曝气生物滤池中亚硝酸型生物脱氮的试验研究

摘要

水体污染是我国面临的重要环境问题。近年来，随着经济的发展与人们对污水处理要求不断提高之间矛盾日益加剧,使得人们对开发出一种能耗低、脱氮效果好的新型污水处理工艺的愿望更加迫切。本文采用两级曝气生物滤池+厌氧生物滤池的组合工艺处理模拟低C/N的工业废水，试验过程中通过控制运行参数来完成短程硝化过程和自养反硝化过程，并在此基础上考察了运行参数对硝化和反硝化脱氮效果的影响，运用PCR-DGGE技术初步分析系统内微生物群落多样性，探讨组合反应器内的脱氮机理，主要研究成果归纳如下：
　　（1）采用复合挂膜法，经过富集驯化、闷曝挂膜、连续流进水三个阶段成功启动了BAF C柱和BAF N柱，通过扫描电镜SEM分析和NH4+-N吸附动力学试验，结果发现陶粒和天然沸石挂膜效果良好且表面附着不同形态的生物膜，天然沸石在挂膜前后对NH4+-N的吸附能力都要强于陶粒。
　　（2）曝气生物滤池在停运一个月后重新恢复启动，试验发现BAF C柱恢复起来比较容易；BAF N柱恢复启动时间稍长，需要大约半个月，并且亚硝化效果不佳，恢复启动大约40d后，出水NO3--N浓度仍偏高，NO2--N积累率仅为10.3％。分析原因是异养菌恢复繁殖能力较强，碳化系统恢复起来比较容易；而硝酸细菌的恢复能力要强于亚硝酸菌，亚硝化系统恢复较困难，易受环境改变的影响。
　　（3）试验发现温度是影响短程硝化的主要因素，它要强于DO和pH，水温在6～10℃和≥22℃时能够实现NO2--N的积累；DO和pH是影响短程硝化的重要因素，水温6～10℃时，BAF N柱最佳DO浓度范围为2.43～4.75mg/L；水温25～26.8℃时，最佳进水pH为7～9，FA、FNA对NOB具有联合抑制作用会导致NO2--N的积累；适当的反冲洗有利于NO2--N的积累，当反冲洗气冲强度为5.31L/(m2·s)，水冲强度为0.88L/(m2·s)时，反冲洗10h后，NH4+-N总去除率提高到80%，17h后NO2--N积累率最大为82.5%，明显高于反冲洗前的74.5%。
　　（4）运用间歇进水和连续流进水联合培养方式，在温度为25～35℃的条件下，总共运行90d，成功启动厌氧氨氧化反应器；分别探讨出影响厌氧氨氧化脱氮效率的最佳进水pH、TN容积负荷和基质配比：pH为7.5～9.0时，NO2--N平均去除率达到61.7%；TN容积负荷在0.19～1.23kg TN/(m3·d)，反应器TN平均去除率在51%左右，NO2--N平均去除率达到61%；NH4+-N：NO2--N：NO3--N=1:1.3:0.4时，NO2--N和TN去除率最高，分别为62.2%和54%。
　　（5）通过光学显微镜对生物膜微生物相进行观察发现，BAF C柱和BAF N柱中原生动物和后生动物种类繁多，沿水流方向从上到下，分布种类迥异，其中硝酸菌、亚硝酸菌和异养菌的生物量和生物活性各不相同。
　　（6）运用PCR-DGGE技术对BAF C柱、BAF N柱和厌氧生物滤池中细菌多样性变化进行分析，根据DGGE图谱显示三个反应器内不同位置存在的特征条带，分析得出三个反应器内微生物优势菌种迥异，其中BAF C柱沿水流方向从下往上，DGGE图谱中条带数和种群多样性指数H逐渐减少，异养菌受水力条件的冲击影响较大；BAF N柱并未出现类似现象，说明硝化细菌种群数量受水力条件的冲击影响较小；厌氧生物滤池中细菌种群多样性分析结果最低，说明厌氧菌在此滤池中逐渐表现出专一性。

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第一章 绪 论

1.1 氮素对水环境的危害

1.2 生物脱氮技术研究现状

1.3 曝气生物滤池国内外研究现状

1.4 研究目标和研究内容

第二章 试验材料与方法

2.1 试验装置

2.2 试验用水

2.3 滤料性能

2.4 试验仪器及试剂

2.5 水质指标分析方法

2.6 生物指标分析

第三章 曝气生物滤池挂膜启动与恢复启动的研究

3.1 选择挂膜启动方法

3.2 BAF C柱与BAF N柱的挂膜启动

3.3 挂膜前后滤料SEM分析

3.4 陶粒与沸石挂膜前后对NH4+-N吸附变化

3.5 BAF C柱与BAF N柱的恢复启动

3.6 本章小结

第四章 曝气生物滤池短程硝化的试验研究

4.1 温度对短程硝化的影响

4.2 溶解氧对短程硝化的影响

4.3 FA和FNA对短程硝化的影响

4.4 反冲洗对短程硝化的影响

4.5 本章小结

第五章 厌氧生物滤池自养短程反硝化试验研究

5.1 厌氧生物滤池的挂膜启动

5.2 自养短程反硝化影响因素试验

5.3 本章小结

第六章 曝气生物滤池微生物特性分析

6.1 生物膜微生物相分析

6.2 微生物量与活性

6.3 细菌多样性变化分析

6.4 本章小结

第七章 结论与建议

7.1 结论

7.2 建议

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢