SMBR工艺处理海水养殖废水及其微生物多样性研究

摘要

国人生活水平质量不断提高，为满足日益增长的饮食生活需求，海水养殖规模与密度不断增加，同时养殖废水排放带来的环境问题也越来越受到人们的重视。传统生物法处理海水养殖废水存在占地面积大、污泥量大难处置等突出问题，并不适合海水养殖废水处理技术推广。
　　对此，本文采用了SMBR中CAS-MBR和A/O-MBR两种工艺处理海水养殖废水，分析了微生物耐盐驯化时常规污染物去除效果，并从盐度抑制微生物活性，SMP和EPS组成成分角度探讨了盐度抑制污染物降解原因;驯化完成后稳定运行时，从优化脱氮除磷效果的角度优化了HRT和SRT等工艺参数，确定了最佳运行工况，并对出水DOM组成做了分析;最后采用PCR-DGGE技术研究了SMBR工艺正常运行时优势菌种并分析了菌群间相似性。
　　采用盐度梯度增加法驯化活性污泥，CAS-MBR的DO=0.5～1.0 mg/L，A/O-MBR好氧时DO=4.0～5.0 mg/L，缺氧时DO=0～0.5 mg/L，内回流比150％。耐盐驯化时期HRT均为24 h。盐度(0～16 g/L)对两种SMBR的CODMn去除效果影响较小，CODMn去除率均可达到80％以上;NH4+-N去除率均高于90％;而较AOB，盐度对NOB抑制更强，各驯化初期NO2--N积累明显。
　　盐度增加初期(10 h内)，盐度严重抑制SMBR系统内自养菌和异养菌活性，抑制程度和盐度呈正相关，且异养菌抑制更强。盐度16g/L时自养菌和异养菌SOUR分别较无盐度时降低6.71 mg/(g·h)和14.52 mg/(g·h)。各盐度条件下，SMBR系统内微生物分泌大量EPS并产生大量SMP，其中蛋白质和多糖在EPS所占比例高于SMP，且盐度提高含量增加。而有机物水解氨化释放NH4+-N和多糖中易降解小分子含碳有机物可造成系统处理负荷增加，使降解速率下降。盐度增加初10h内，盐度从抑制微生物活性和NH4+-N、有机物释放两方面造成降解速率下降。其中，盐度0～6.4 g/L，微生物活性抑制占主导;高盐环境下(6.4～16 g/L)有机物释放占主导。
　　为达到最佳脱氮效果并兼顾除磷，两种SMBR系统最佳运行工况CAS-MBR:HRT=18 h，SRT=7 d，MLVSS控制在3400 mg/L左右;A/O-MBR: HRT=14 h，SRT=12d，MLVSS控制在4500 mg/L左右。出水水质CAS-MBR:CODMn≤30 mg/L，NH4+-N≤1.0 mg/L, NO3--N≤2.5 mg/L, NO2--N≤0.06 mg/L,TP≤2.4 mg/L; A/O-MBR: CODMn≤18 mg/L, NH4+-N≤0.6 mg/L,NO3--N≤1.5 mg/L, NO2--N≤0.04 mg/L, TP≤1.5 mg/L。
　　海水养殖废水DOM荧光有类蛋白荧光和类腐殖酸荧光两类，SMBR工艺处理海水养殖废水出水有机物多为具有烯烃结构和芳香结构的难降解微生物代谢产物，并以低激发波长类色氨酸的蛋白质、类富里酸和类胡敏酸的腐殖质为主，影响出水效果，且对TP去除效果有待提高，需深度处理。
　　SMBR系统耐盐驯化过程中细菌群落结构演替明显，是一个优胜劣汰逐步演替的有序过程，且耐盐驯化后微生物分布较为广泛，主要优势菌种广泛分布于不同纲或属，而未经培养菌种较多，已检测出菌种中变形菌门(Proteobacteria)的α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)，拟杆菌门(Bacteroidete)的Sphingobacteriia纲和绿弯菌门(Chloroflexi)的Chloroflexi纲为SMBR工艺处理海水养殖废水优势菌种，并以β-变形菌纲Betaproteobacteria)为主。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 海水养殖废水特点

1．2．1 海水养殖废水污染物主要来源

1．2．2 海水养殖废水水质特点

1．3 海水养殖废水生物脱氮除磷原理

1．3．1 生物脱氮原理

1．3．2 生物除磷原理

1．4 海水养殖废水新型生物脱氮除磷理论

1．4．1 新型生物脱氮理论

1．4．2 新型生物除磷理论

1．4．3 新型脱氮除磷理论的局限性

1．5 MBR工艺处理海水养殖废水研究现状

1．5．1 处理海水养殖废水的传统MBR工艺与改良

1．5．2 处理海水养殖废水的MBR系统内微生物特性

1．5．3 影响MBR处理海水养殖废水效果的各项参数

1．5．4 处理海水养殖废水的膜污染控制

1．5．5 现阶段研究的不足

1．6 研究目的、意义和主要内容

1．6．1 研究目的和意义

1．6．2 论文研究内容

1．6．3 论文研究技术路线

第2章 试验材料及方法

2．1 试验材料

2．1．1 试验装置

2．1．2 试验用水水质

2．1．3 接种污泥

2．2 检测项目及分析方法

2．2．1 常规水质指标的测定

2．2．2 微生物活性指标的测定方法

2．2．3 膜通量的测定方法

2．2．4 分析仪器的分析方法

2．2．5 微生物群落及多样性的分析方法

第3章 耐盐驯化期间常规污染物去除效能及降解抑制特性研究

3．1 概述

3．2 盐度对去除效能的影响分析

3．2．1 有机物去除

3．2．2 脱氮效果

3．3 污泥性状分析

3．4 污染物降解抑制特性研究

3．4．1 NH4+-N氧化批次试验

3．4．2 有机物降解批次试验

3．4．3 微生物活性分析

3．4．4 SMP和EPS分析

3．4．5 有机物水解氨化和有机物释放分析

3．4．6 盐度影响下污染物降解抑制机理及降解特性分析

3．5 膜通量变化

3．6 本章小结

第4章 稳定运行期间工艺运行参数优化对比研究

4．1 概述

4．2 HRT对工艺运行效果的影响

4．2．1 有机物去除

4．2．2 脱氮效果

4．2．3 膜通量变化

4．3 SRT对工艺运行效果的影响

4．3．1 有机物去除

4．3．2 脱氮效果

4．3．3 除磷效果

4．3．4 活性污泥

4．3．5 膜通量变化

4．4 基于分析仪器对比最佳工况下去除效果

4．4．1 三维荧光图谱分析

4．4．2 紫外-可见光光谱分析

4．4．3 粒径分布分析

4．5 本章小结

第5章 微生物多样性分析研究

5．1 概述

5．2 微生物群落多样性特征分析

5．3 群落结构的演替及优势菌种测序结果分析

5．4 相似性及聚类分析

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果