剩余污泥用作反硝化碳源时的有效电子供体

摘要

目前，我国现行污水处理厂主要采用传统的生物脱氮技术，而反硝化碳源不足的问题已成为制约生物脱氮效率的重要因素。随着国家对于污水中氨氮、总氮浓度的重视，氮元素的去除已经成为必要目标。当前所用的反硝化碳源主要是添加简单的有机物，成本非常高昂。因此，寻找低成本的电子供体来驱动反硝化反应是许多城市污水处理厂的重要目标。同时，污水处理厂每年都会产生大量的剩余污泥，需要对其进行处理处置。剩余污泥含有丰富的有机物，可以作为污水处理厂内部产生的低成本的电子供体，但必须对其进行处理，使其具有更高的生物可利用性。本文基于利用剩余污泥作为生物脱氮技术的外加碳源的目的，用超声波和紫外光分别处理好氧和缺氧条件驯化的污泥，并将它们的上清液用作电子供体用于反硝化作用，并以乙酸钠作为基准，采用动力学和化学计量计算两种污泥的生物可利用率的差异，探究污泥中可生物利用的具体成分，且在实验过程中运用现代分子生物学技术——高通量测序探究微生物群落的多样性。本课题取得的主要结论如下: (1)超声处理后的好氧污泥和缺氧污泥的上清液可以作为可生物利用的电子供体用于反硝化反应，主要是因为超声处理破坏了污泥中的菌胶团，释放出了絮凝体内的有机质，增加了上清液中的颗粒COD(PCOD)含量。 (2)超声处理后，好氧和缺氧污泥上清液的生物可利用COD分别为总COD(TCOD)的75％和82％，紫外光照射处理后，生物可利用率分别提高了1％和14％。超声处理与紫外光处理相比，对于两种污泥的生物可利用性的提高有更主要的作用。 (3)超声处理后，缺氧污泥上清液的生物可利用性高于好氧污泥，反硝化反应速率比好氧污泥快54％，紫外光照处理后，反硝化反应速率比好氧污泥快48％。 (4)反硝化反应速率与加入的电子供体的浓度有关，在一定范围内，电子供体浓度越大，反硝化反应速率越快。 (5)根据乙酸钠的COD浓度C与反硝化反应速率k值之间的关系，可以计算出好氧和缺氧污泥经过超声处理后上清液的有效电子供体含量分别为总COD(TCOD)的56％和76％。 (6)在好氧污泥和缺氧污泥的可生物利用的COD中，颗粒状COD(PCOD)是主要成分，在好氧和缺氧两种污泥中的比例分别为82％和91％。 (7)反应器内部的微生物群落虽然没有锥形瓶内驯化的两种污泥的多样性丰富，但是具有反硝化功能的菌种更多。

目录

声明

摘要

1．1水污染现状

1．2含氮废水的来源和危害

1．2．1含氮废水的来源

1．2．2含氦废水的危害

1．3含氮废水的处理方法

1．3．1物化处理方法

1．3．2生物处理方法

1．4生物脱氮技术存在问题及研究现状

1．4．1生物脱氮技术存在的问题

1．4．2研究现状

1．5超声处理剩余污泥技术

1．5．1剩余污泥的处理处置现状

1．5．2污泥的超声处理技术

1．6本课题研究目的、意义与内容

1．6．1研究意义和目的

1．6．2研究内容

1．7本课题研究流程设计

第2章好氰污泥作为电子供体的反硝化反应

2．1实验所用材料和方法

2．1．1实验所需试剂和仪器

2．1．2溶液的配制

2．1．3反硝化污泥的驯化

2．1．4作为电子供体的好氧活性污泥

2．1．5反应器装置

2．1．6好氧污泥的预处理

2．1．7污泥样品扫描电镜前的预处理

2．1．8光照实验装置

2．1．9反硝化实验方案

2．1．10分析方法

2．2结果与讨论

2．2．1超声技术对好氧污泥的处理效果

2．2．2超声处理对好氧污泥上清液COD的影响

2．2．3超声处理对电子供体的影响

2．3本章小结

第3章缺氧污泥作为电子供体的反硝化反应

3．1实验所用材料和方法

3．1．1实验所需试剂和仪器

3．1．2溶液的配制

3．1．3作为电子供体的缺氧活性污泥

3．1．4实验装置

3．1．5缺氧污泥的预处理

3．1．6反硝化实验方案

3．1．7分析方法

3．2结果与讨论

3．2．1超声技术对缺氧污泥的处理效果

3．2．2超声处理对缺氧污泥上清液COD的影响

3．2．3超声处理对电子供体的影响

3．3本章小结

第4章以乙酸钠为基准的有效电子供体计算

4．1实验所用材料和方法

4．1．1反应器

4．1．2溶液配制

4．1．2实验方案

4．2结果与讨论

4．2．1乙酸钠作为电子供体的反硝化反应

4．2．2污泥上清液的有效电子供体计算

4．3本章小结

第5章微生物群落多样性分析

5．1实验方法

5．1．1污泥样品的提取和保存

5．1．2微生物组总DNA提取

5．1．3对目标片段进行聚合酶链式反应

5．1．4聚合酶链式反应的产物处理

5．1．5文库的制备方法

5．1．6高通量测序

5．2结果与讨论

5．2．1微生物可操作分类单元的结果分析

5．2．2分类学组成分析

5．3本章小结

6．1结论

6．2建议与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢