SND与反硝化除磷耦合过程碳源利用及微生物作用机制研究

摘要

针对我国生活污水生物脱氮除磷过程中存在碳源不足、曝气能耗高等问题，本文基于SBR反应器，采用新型脱氮除磷运行方式:进水→厌氧搅拌→低氧曝气→缺氧搅拌→好氧曝气→沉淀→排泥出水，在厌氧段进行释磷，低氧曝气段实现SND，缺氧段进行反硝化除磷，好氧段进一步硝化及吸磷，在单泥系统中实现SND与反硝化除磷过程的耦合。
　　本文在分别完成同步硝化反硝化污泥和反硝化除磷污泥驯化后，混合两种污泥，在SBR反应器内实现SND与反硝化除磷的耦合，MLSS为3800mg/L～4000 mg/L，SRT为20d左右，厌氧段、低氧段、缺氧段、好氧段的运行时间分别为2h、3h、3.5h、1h，常温条件下，当乙酸钠为单一碳源，进水COD为150mg/L左右、COD/TN/P为25∶5∶1、pH为7.8时，系统的TN和TP去除率分别达到66.7％和96.1％。通过低氧段的SND过程和缺氧段的反硝化除磷过程去除的TN分别为39.8％和17.1％，通过低氧段吸磷和缺氧吸磷去除的TP分别为68.4％和22.7％。最终出水COD、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、TN、TP浓度分别为＜10mg/L、2.16mg/L、11.28mg/L、0.03mg/L、13.47mg/L、0.83mg/L。
　　耦合-SBR系统内厌氧释磷量及低氧吸磷量随初始pH值的升高而增加。初始pH对厌氧释磷过程产生影响的原因是进水pH值影响厌氧段糖原代谢量和腺苷酸激酶(Adenylate kinase，ADK)与多聚磷酸盐激酶(Polyphosphate kinase，PPK)活性。细胞合成能力随初始pH的升高而增强，且较高的初始pH值下有较高的硝化活性和反硝化活性。ADK和PPK活性随着pH的增加而增加。耦合系统除磷率随着进水丙酸钠/乙酸钠比例的提高而升高，但丙酸钠/乙酸钠比例对TN去除率的影响不大。脱氢酶(Dehydrogenase，DH)、PPK和ADK酶活性随着丙酸钠/乙酸钠比例的增加而增加。以丙酸钠为唯一碳源的耦合系统持续运行20天，出水COD、TN、TP和氨氮浓度分别为＜10mg/L、11.39mg/L、0.51 mg/L及0.02mg/L。
　　对于低C/N值生活污水，为有效的利用碳源以及通过SND过程与反硝化除磷过程的耦合以实现氮磷的有效去除，可通过调整阶段时间控制外碳源主要分配在厌氧段和低氧段被去除，且在低氧段和缺氧段有充足的内碳源。稳定运行后的耦合-SBR系统内PAO、AOB、NOB和dentrifier的相对丰度分别为41±11％，10±4％，13±9％和16±12％。进水碳源种类和初始pH对系统中的GAOs和PAOs的竞争产生影响，较高的进水pH有利于PAOs竞争GAOs，随着丙酸钠在进水中比例的提高，PAOs的相对数量逐渐增加，但AOB、NOB和dentrifier的相对数量与碳源种类没有相关性。
　　耦合-SBR系统通过应用反硝化除磷和SND技术提高了氮磷的去除效果，富集并稳定脱氮除磷功能菌群，缓解了反硝化与厌氧释磷过程对碳源的竞争，适宜处理低C/N值生活污水，并降低了需氧量，是一种可持续的生活污水脱氮除磷工艺。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 我国水资源及水污染现状

1．1．2 生活污水脱氮除磷新工艺开发需求

1．2 生物脱氮除磷研究现状

1．2．1 新型生物脱氮除磷理论

1．2．2 脱氮除磷过程相关微生物研究进展

1．2．3 聚磷菌胞内聚合物及其作用

1．3 生物脱氮除磷工艺

1．3．1 氧化沟工艺

1．3．2 SBR工艺及其改进工艺

1．3．3 A2／O工艺及其改进工艺

1．3．4 双污泥除磷脱氮工艺

1．4 研究内容、目的及意义

1．4．1 研究内容及技术路线

1．4．2 目的及意义

第二章 试验材料与方法

2．1 试验装置

2．1．1 实验装置

2．1．2 实验仪器

2．2 试验分析项目与检测方法

2．2．1 PHA的测定

2．2．2 糖原的测定

2．2．3 活性污泥脱氢酶活性的测定

2．2．4 多聚磷酸盐激酶活性的测定

2．2．5 腺苷酸激酶活性的测定

2．2．6 其他测试项目及方法

2．3 污泥的驯化

2．3．1 同步硝化反硝化污泥的驯化

2．3．2 反硝化除磷污泥的驯化

2．4 耦合系统的构建和运行

2．4．1 运行方式

2．4．2 试验水质

2．4．3 初始运行效果

2．5 本章小结

第三章 耦合系统运行影响因素研究

3．1 不同进水pH对耦合系统运行的影响

3．1．1 不同进水pH对有机物及氮磷去除的影响

3．1．2 不同进水pH对胞内聚合物的影响

3．2 不同进水C／N对耦合系统运行的影响

3．2．1 不同进水C／N对污染物去除的影响

3．2．2 不同进水C／N对胞内聚合物的影响

3．3 本章小结

第四章 耦合-SBR系统内碳源转化及基质利用情况研究

4．1 耦合系统碳源利用情况研究

4．1．1 耦合系统中碳源分布和利用情况

4．1．2 反应器各阶段碳源转化特征

4．2 碳源种类对耦合-SBR系统的影响

4．2．1 不同乙酸钠／丙酸钠比例对脱氮除磷的影响

4．2．2 不同乙酸钠／丙酸钠比例对胞内聚合物的影响

4．3 本章小结

第五章 耦合-SBR系统功能茵群演化及调控机制研究

5．1 耦合系统中微生物酶活性对环境条件的响应

5．1．1 不同进水pH对酶活性的影响

5．1．2 碳源种类对耦合-SBR系统酶活性的影响

5．2 功能茵群演替规律及富集方式研究

5．2．1 微生物FISH分析

5．2．2 功能种群演替规律研究

5．3 耦合系统中菌群结构对环境条件的响应

5．3．1 不同进水pH对种群结构的影响

5．3．2不同进水碳源中乙酸钠／丙酸铵比例对种群结构的影响

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

英文缩写名词对照表

致谢

在校期间发表论文情况

参考文献