多段式生物接触氧化法处理垃圾渗滤液实验研究

摘要

随着社会的发展，城市化的不断加快，垃圾产量增长迅速，卫生填埋是目前垃圾处理的主要方式之一。垃圾填埋产生了大量的垃圾渗滤液，其有机物浓度高，水质水量变化大，营养元素比例失调，重金属离子种类多。如果处理不善，垃圾渗滤液会对环境、生态和人类健康造成严重影响。垃圾渗滤液实现达标处理已刻不容缓、迫在眉睫。 本研究采用多段式生物接触氧化法处理垃圾渗滤液，考察反应器（3段12格）启动和运行过程中的运行规律，优化工艺运行参数，并研究分段进水条件下反应器的运行特性。同时，在运行特性的基础上，分析菌群群落结构，研究微生物群落结构演替规律。 在固定进水化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)浓度(2000mg/L)下，逐步改变进水中葡萄糖COD与垃圾渗滤液COD比例(10∶0、9∶1、7∶3、5∶5、3∶7)，驯化启动反应器。启动阶段反应器共运行60天，各阶段COD处理率均达80％以上，NH3-N处理率均达30％以上，启动成功。进水NO2--N在0～1.2mg/L变化，出水在0.07～37.08mg/L变化;进水NO3--N在0～1.25mg/L变化，出水在0～8.16mg/L变化。 成功启动后，采用稀释的垃圾渗滤液作为进水，并逐步提高进水COD浓度(2000、3000、4000、5000mg/L),考察不同COD负荷下系统运行特性。结果表明:随着垃圾渗滤液浓度的提高，30天内COD去除率缓慢下降，由90％左右下降至85％左右，反应器具有较高的污染物去除能力。NH3-N去除率急剧下降由75％左右下降到28％左右。运行过程的4个阶段，NH3-N的去除量维持在200mg/L左右，说明在COD充足的条件下，反应器对NH3-N的处理能力普通。NO2--N进水浓度在0～1.01mg/L变化，出水浓度在0.16～19.49mg/L变化;NO3--N的进水浓度在0.24～4.15mg/L变化，出水浓度在1.17～72.82mg/L变化。 在90天的启动及运行过程中，COD与NH3-N的去除主要集中在反应器第1段，但贡献率逐渐向后段格室转移。NO2--N和NO3--N主要在第2和3段积累，在反应器的第1段几乎没有积累。在启动的后3个阶段和运行的前2个阶段更易积累。 选取进水COD浓度、曝气量、温度(Temperature，T)、水力停留时间(Hydraulic Retention Time，HRT)为目标参数，以出水COD及去除率、出水NH3-N及去除率、出水TN及去除率和综合出水浓度及去除率作为评价指标，开展L9(34)正交实验。探究相应的优化参数值和影响顺序。结果表明:系统的最佳运行参数为:进水COD=4000mg/L，曝气量=9L/min，T=35℃，HRT=24h;因素的影响顺序大小:T＞曝气量＞HRT＞进水COD。 污染物在反应器的第1段被大量消耗，反应器的第2和第3段处理率较低，为了改善这种现象，在第1格室和第5格室以不同进水流量比(10∶0、9∶1、7∶3)的方式进水，研究分段进水对反应器运行特性的影响。结果表明:进水流量比对COD去除效果影响较小，平均去除率在进水流量比7∶3时反比10∶0时高2％左右;进水流量比对NH3-N和TN去除效果影响大，平均去除率进水流量比7∶3时反比10∶0时高，超过9％。 通过高通量测序，对不同进水阶段（启动第4阶段，运行第1阶段，运行第4阶段）第2、6、10格室污泥及接种污泥测序，研究菌群结构的演替。结果表明:主要优势菌为不可培养腐败螺旋菌属（拟杆菌门，好氧异养菌）。当进水垃圾渗滤液COD由低变高时，第2、6、10格室的菌群变化的主要趋势是:明串珠菌（厚壁菌门，厌氧异养菌）比例逐渐变高，不可培养腐败螺旋菌（拟杆菌门，好氧异养菌）比例逐渐降低，不分类的丛毛单胞菌（变形菌门，厌氧反硝化菌）比例降低。这是因为随着垃圾渗滤液COD的增加，有毒物质增加，会抑制好氧异养菌及反硝化菌的活性，而厌氧反硝化菌在好氧的条件下，不能成为优势菌。厌氧异养菌在生物膜内部，抑制作用小，随着垃圾渗滤液COD的增加逐渐增长。

目录

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摘要

缩写检索表

第1章绪论

1．1垃圾渗滤液的来源及水质特点

1．1．1垃圾渗滤液的来源

1．1．2垃圾渗滤液的水质特点

1．2垃圾渗滤液处理方法

1．2．1生物处理法

1．2．2物化处理法

1．2．3土地处理法

1．3生物接触氧化法介绍

1．3．1生物接触氧化工艺概述

1．3．2生物接触氧化原理

1．3．3生物接触氧化工艺特点

1．3．4生物接触氧化法影响因素

1．3．5生物接触氧化法在污水处理中的应用

1．4研究意义及内容

1．4．1研究意义

1．4．2研究内容

1．4．3技术路线

2．1实验设备

2．1．1多段式生物接触氧化反应器

2．1．2填料

2．2实验材料

2．2．1接种污泥

2．2．2实验进水

2．3水质检测指标和方法

2．3．1取样方法

2．3．2基本水质指标检测方法

2．4辅助设备

第3章多段式生物接触氧化反应器的启动及运行研究

3．1启动方法

3．2启动过程分析

3．2．1 COD的去除规律分析

3．2．2 N的去除规律分析

3．3运行方法

3．4运行过程分析

3．4．1 COD的去除规律分析

3．4．2 N的去除规律分析

3．4．3进水COD负荷对反应器运行的影响

3．4．4 SS及色度、浊度去除情况分析

3．5小结

第4章多段生物接触氧化法处理垃圾渗滤液优化研究

4．1参数优化的正交实验研究概述

4．2正交实验直观分析

4．2．1出水COD分析

4．2．2 COD去除率分析

4．2．3出水NH3-N分析

4．2．4 NH3-N去除率分析

4．2．5出水TN分析

4．2．6 TN去除率分析

4．2．7综合出水浓度分析

4．2．8综合去除率分析

4．2．9多指标综合直观分析及最优参数确定

4．3．1出水COD方差分析

4．3．2 COD去除率方差分析

4．3．3出水NH3-N方差分析

4．3．4 NH3-N去除率方差分析

4．3．5出水TN方差分析

4．3．6 TN去除率方差分析

4．3．7综合出水浓度方差分析

4．3．8综合去除率方差分析

4．4验证实验

4．5小结

第5章分段进水对反应器运行特性影响研究

5．1进水流量比对COD去除效果影响

5．2进水流量比对N去除效果影响

5．2．1进水流量比对NH3-N去除效果影响

5．2．2进水流量比对TN去除效果影响

5．3小结

6．1．1样品采集

6．1．2 Illumina平台测序实验流程简介

6．1．3生物信息分析简介

6．2菌群多样性及相似度分析

6．2．1菌群丰度和多样性

6．2．2不同进水COD条件下群落间相似度分析

6．3微生物群落演替分析

6．3．1门层次的微生物群落分析

6．3．2属层次的微生物群落分析

6．4小结

7．1结论

7．2建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文