反硝化除磷系统中碳源对除磷效果及菌群结构的影响研究

摘要

反硝化除磷工艺对低碳氮比生活污水具有良好的脱氮除磷效果。碳源作为电子供体对除磷具有重要影响，然而，不同类型碳源对反硝化除磷运行及污泥菌群结构方面的影响却鲜有报道。本研究采用SBR（Sequencing Batch Reactor）反应器，以人工模拟生活污水为进水，分别以乙酸钠、甘油和丙酸钠为单一碳源，在严格厌氧/缺氧条件下驯化培养反硝化除磷污泥，考察不同碳源对反硝化除磷效果与污泥特性的影响；并采用针对细菌的16S rRNA基因的Illumina高通量测序技术对不同碳源反硝化除磷污泥菌群结构进行研究，比较不同污泥中的微生物多样性、菌群差异性以及主导菌群，并分析了3种碳源反硝化除磷污泥中除磷菌与聚糖菌的比例，以期为反硝化除磷工艺碳源选择与优化提供理论参考。
　　乙酸钠、甘油、丙酸钠为碳源反硝化除磷污泥的驯化周期分别为53、59、47 d。丙酸钠为碳源系统除磷效果最佳，其次是乙酸钠，甘油同样能够作为反硝化除磷碳源。在进水总磷浓度为5 mg/L左右的条件下，系统稳定运行10个月的平均出水磷浓度分别为0.79、0.98、0.29 mg/L，总磷平均去除率分别为82.5％、79.2%、93.4%。基于完整周期运行，分别以乙酸钠、甘油、丙酸钠为碳源的3个反应器在前30 min内的释磷速率分别为23.0、22.8、26.5 mgP/（gVSS·h）。
　　从进水COD/P、pH、硝氮投加方式等方面考察工艺参数对除磷效果的影响，结果表明：进水COD/P浓度比对系统影响较大，COD（mg/L）/P（mg/L）=20时更有利于提高各系统除磷效果；NO3--N的投加方式对缺氧吸磷无显著影响，瞬时投加与连续投加方式下，出水的磷浓度基本一致；3种碳源驯化的反应器，污泥含磷量均在5.0%~5.5%左右。
　　对各系统污泥样品的细菌16S rRNA基因高通量测序分析得出，以甘油为碳源驯化培养的污泥中微生物多样性最丰富，其次是以乙酸钠和丙酸钠培养的污泥，且后两者表现出相似的多样性与菌群结构。各反应器中污泥在“门”与“目”分类级别上分别均以β-变形杆菌（β-Proteobacteria）和红环菌目（Rhodocyclales）占主导。稳定运行期，乙酸钠、甘油、丙酸钠系统中的除磷菌序列比例分别为9.5%、8.0%、41.5%，聚糖菌序列比例分别为6.9%、1.8%、1.2%。
　　对于厌氧-缺氧除磷系统，丙酸钠为碳源时除磷效果最佳，不仅有利于除磷菌的富集，且有效抑制聚糖菌大量繁殖，维持系统稳定运行。建议污水处理厂可以在污泥消化过程中定向增加丙酸产量，回用于污水处理工艺。

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第1章 绪 论

1.1课题背景

1.2反硝化除磷技术研究现状

1.3反硝化除磷的主要影响因素

1.4活性污泥微生物菌群分析方法

1.5课题研究的目的、意义和内容

第2章 实验材料与方法

2.1实验装置与运行

2.2实验水质与分析方法

2.3污泥的扫描电镜观察

2.4 EPS提取及测定方法

2.5微生物的菌群结构分析方法

第3章 碳源对污泥驯化及除磷特性影响研究

3.1碳源类型对反应器启动效果的影响

3.2碳源类型对稳定期除磷效果的影响

3.3稳定运行阶段完整周期反硝化除磷特性

3.4不同影响因素对除磷效果的影响研究

3.5本章小结

第4章 不同碳源反硝化除磷污泥特性研究

4.1污泥浓度与污泥沉降性比较

4.2污泥磷含量比较

4.3污泥EPS成分研究

4.4除磷污泥中菌群形态研究

4.5本章小结

第5章 不同碳源除磷污泥菌群结构研究

5.1污泥样品的选择与预处理

5.2不同碳源除磷污泥菌群多样性研究

5.3不同碳源除磷污泥菌群相似性研究

5.4不同碳源除磷污泥的主导菌群研究

5.5不同碳源除磷污泥中的除磷菌与聚糖菌研究

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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