微生物固定化技术处理含氮服装加工废水的机理研究

摘要

本课题是来源于佛山市港汇工业污水处理有限公司与广东工业大学的产学研合作项目，结合港汇工艺污水处理厂处理含高浓度氨氮印染废水的工艺改造，寻求新的废水处理工艺。
　　 本论文在研究新工艺固定化微生物技术处理含氮印染废水前，开展了佛山市港汇工业污水处理厂的工艺升级改造工程。结合该集中式印染污水厂的实际情况，改造采用“混凝沉淀+水解酸化+混凝沉淀+生物接触氧化”双级生物处理新工艺，系统进水氨氮浓度控制在400mg/L以下，改进后的系统运行稳定且排水浓度稳定达标。但是随着工业园高浓度氨氮废水排放量急剧增加，氨氮浓度高达500mg/L以上，改进后的工艺对脱氮要求已经不再满足。
　　 本研究中通过富集培养和分离筛选得到纯度较高且稳定性较好的四类脱氮菌，包括氨化菌株、亚硝化菌株、硝化菌株和反硝化菌株。并对四类脱氮菌种的物理形态特征和生理及化学特征进行研究。结果发现:四类脱氮菌在牛肉膏蛋白胨固体培养基上生长的菌群均表现为半透明蜡质状圆形小球，亚硝化菌和硝化菌相似度较高，反硝化菌形态上差异最大;且四种脱氮菌菌种均为杆状菌;除氨化菌以外，其他三种菌种均测定为革兰氏阴性菌;四类脱氮菌菌株均有耐热性，生长温度为38℃，耐盐性为6％，有明显的运动性，且有较强的硝酸盐还原特性和淀粉水解性，其中硝化菌和反硝化菌菌株的淀粉水解能力最强;反硝化菌有过氧化氢酶特性，氨化菌、亚硝化菌和硝化菌均无过氧化氢酶反应特性。
　　 通过优化各制作成分的配比，得到制备固定化微生物颗粒的最优方案为:聚乙烯醇(PVA)浓度为11％，海藻酸钠浓度为1％，活性炭添加浓度为2％，固化剂为4％氯化钙饱和硼酸溶液，固定交联时间为24h。
　　 添加碳源有利于固定化脱氮菌对氨氮的降解去除，且增加适量的碳源，固定化微生物颗粒去除氨氮的效率能达到最大，但碳源含量过高减缓了固定化颗粒对氨氮的降解速度。本试验中固定化脱氮菌技术适应于处理各种浓度的含氮污水，范围从50mg/L～300mg/L都表现出较好的处理效果，氨氮降解速率都较快，降解率高达90％以上。同时，当污水中氨氮浓度较高时，适当的增加系统反应时间可以达到较好的去除效果。
　　 传统活性污泥法适用于处理低浓度含氮废水，且处理生活污水效果较印染废水效果好。试验将氨氮浓度为100mg/L作为传统活性污泥法的微生物制毒点。
　　 生物接触氧化法适用于处理中低浓度含氮废水，将氨氮浓度为150mg/L作为生物接触氧化法的微生物制毒点。
　　 固定化脱氮菌颗粒适用于处理低、中、高浓度的含氮废水，尤其在高浓度含氮印染废水处理中表现出明显的优势。这是由于系统中氨氮负荷较高时，微生物在固定化包埋载体中能受到保护，对外界环境有一定缓冲能力，因此对于较高浓度氨氮废水，固定化表现出较强的抗负荷能力，其耐氨氮性较传统活性污泥法和生物接触氧化法较高。试验中将氨氮浓度为400mg/L作为固定化脱氮菌的微生物制毒点。
　　 在处理高浓度氨氮废水时，将多个生物处理工艺相结合，避免单一工艺处理局限性，发挥各个工艺的优势。利用固定化微生物技术处理200mg/L～400mg/L以上的高浓度氨氮废水，为减少曝气反应时间，节省运行成本，在处理8h后氨氮浓度降解至150mg/L左右，可以采用生物接触氧化工艺进行二次生化处理，生物接触氧化工艺适用于处理中低浓度含氮废水，且处理效果稳定。对于处理100mg/L以下较低浓度的含氮废水，可以采用传统活性污泥法，工艺操作简便，运行成本低，处理效果较好。

目录

摘要

CONTENTS

第一章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 工业废水中氨氮污染

1．2．1 工业废水氨氮的来源概况

1．2．2 工业废水中氨氮的危害

1．2．3 工业废水脱氮技术研究

1．3 固定化微生物处理含氮废水研究及进展

1．3．1 固定化微生物方法

1．3．2 固定化载体选择

1．3．3 固定化微生物处理工业废水应用实例

1．4 课题来源、研究意义和研究内容

第二章 港汇工业污水处理厂概况及工艺升级改造

2．1 废水来源及特征

2．2 废水水量和水质及出水标准

2．3 原有的污水处理工艺及其存在的问题

2．3．1 原有污水处理工艺

2．3．2 原污水处理工艺存在问题及原因分析

2．4 改进后的处理工艺及效果

2．4．1 改进后的处理工艺

2．4．2 污水处理工艺改造

2．4．3 工艺改造后的处理效果

2．5 本章小结

第三章 脱氮菌的筛选与鉴定

3．1 实验材料

3．1．1 样品来源

3．1．2 培养基的制备

3．1．3 试剂的制备

3．1．4 实验仪器及设备

3．1．5 实验试剂及药品

3．2 实验方法

3．2．1 氨化菌、亚硝化菌、硝化菌和反硝化菌的筛选

3．2．2 菌株鉴定

3．3 实验结果分析及处理

3．3．1 氢化菌的筛选

3．3．2 亚硝化菌的筛选

3．3．3 硝化菌的筛选

3．3．4 反硝化菌的筛选

3．3．5 菌种鉴定

3．4 本章小结

第四章 固定化脱氮菌群颗粒的制备及固定化条件的研究

4．1 材料

4．2 实验方法

4．2．1 脱氮菌驯化与富集培养

4．2．2 固定化脱氮菌颗粒的制备

4．2．3 固定化脱氮菌颗粒的质量评价

4．2．4 固定化混合菌群颗粒处理含氮废水试验

4．3 试验结果与分析

4．3．1 固定化颗粒质量物理特征评价

4．3．2 固定化颗粒质量化学特性评价

4．4 本章小结

第五章 固定化脱氮菌群处理高氨氮试验研究

5．1 实验准备

5．1．1 实验材料

5．1．2 实验方法及装置

5．2 含氮废水降解研究及对比分析

5．2．1 活性污泥法处理含氮废水试验研究

5．2．2 生物接触氧化法处理含氮废水试验研究

5．2．3 固定化脱氮菌—流化床处理含氮废水试验研究

5．3 分析方法

5．3．1 NH4+-N的测定

5．3．2 污泥评价指标的测定

5．3．3 COD的测定

5．4 实验结果

5．4．1 传统活性污泥法处理含氮废水试验结果及分析

5．4．2 生物接触氧化法处理含氮废水试验结果及分析

5．4．3 固定化脱氮菌群处理含氮废水试验结果及分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢