針對氮磷污染導致的富營養(yǎng)化等水環(huán)境問題,開發(fā)更加高效低耗的污水脫氮除磷新工藝顯得十分必要。同步亞硝化-厭氧氨氧化-反硝化(SNAD)工藝保留了自養(yǎng)脫氮工藝具備的低曝氣能耗和無需外加碳源等諸多優(yōu)點,同時可通過異養(yǎng)反硝化去除COD并進一步脫氮。然而當SNAD工藝處理低氨氮城鎮(zhèn)生活污水時,亞硝化過程難以穩(wěn)定實現(xiàn),易出現(xiàn)硝態(tài)氮累積,使脫氮效率降低。而且單獨的SNAD工藝無法兼顧對磷的去除。這些缺陷阻礙了SNAD工藝的進一步應(yīng)用。本研究通過耦合SNAD工藝與反硝化除磷過程,在膜泥系統(tǒng)/序批式生物膜反應(yīng)器(IFAS/SBBR)內(nèi)啟動單級同步亞硝化-厭氧氨氧化-反硝化除磷(SNADPR)工藝,利用反硝化除磷過程去除SNAD過程后剩余的硝態(tài)氮,不僅改善了脫氮效果還實現(xiàn)了同步除磷。在工藝啟動與運行過程中分析了反應(yīng)器運行效果、污泥脫氮活性等“宏觀因素”和具體功能菌群、群落結(jié)構(gòu)變化特點等“微觀因素”。本研究得出的結(jié)論如下。(1)首先在序批式反應(yīng)器內(nèi)成功馴化了反硝化聚磷菌(DPAOs)。同時在IFAS/SBBR反應(yīng)器內(nèi)啟動了SNAD工藝;優(yōu)化條件后,SNAD工藝處理模擬城鎮(zhèn)生活污水(NH_4~+-N=50 mg/L)時的出水NO_3~--N為10.12±2.25 mg/L,TN去除率為78.13±4.68%。(2)然后成功啟動SNADPR耦合工藝,并對C/N比和DO兩個因素進行了考察與優(yōu)化。在最優(yōu)條件下(C/N=4.0,DO=0.45 mg/L)一次進水模式的出水TN、PO_4~(3-)-P和COD濃度分別為5.51±1.07 mg/L、0.35±0.03 mg/L及低于4 mg/L;對應(yīng)去除率分別為89.15±2.19%、92.93±0.60%和高于96.00±0.06%;其脫氮效果明顯優(yōu)于SNAD工藝。(3)進而通過高通量測序和批試實驗等技術(shù)手段表明:IFAS/SBBR運行方式不僅在時間上滿足了厭氧段除COD和間歇曝氣段脫氮除磷過程的反應(yīng)條件,還在空間上營造了生物膜和懸浮污泥兩種微環(huán)境以滿足不同功能菌的生存條件。SNADPR系統(tǒng)在空間上形成了獨特的微生物群落結(jié)構(gòu),即AnAOB(Candidatus_Kuenenia,Candidatus_Brocadia)主要聚集在填料生物膜上,而AOB(Nitrosomonas)和DPAOs(Dechloromonas,Pseudomonas)主要集中在懸浮污泥中。通過截留掛膜填料和定期排放懸浮污泥的方法成功實現(xiàn)了在單級反應(yīng)器中對AnAOB和DPAOs的污泥齡分離,確保了SNADPR工藝的順利運行。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X703;X172
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 生物脫氮除磷工藝的研究進展
        1.2.1 傳統(tǒng)脫氮工藝
        1.2.2 基于厭氧氨氧化的全程自養(yǎng)脫氮工藝
        1.2.3 同步亞硝化-厭氧氨氧化-反硝化（SNAD）脫氮工藝
        1.2.4 強化生物除磷工藝與反硝化除磷（DPR）過程
    1.3 微生物資源管理（MRM）理論
        1.3.1 微生物資源管理理論的提出及內(nèi)涵
        1.3.2 微生物資源管理理論的技術(shù)手段
        1.3.3 微生物資源管理理論的應(yīng)用
    1.4 本課題的研究目的、意義和內(nèi)容
        1.4.1 研究目的、意義及可行性
        1.4.2 研究內(nèi)容與技術(shù)路線
2 實驗材料與方法
    2.1 實驗反應(yīng)器及實驗材料
        2.1.1 實驗所用反應(yīng)器
        2.1.2 接種污泥及填料
        2.1.3 反應(yīng)器運行各階段工況
        2.1.4 進水成分和配水試劑
    2.2 實驗分析方法及儀器
        2.2.1 實驗所用試劑和儀器
        2.2.2 常規(guī)指標的檢測分析與計算方法
        2.2.3 DNA提取,Illumina MiSeq高通量測序與分析
3 單獨的DPR工藝與SNAD工藝的啟動與運行
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 反硝化聚磷菌（DPAOS）的馴化與DPR工藝的啟動與運行
        3.2.2 高氨氮進水的SNAD階段反應(yīng)器的啟動與運行
        3.2.3 低氨氮進水的SNAD階段反應(yīng)器運行及條件優(yōu)化
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 DPAOS的馴化與DPR工藝運行效果分析
        3.3.2 CANON階段內(nèi)反應(yīng)器運行效果分析
        3.3.3 高氨氮進水SNAD階段內(nèi)運行效果分析
        3.3.4 C/N比和DO對低氨氮進水時SNAD工藝的影響
    3.4 本章小結(jié)
4 單級SNADPR耦合工藝的啟動與運行
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 SNADPR工藝啟動初期運行效果分析
        4.3.2 不同C/N比對SNADPR工藝運行效果的影響
        4.3.3 DO水平對SNADPR工藝運行效果的影響
        4.3.4 一次進水模式下SNADPR工藝的運行效果分析
    4.4 本章小結(jié)
5 SNADPR工藝系統(tǒng)機理與微生物群落分析
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 SNADPR工藝中微生物去除污染物的途徑分析實驗
        5.2.2 微生物菌群結(jié)構(gòu)與功能菌表征
        5.2.3 各階段的微生物脫氮活性測定
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 SNAD系統(tǒng)與SNADPR系統(tǒng)污染物去除效果差異的原因分析
        5.3.2 SNADPR系統(tǒng)中微生物主導的污染物去除途徑分析
        5.3.3 SNADPR工藝啟動與運行過程中微生物群落多樣性的變化
        5.3.4 SNADPR系統(tǒng)中微生物群落豐度的時空分布特點
        5.3.5 SNADPR系統(tǒng)中功能菌活性比較與污泥齡的分離
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況
致謝

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