曝气生物滤池处理城市污水的主要影响因素及细菌多样性研究

摘要

本文以青岛麦岛污水处理厂的曝气生物滤池(BAF)为研究对象,分析其在处理以生活污水为主的典型城市污水时的处理效能。首先,考察了不同工艺运行条件与参数对曝气生物滤池净化效能的影响;然后,运用PCR分子生物学技术手段,通过构建16S rDNA基因文库,对青岛麦岛污水处理厂曝气生物滤池中滤料表面生物膜内的细菌多样性进行了系统发育分析;最后,给出了曝气生物滤池有机物降解动力学模型。
　　 青岛市麦岛污水处理厂的曝气生物滤池对主要污染物COD、NH3-N和SS的年平均去除率分别为58.8％、56.2％和67.6％,处理效能稳定,出水水质能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级B排放标准,显示了该工艺具有良好的污水处理能力。
　　 对曝气生物滤池处理城市污水的关键影响因素的研究结果表明,当滤池进水COD和NH3-N质量浓度分别为60-260mg/L和22-65 mg/L时,水力负荷范围为2.5-3.2 m3/m2·h;有机负荷范围为2.2-3.3 kg/m3·d;氨氮负荷范围为0.4-0.8 kg/m3·d;气水比为5:1;温度为15-28℃。NH3-N去除率与进水COD和NH3-N负荷负相关。
　　 曝气生物滤池滤料表面生物膜内的细菌多样性研究结果表明,滤料表面的优势菌群分别是兼具呼吸/发酵代谢方式的β-变形菌、γ-变形菌和以发酵为主要代谢方式的拟杆菌属。细菌优势顺序为:β-proteobacterium类群(占38.6％),γ-proteobacterium类群(占18.2％),Bacteroidetes类群(占13.6％),α-proteobacterium类群(占9.1％),δ-proteobacterium类群和Nitrospirae类群(各占4.5％),Firmicutes类群(占2.3％),同时还存在9.1％的未知类群。滤池中主要的有机物去除功能菌是食酸假单胞菌、球衣菌、黄单胞菌和黄杆菌;优势亚硝化细菌为亚硝化单胞菌,优势硝化细菌为硝化螺菌;主要的反硝化细菌为生丝微菌和丛毛单胞菌。对测序得到的26个OUT用MEGA软件进行系统发育分析,同样表明滤料表面细菌多样性较强。
　　 推导得出了曝气生物滤池去除有机物动力学模型,通过对有机底物降解动力学的分析和建模试,得出有机物降解模型为Se=S0×e-0095H/q05962。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 城市污水特征

1.1.2 城市污水处理现状

1.1.3 城市污水传统处理技术

1.1.4 城市污水处理传统工艺存在的问题

1.2 课题的提出及研究意义

1.2.1 课题的提出

1.2.2 研究意义

1.3 曝气生物滤池原理与特点

1.3.1 曝气生物滤池工作原理

1.3.2 曝气生物滤池工艺特点

1.4 曝气生物滤池研究进展

1.4.1 曝气生物滤池在污水处理中的应用

1.4.2 曝气生物滤池处理污水的研究现状

1.4.3 曝气生物滤池存在的主要问题

1.5 研究内容与方法

1.5.2 研究内容

1.5.3 研究方法

2 曝气生物滤池处理城市污水的效能研究

2.1 麦岛污水处理厂概况

2.1.1 工艺流程

2.1.2 进出水水质

2.2 曝气生物滤池工艺概况

2.2.1 Biostyr曝气生物滤池结构

2.2.2 Biostyr工艺参数

2.3 曝气生物滤池对主要污染物的去除效能

2.3.1 曝气生物滤池对CODcr的去除效果

2.3.2 NH3-N去除效果

2.3.3 TN去除效果

2.3.4 SS去除效果

2.4 本章小结

3 曝气生物滤池处理效能的影响因素研究

3.1 水力负荷对曝气生物滤池处理效能的影响

3.1.1 水力负荷对COD去除率的影响

3.1.2 水力负荷对NH3-N去除率的影响

3.1.3 水力负荷对SS去除率的影响

3.2 污染物容积负荷对曝气生物滤池处理效能的影响

3.2.1 COD容积负荷对COD去除率的影响

3.2.2 COD容积负荷对NH3-N去除率的影响

3.2.3 氨氮负荷对COD去除率的影响

3.2.4 氨氮负荷对NH3-N去除率的影响

3.3 气水比对曝气生物滤池处理效能的影响

3.3.1 气水比对COD去除率的影响

3.3.2 气水比对NH3-N去除率的影响

3.3.3 气水比对SS去除率的影响

3.4 温度对曝气生物滤池处理效能的影响

3.4.1 温度对COD去除率的影响

3.4.2 温度对NH3-N去除率的影响

3.5 本章小结

4 曝气生物滤池细菌多样性研究

4.1 采样

4.2 材料和试剂

4.2.1 质粒和菌株

4.2.2 培养基

4.2.3 试剂

4.3 实验方法

4.3.1 基因组DNA的提取

4.3.2 PCR扩增

4.3.3 PCR产物的回收

4.3.4 PCR产物与T载体连接

4.3.5 大肠杆菌转化

4.3.6 阴性克隆的筛选

4.3.7 质粒提取

4.3.8 阳性克隆质粒的酶切验证

4.3.9 目的片段测序和对比

4.4 实验结果

4.4.1 多样性分析

4.4.2 系统发育分析

4.4.3 优势菌属

4.4.4 多样细菌在污水净化中的作用

4.5 结论

5 曝气生物滤池底物降解动力学研究

5.1 底物降解动力学模型的建立

5.1.1 假设条件

5.1.2 模型推导

5.2 底物降解动力学模型常数的确定

5.3 本章小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果