考察不同初始碳源浓度对活性污泥异化Fe（Ⅲ）还原及其协同脱氮除磷的影响实验结果表明实验结果表明，碳源浓度越高铁还原速率越小，即初始浓度为0mmol/L的铁还原速率>初始浓度为4.2mmol/L铁还原速率>初始浓度8.4mmol/L铁还原速率>初始浓度16.8mmol/L铁还原速率。高浓度的乙酸钠对于铁还原过程有一定的抑制作用；各浓度组的氨氮降解效果较为彻底但降解出现了先后次序，低浓度组先于中浓度组和高浓度组。除磷效果较葡萄糖各组差，但反应到第10d的时候各浓度组的总磷浓度均已降到0.5mg/L以下。
　　（4）将异化Fe(III)还原技术与ASBR反应器结合，研究反应器的异化Fe(III)还原能力及其协同脱氮除磷的效果。实验结果表明，反应器稳定运行条件下CODcr与TP的去除效率较好，均保持在90%左右。从而为强化污水处理厂脱氮除磷效果提供了一种新的思路。

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1.绪论

1.1研究背景

1.2微生物异化Fe(III)的国内外研究现状

1.3 活性污泥异化Fe(III)还原协同脱氮除磷的机理及碳源利用途径

1.4 课题研究的目的意义及内容

2.不同碳源对活性污泥异化Fe(III)还原及其协同脱氮除磷的影响

2.1 试验材料与方法

2.2 试验结果与分析

2.3讨论

2.4本章小结

3.相同碳源的不同浓度下异化Fe(III)还原及脱氮除磷的影响

3.1 试验材料与方法

3.2 实验结果与分析

3.3讨论

3.4本章小结

4.基于异化Fe(III)还原的ASBR反应器的特性研究

4.1 试验材料与方法

4.2 实验结果与分析

4.3可行性分析

4.4本章小结

5 结论与建议

5.1 结论

5.2 创新点

5.3存在的问题与建议

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果