基于超轻污泥陶粒的厌氧生物滤池在废水处理方面的应用

摘要

本研究在课题组前期烧制新型超轻污泥陶粒的基础上，对此新型陶粒进行各种性能的表征，以及当作水处理填料运用到厌氧生物滤池处理污水的过程当中。着重研究该新型超轻污泥陶粒在自行设计的厌氧生物滤池中处理污水的可行性与可应用性以及潜在的优越性。并在特定的阶段对厌氧生物滤池中的微生物进行观察与群落分析，采用现代分子生物学技术（PCR-DGGE，克隆测序等）深入研究此阶段的优势菌属及其降解机理。
　　经过一系列的性能测试，发现该新型超轻污泥陶粒展现了良好的性能。所制陶粒拥有良好的化学稳定性。堆积密度为430.5kg/m3，颗粒密度为817.2kg/m3，吸水率为7.397％，属于超轻陶粒的范围。陶粒的表面粗糙多孔，内部孔隙较多且孔径较大，有利于微生物的固定附着。形状规则、尺寸均一，且空隙率中等适宜，布水均匀，反应器不易堵塞。通过金属元素析出浓度测试表明:陶粒浸出液中有害金属的浓度低于国家规定的上限要求，且存在着许多对微生物有利的营养元素。
　　将该新型陶粒应用于自行设计的厌氧生物滤池，在常温下处理中高浓度有机物模拟废水。反应器仅用了45天便启动成功，大大缩短了厌氧启动周期，并在长达一年半的稳定运行中，没有出现堵塞现象。在遇到进水水质和运行参数同时突变时，反应系统表现出了良好的抵御外界干扰，并从中恢复的能力。在冬季低温条件下，对COD去除率仍维持在90％以上。通过5个阶段不同COD进水浓度的研究测定，发现出水COD去除效率呈直线上升趋势，表明装有超轻污泥陶粒的厌氧生物滤池有着卓越的去除COD的能力，以及处理更高有机负荷的潜力。
　　在冬季低温下，对长期运行的厌氧生物滤池中的微生物进行分子生物学的研究。通过扫描电镜(SEM)观察超轻污泥陶粒上的微生物相，发现陶粒上生长有大量不同形态的微生物，以及微生物分泌的浓稠的胞外聚合物(EPS)。通过对所取样品的PCR-DGGE分析可以得出，该低温阶段反应器内存在着很多的菌群种类，生物膜样品的DGGE条带数量多于悬浮污泥样品，表明生物膜上微生物群落结构较悬浮污泥更加丰富。克隆测序比对后发现反应器内存在着大量的低温菌和有降解能力的菌，解释了低温下反应系统有良好处理效果的现象;多种不同种类的菌群则验证了厌氧生物滤池中微生物的多样性与适应性，表明了具有处理多样废水的潜力。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 本研究的目的和意义

1．2 文献综述

1．2．1 厌氧生物处理技术

1．2．2 厌氧生物滤池的技术概况

1．3 本研究的主要内容和创新之处

第二章 实验材料和方法

2．1 超轻污泥陶粒(ULSCs)的性能表征

2．1．1 超轻污泥陶粒表征前的预处理

2．1．2 超轻污泥陶粒的表征方法

2．2 厌氧生物滤池的启动和运行

2．2．1 厌氧生物滤池的设计

2．2．2 进水水质与监测项目

2．2．3 厌氧生物滤池的接种与启动

第三章 超轻污泥陶粒的性能分析

3．1 超轻污泥陶粒(ULSCs)的物理化学性质

3．1．1 超轻污泥陶粒的化学组成

3．1．2 超轻污泥陶粒的物理性质

3．2 超轻污泥陶粒的表面性质

3．2．1 超轻污泥陶粒的微观结构分析(SEM)

3．2．2 超轻污泥陶粒的电位和红外分析

3．3 超轻污泥陶粒的晶体结构

3．4 超轻污泥陶粒的元素浸出试验

3．5 本章小结

第四章 超轻污泥陶粒在厌氧生物滤池中处理高浓度模拟废水的效果研究

4．1 前言

4．2 厌氧生物滤池的启动

4．3 填料高度对AF处理效果的影响

4．4 有机负荷对AF处理效果的影响

4．4．1 进水有机物浓度对反应器的影响

4．4．2 水力停留时间(HRT)对反应器的影响

4．5 突变因素对AF处理效果的影响

4．6 低温对AF处理效果的影响

4．7 本章小结

第五章 厌氧生物滤池微生物学研究

5．1 前言

5．2 试验仪器与方法

5．2．1 生物样品的制备

5．2．2 填料表面微生物的形态

5．2．3 微生物中DNA的提取和PCR扩增

5．2．4 DGGE分析

5．2．5 克隆测序

5．3 微生物群落分析

5．3．1 生物膜形态分析

5．3．2 细菌的DGGE图谱分析

5．3．3 部分优势细菌DNA片段的克隆测序和菌种鉴定

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要结论

6．2 建议与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文