低碳源负荷下生物除磷特性及聚磷菌内聚物动力学研究

摘要

磷是一种能造成水体富营养化的营养元素，强化生物除磷工艺(EBPR)是生物除磷的重要手段。当EBPR工艺遇到水量突增或短期排入低碳源污水时，系统出水情况恶化甚至除磷失败，低营养条件下聚磷菌(PAOs)内聚物动力学特性也尚不明确。通过建立有效精确的胞内胞外聚合物分离、检测方法，研究低碳条件和内源呼吸条件下聚磷菌内聚物的变化规律和动力学特征，进而分析低营养冲击后EBPR工艺中聚磷菌的内聚物与其生物活性、除磷能力之间的内在关系，为实际EBPR工艺的运行提供指导。 在不同碳源负荷下长期驯化聚磷菌，结果显示:SBR-H反应器中PAOs产率为23.6 mgSS/g COD、17.5 mg VSS/g COD，SBR-L反应器中PAOs产率为26.5 mg SS/g COD、18.6mg VSS/g COD。碳源数量不会影响PAOs的产率和活性，系统除磷效率并未有显著差别，且低碳源条件（COD为100 mg/L）下更有利于PAOs竞争成为优势菌种。通过厌氧静态试验，得到了低进水碳源条件下PAOs内聚物动力学参数:rPHB/NaAc为1.08mol-C/mol-C(0-50 min)和0.66 mol-C/mol-C(50-110 h)、rinGLU/NaAc为1.10 mol-C/mol-C(0-50min)和0.28 mol-C/mol-C(50-110 h)。 试验结果显示聚磷菌在低碳源条件下(COD100 mg/L)产生更多的胞外多糖（128.09±29.77 mg-C/mg VSS），而高碳源条件下(COD200 mg/L)胞外多糖相对较少（82.84±2.20 mg-C/mg VSS）。PAOs内源呼吸过程中随时间的增长，胞内糖原被大量消耗但胞外多糖数量不断增加，使得糖数量减少并不明显。在排除胞外多糖影响后，发现低碳源负荷下聚磷菌胞内糖原消耗速率更快。试验中观察到PAOs胞内糖原降低至80±10mg-C/g VSS时，PAOs才会开始大量分解聚磷用于维持细胞功能，因此糖原数量是衡量PAOs内源呼吸进程的一个有效标准。试验还得出PAOs在低碳源条件下厌氧内源呼吸衰亡系数为0.038 d-1，好氧内源呼吸衰亡系数为0.058 d-1。 试验证明碳源冲击会影响EBPR工艺的稳定运行，尤其是低碳源冲击会直接导致系统除磷能力的降低甚至是除磷失败。在不同碳源浓度下驯化聚磷菌，然后分别在高、低碳源冲击观察冲击过程中以及恢复正常进水后聚磷菌内聚物的变化，结果显示系统受冲击后聚磷菌会优先维持糖原的积累数量，而低碳源冲击会导致聚磷菌在好氧阶段出现内源代谢影响其活性和代谢过程;EBPR工艺不管受到高或低碳源冲击，都不能在短时间内恢复其除磷能力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 排污现状与磷的危害

1．1．2 除磷方法概述

1．1．3 聚磷菌代谢机理

1．2 国内外研究现状

1．2．1 PAOs内聚物的作用

1．2．2 PAOs内聚物代谢机理

1．2．3 胞外多聚物组成及分离

1．2．4 生物强化除磷工艺研究热点

1．2．5 低碳源冲击对EBPR工艺影响

1．3 研究内容、研究意义及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究意义

1．3．3 技术路线

第二章 试验器材及分析方法

2．1 试验装置及试验器材

2．1．1 动态试验装置及试验器材

2．1．2 静态试验装置及试验器材

2．2 试验仪器及检测设备

2．3 分析方法与试验水质

2．3．1 常规分析项目与仪器

2．3．2 PHB、NaAc、糖原(多糖)样品处理及测定

2．3．3 NO3--N样品处理及测定

2．3．4 胞外聚合物的提取方法

2．3．5 试验污水水质

第三章 低碳源条件下EBPR生物除磷特性研究

3．1 利用SBR反应器长期低碳源条件驯化PAOs

3．2 不同碳源负荷周期运行中生物除磷特性

3．3 SBR-H反应器碳源冲击条件下生物除磷特性研究

3．4 SBR-L反应器碳源冲击条件下生物除磷特性研究

3．5 小结

第四章 PAOs内聚物特性及动力学研究

4．1 PAOs胞外多聚物的分析方法优化

4．1．1 平衡试验结果

4．1．2 EPS分离方法的确定

4．2 厌氧过程中PAOs内聚物动力学分析

4．2．1 PAOs动力学参数与特性分析

4．2．2 厌氧试验结果

4．3 厌氧内源呼吸条件下PAOs内聚物特性及动力学分析

4．4 好氧内源呼吸条件下PAOs内聚物动力学分析

4．5 短期碳源冲击试验

4．5．1 SBR-H反应器短期碳源冲击试验

4．5．2 SBR-L反应器短期碳源冲击试验

4．6 长期碳源冲击试验

4．6．1 SBR-H反应器长期碳源冲击试验

4．6．2 SBR-L反应器长期碳源冲击试验

4．7 小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况