SBR同步除磷脱氮工艺与DPB生化特性研究

摘要

近年来，虽然我国城市污水处理率有较大的提高，但是由氮和磷引起的缓流水体富营养化问题仍日益严重，这就需要严格控制污水处理厂氮和磷的排放，提高氮、磷的排放标准。因此在污水处理工艺中应用新的脱氮除磷技术、运用有效的运行控制技术，实现其稳定、高效、低耗的运行尤其重要。SBR工艺因其工艺简单、运行灵活、抗冲击负荷能力强、可控性好、不易出现污泥膨胀等优点成为目前中小城镇污水处理的首选工艺。我国有30％～40％日处理量不超过5×104m3的城镇污水采用了SBR法。
　　本研究阐明了反硝化除磷的新理论，确定了用于反硝化除磷SBR工艺的最优运行方式。在此理念的指导下，建立了SBR短程硝化系统、以亚硝氮为电子受体的反硝化除磷系统，在A/O/A/O-SBR工艺系统中实现了反硝化脱氮除磷，并且采用传统微生物学分析和分子生物学手段相结合，对系统中反硝化聚磷菌(DPB)进行了种类和特性的深入研究。
　　研究了短程硝化实现途径。通过低氧连续曝气的方式可成功建立SBR短程硝化系统，采用调整氨氮浓度和排泥量的方式实现了稳定运行。深入研究分析了DO浓度、pH值、温度这三个因子对短程硝化的影响。研究表明，DO浓度是影响短程硝化的关键因素，在连续曝气的条件下，DO浓度为0.5～0.7mg/L时，氨氮去除率达到92％、亚硝氮积累率达到93％。将系统内的温度维持在18℃以上，可以维持短程硝化系统的稳定运行。在中温23～28℃条件下，pH值为7.1～8.3时，亚硝酸菌的活性强，硝酸菌的活性受到抑制，氨氮去除率达99.7％，亚硝氮积累率达99％，出水效果稳定。
　　通过分阶段培养驯化的方式建立了以亚硝氮为电子受体的SBR反硝化除磷系统，验证了缺氧条件下亚硝氮可以作为DPB除磷的电子受体，比较了亚硝氮为电子受体和硝氮为电子受体脱氮除磷的效率。研究了亚硝酸盐浓度、进水COD浓度、pH值、温度四个主要影响因素对反硝化除磷效果的影响，确定了不同水质条件下最优的控制参数。试验表明，亚硝酸盐浓度是影响反硝化除磷系统缺氧吸磷的重要因子，亚硝酸盐浓度过高会抑制DPB吸磷，将亚硝酸盐浓度控制在30mg/L以内，反硝化吸磷效果较好，系统出水TP浓度为1.02mg/L。进水COD浓度对厌氧释磷有很大影响，进而影响反硝化吸磷效果，本系统中最佳进水COD浓度为220mg/L。pH值为7.5～8.0时有利于DPB厌氧释磷。温度对除磷的效果影响不显著，温度在10℃～30℃时，系统能够较好地去除水中的磷酸盐，温度维持在20℃左右除磷效果最好，TP去除率达到87％。在相同的基质条件下，以硝氮为电子受体的除磷效果好于以亚硝氮为电子受体的系统。亚硝化反硝化除磷工艺更适于处理低C/N和低P/N的废水。
　　优化了SBR脱氮除磷工艺的稳定运行方式，通过厌氧/好氧、厌氧/好氧/缺氧、厌氧/好氧/缺氧/好氧三阶段的递进运行，确定了系统一个周期最佳水力停留时间为:进水5min，厌氧2h，好氧1.5h，缺氧1.5h，好氧0.5h，沉淀1h，排水闲置1.5h。系统稳定后，出水COD、TN、TP浓度分别为28.35mg/L、4.05mg/L、0.37 mg/L，均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。
　　探索了pH值、碳源、温度、进水COD浓度四个因子对A/O/A/O-SBR反硝化脱氮除磷效果的影响，优化了系统稳定运行的控制参数。研究表明，pH值为7.5时，系统的除磷脱氮效果最好，COD、TN、TP去除率分别达到71％、88％、90％，pH值为8.5时，除磷效率降低。最适碳源是乙酸钠，此时COD、TN和TP的去除率分别达到90％、88％、95％，葡萄糖及含有葡萄糖的组合碳源作为有机碳源时，处理效果不理想。最适温度为25℃，COD去除率达到90％、TN去除率为89％、TP去除率达到95％。温度达到30℃时，缺氧段发生厌氧释磷现象，TP的去除效果下降。要取得较高的脱氮除磷效率，应该保证进水COD浓度在200mg/L以上。
　　选用聚磷菌专用培养基筛选分离DPB，经过生理生化试验、吸磷释磷和硝酸盐还原产气试验，通过16S rDNA序列扩增、测序、比对，得到DPB分别属于假单胞菌属(Pseudomonas)和戴尔福特菌属(Delftia)，其中戴尔福特菌属作为反硝化聚磷菌的研究尚未见报导。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究背景

1．2 研究目的和意义

1．3 生物除磷脱氦的反应机理与工艺

1．3．1 传统生物脱氮原理与工艺

1．3．2 传统生物除磷原理与工艺

1．3．3 新型生物脱氮与反硝化除磷技术

1．4 SBR生物除磷脱氮的理论与工艺

1．4．1 SBR法基本原理与流程

1．4．2 SBR除磷脱氮工艺

1．5 主要研究内容

第2章 试验装置与方法

2．1 短程硝化试验

2．1．1 试验装置

2．1．2 试验用水

2．1．3 分析方法

2．2 反硝化除磷试验

2．2．1 试验装置

2．2．2 试验用水

2．2．3 检测指标及方法

2．3 SBR脱氮除磷试验

2．3．1 试验装置

2．3．2 试验用水

2．3．3 检测指标及方法

2．4 反硝化聚磷菌的分离与鉴定

2．4．1 聚磷菌分离纯化

2．4．2 生理生化试验

2．4．3 典型菌株吸磷释磷试验

2．4．4 聚合酶链反应—PCR

第3章 SBR短程硝化试验研究

3．1 短程硝化系统启动

3．1．1 短程硝化启动

3．1．2 运行稳定性分析

3．2 影响因素研究

3．2．1 DO浓度

3．2．2 pH值

3．2．3 温度

3．3 本章小结

第4章 亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷试验研究

4．1 污泥驯化

4．1．1 好氧聚磷菌驯化

4．1．2 以硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌驯化

4．1．3 以亚硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌驯化

4．1．4 系统稳定性

4．2 影响因素研究

4．2．1 进水COD浓度

4．2．2 亚硝酸盐浓度

4．2．3 pH值

4．2．4 温度

4．2．5 不同电子受体除磷比较

4．3 本章小结

第5章 A／O／A／O-SBR除磷脱氮试验研究

5．1 A／O／A／O-SBR系统启动

5．1．1 PAO驯化增殖

5．1．2 DPB的富集

5．1．3 运行时间的优化

5．1．4 系统稳定性

5．2 影响因素研究

5．2．1 pH值

5．2．2 碳源种类

5．2．3 温度

5．2．4 进水COD浓度

5．3 本章小结

第6章 反硝化聚磷菌生化特性研究

6．1 反硝化聚磷菌分离纯化

6．2 反硝化聚磷茵生化特性

6．3 吸磷、释磷及产气试验

6．4 16S rDNA扩增、测序及同源性分析

6．4．1 16S rDNA扩增

6．4．2 测序及同源性分析

6．5 本章小结

第7章 结论与建议

7．1 结论

7．2 建议

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论著和获奖情况

个人简历