長(zhǎng)期以來(lái),城鎮(zhèn)生活污水碳源缺乏(即低C/N比),采用傳統(tǒng)的生物脫氮除磷工藝時(shí)存在著碳源不足和泥齡矛盾等主要問(wèn)題,其出水難以達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。因此,開(kāi)發(fā)適應(yīng)低C/N比污水高效率低能耗的脫氮除磷技術(shù)對(duì)促進(jìn)城鎮(zhèn)污水處理事業(yè)的發(fā)展、改善水環(huán)境質(zhì)量具有重大意義。此外,磷礦資源屬于稀缺資源之一,隨著世界人口增長(zhǎng)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)擴(kuò)大,使得磷礦資源日漸枯竭：磷的循環(huán)再利用是解決磷礦資源枯竭的重要戰(zhàn)略思路。城鎮(zhèn)生活污水中含有“較豐富”的磷,回收潛力巨大。這就要求人類(lèi)從新的視角去研發(fā)高效率低能耗的污水處理工藝和磷回收技術(shù),并將兩者有機(jī)地耦合在一起,以便滿足污水排放標(biāo)準(zhǔn)和污水中磷回收效率最大化。近年來(lái),反硝化同步脫氮除磷和誘導(dǎo)結(jié)晶理論的發(fā)展,為開(kāi)發(fā)新型脫氮除磷工藝和磷回收技術(shù)提供了新的思路和方向。論文以反硝化同步脫氮除磷理論和誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收技術(shù)為基礎(chǔ),以提高低C/N比生活污水脫氮除磷效果和磷回收為目標(biāo),構(gòu)建了一種“反硝化聚磷-誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收新工藝”。該工藝的主要特點(diǎn)是：(1)采用反硝化同步脫氮除磷技術(shù),反硝化聚磷菌在缺氧條件下以硝酸鹽為電子受體實(shí)現(xiàn)反硝化同步脫氮除磷,緩解了脫氮和除磷碳源不足的矛盾,并實(shí)現(xiàn)“一碳兩用”；(2)采用雙污泥形式,使反硝化聚磷菌和硝化細(xì)菌處于兩個(gè)獨(dú)立的污泥系統(tǒng),充分地發(fā)揮反硝化脫氮除磷和硝化反應(yīng)的各自特點(diǎn),解決了泥齡矛盾；(3)將厭氧池內(nèi)富磷上清液通過(guò)側(cè)流引入到誘導(dǎo)結(jié)晶柱內(nèi)實(shí)現(xiàn)磷的回收,降低了后續(xù)生物除磷的負(fù)荷,即實(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收對(duì)生物除磷的強(qiáng)化作用。反硝化聚磷菌(DPAO)的富集馴化是該工藝穩(wěn)定運(yùn)行的前提,本文采用兩段式(厭氧/好氧+厭氧/缺氧)富集馴化方法完成DPAO富集。富集完成后,單位污泥厭氧釋磷量為8.47mgP/gMLSS、單位污泥缺氧吸磷量為11.13mgP/gMLSS,缺氧條件下單位吸磷量可脫氮量為1.08mgN/mgP,表現(xiàn)出明顯的反硝化同步脫氮除磷特征；通過(guò)電子顯微鏡掃描(SEM)觀察和熒光原位雜交(FISH)分析,富集完成后,聚磷菌(Accumulibacter)的含量由接種污泥的9.3%增加至68.9%,且多以桿狀微生物為主；基于PCR-DGGE分析,接種污泥富集前后微生物種群結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的變化,微生物多樣性明顯減少。通過(guò)該工藝內(nèi)污泥的衰減特征研究發(fā)現(xiàn)：DPAO在饑餓狀態(tài)下可迅速啟動(dòng)緊迫反應(yīng),分解體內(nèi)貯存的PHB等物質(zhì)來(lái)獲取能量維持細(xì)胞活性,在7天衰減過(guò)程中,第1天的衰減速率為0.15d-1,此后6天衰減速率為0.04 d-1～0.05d-1而硝化污泥中亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(NOB)呈指數(shù)衰減,氨氧化細(xì)菌(AOB)呈勻速衰減。對(duì)比反硝化聚磷菌(DPAO)和好氧聚磷菌(PAO)發(fā)現(xiàn)：DPAO可以在好氧條件下以氧為電子受體進(jìn)行立即吸磷,而PAO在缺氧條件以硝酸鹽為電子受體很難立即吸磷：DPAO的缺氧吸磷能力稍低于好氧吸磷能力,證明了PAO存在兩種類(lèi)型的學(xué)說(shuō)：一是僅以氧為電子受體吸磷；另一個(gè)是以氧或硝酸鹽為電子受體吸磷,即反硝化聚磷菌；通過(guò)PCR-DGGE分析,Azonexus.spp、Acidovorax.spp、Rhodocyclus.spp和Thiothrix.spp在好氧除磷污泥和反硝化除磷污泥中均出現(xiàn),即可能屬于DPAO。結(jié)合化學(xué)分析和PCR-DGGE分析研究發(fā)現(xiàn)：進(jìn)水中C/N比和C/P比對(duì)工藝脫氮除磷效率和微生物種群結(jié)構(gòu)有著重要的影響；隨著進(jìn)水中C/N比和C/P比增加,氮和磷的去除率提高,微生物多樣性減少,在此過(guò)程中DPAO被強(qiáng)化,許多微生物在此過(guò)程中被淘汰；通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在本試驗(yàn)設(shè)計(jì)中當(dāng)進(jìn)水中C/N比為6.3,C/P比為23.3時(shí),TN和P的去除率達(dá)到最大,分別為90.5+4.3%,94.0±2.4%。通過(guò)誘導(dǎo)HAP結(jié)晶回收污水中的磷是可行的,其誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)過(guò)程呈準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)形式；該反應(yīng)速度快、受溫度影響較小,其反應(yīng)的活化能為5.96KJ/mol,這大大增強(qiáng)了該方法在實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)用性；pH值對(duì)誘導(dǎo)HAP結(jié)晶影響較大,當(dāng)pH超過(guò)8.5時(shí)可明顯提高溶液中的磷回收率,且在一個(gè)較寬的pH范圍(8.5～10)內(nèi)可保持較高的磷回收率,這為該方法的實(shí)際應(yīng)用提供了可操作性；通過(guò)曝氣可以使誘導(dǎo)結(jié)晶柱內(nèi)溶液pH值達(dá)到這個(gè)范圍。為進(jìn)一步探究最佳的除磷效果和磷回收效率,對(duì)側(cè)流比進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究發(fā)現(xiàn)：側(cè)流比對(duì)工藝內(nèi)生物除磷、誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收和微生物種群結(jié)構(gòu)有著一定的影響；誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收對(duì)生物除磷有著明顯的強(qiáng)化作用。在本實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)側(cè)流比為35%時(shí),可獲得較好的磷去除和回收效果；當(dāng)側(cè)流比為0%和15%時(shí)出水中磷濃度不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)：但是過(guò)高的側(cè)流比(45%和55%)將破壞生物除磷系統(tǒng)的正常代謝機(jī)能,不利于整個(gè)系統(tǒng)的生物除磷,導(dǎo)致出水中磷濃度顯著增加,甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰；因此,在實(shí)際運(yùn)行管理中,側(cè)流比的選擇應(yīng)以不破壞微生物生物除磷機(jī)能為前提。此外,隨著側(cè)流比的增加,微生物種群多樣性也增加。在工藝穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上,考察工藝對(duì)生活污水的處理效能,并對(duì)誘導(dǎo)結(jié)晶產(chǎn)物進(jìn)行分析。當(dāng)進(jìn)水中COD、TN、NH4+-N和TP的濃度為239.2～259.5mg/L,39.6～43.8 mg/L, 38.2～41.8 mg/L和8.72～11.40 mg/L,屬于低C/N(約5.98)比生活污水,出水中相應(yīng)的濃度分別為15.2～21.6 mg/L,8.5～9.6 mg/L,3.6～4.7 mg/L和0.31～0.49 mg/L,滿足國(guó)家《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)；COD主要在厭氧池被去除NH4+-N主要在好氧硝化池中去除；出水中NO3--N濃度要高于進(jìn)水中NO3--N濃度,分別為4.87 mg/L和0.58 mg/L；在該工藝內(nèi),污水中磷的去除主要由誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收和生物除磷兩部分組成；在本試驗(yàn)中,該工藝磷去除效率為95.9%,其中誘導(dǎo)結(jié)晶磷去除率占總?cè)コ实?1.5%,反應(yīng)該工藝具有較大的磷回收潛力：通過(guò)SEM和EDS分析,在誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)過(guò)程中,方解石晶種表面有明顯的變化且主要成分可能為Ca5(OH)(P04)3,即HAP。此外,后置曝氣池可對(duì)出水中COD、NH4+-N和磷濃度起著把關(guān)作用。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類(lèi)】：X703
【文章目錄】：
摘要
Abstract
縮略詞列表
第一章 緒論
    1.1 課題提出的背景
        1.1.1 我國(guó)湖泊（水庫(kù)）環(huán)境質(zhì)量狀況
        1.1.2 污水處理技術(shù)的新需求
        1.1.3 磷循環(huán)再利用的重要性
        1.1.4 結(jié)合污水處理工藝回收磷的必要性和可行性
    1.2 污水傳統(tǒng)脫氮除磷技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 生物脫氮理論
        1.2.2 生物除磷理論
        1.2.3 污水傳統(tǒng)脫氮除磷工藝
        1.2.4 污水傳統(tǒng)脫氮除磷工藝存在的問(wèn)題
    1.3 污水反硝化聚磷技術(shù)研究及應(yīng)用
        1.3.1 反硝化聚磷理論
        1.3.2 反硝化除磷與好氧除磷的比較
        1.3.3 反硝化聚磷微生物
        1.3.4 污水反硝化聚磷工藝
    1.4 分子生物技術(shù)在活性污泥微生物研究中的應(yīng)用
        1.4.1 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-變性梯度凝膠電泳技術(shù)（PCR-DGGE）
        1.4.2 熒光原位雜交技術(shù)（FISH）
    1.5 污水中磷回收技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.5.1 化學(xué)混凝沉淀法
        1.5.2 吸附法
        1.5.3 離子交換法
        1.5.4 誘導(dǎo)結(jié)晶法
    1.6 課題研究目的意義、內(nèi)容及技術(shù)路線
        1.6.1 研究目的意義
        1.6.2 研究?jī)?nèi)容
        1.6.3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
        1.6.4 技術(shù)路線
第二章 試驗(yàn)材料與方法
    2.1 試驗(yàn)裝置與儀器設(shè)備
        2.1.1 反硝化聚磷-誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收工藝試驗(yàn)裝置
        2.1.2 主要儀器設(shè)備
    2.2 分析測(cè)定方法
        2.2.1 化學(xué)分析
        2.2.2 微生物分析
    2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        2.3.1 反硝化聚磷菌和硝化細(xì)菌富集馴化試驗(yàn)
        2.3.2 反硝化聚磷污泥和硝化污泥富集前后微生物動(dòng)態(tài)分析
        2.3.3 反硝化聚磷污泥磷含量EDS分析
        2.3.4 反硝化聚磷污泥和硝化污泥衰減特征研究
        2.3.5 反硝化聚磷和好氧聚磷污泥釋磷和吸磷能力試驗(yàn)
        2.3.6 C/N比和C/P比對(duì)工藝運(yùn)行及微生物種群結(jié)構(gòu)的影響
        2.3.7 誘導(dǎo)HAP結(jié)晶回收污水中的磷主要影響因素試驗(yàn)
        2.3.8 側(cè)流磷回收對(duì)工藝運(yùn)行及微生物種群結(jié)構(gòu)的影響
        2.3.9 反硝化聚磷-誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收工藝效能評(píng)價(jià)
第三章 反硝化聚磷-誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收工藝微生物富集及污泥特性研究
    3.1 反硝化聚磷菌和硝化細(xì)菌富集馴化
        3.1.1 反硝化聚磷菌富集馴化過(guò)程
        3.1.2 硝化細(xì)菌富集馴化過(guò)程
    3.2 富集前后系統(tǒng)內(nèi)微生物動(dòng)態(tài)變化
        3.2.1 熒光原位雜交（FISH）分析
        3.2.2 電子顯微鏡掃描（SEM）觀察
    3.3 反硝化聚磷污泥磷含量EDS分析
    3.4 反硝化聚磷污泥厭氧/缺氧過(guò)程中碳、氮、磷濃度變化
        3.4.1 厭氧段污泥釋磷量和碳源吸收量
        3.4.2 缺氧段污泥吸磷量和氮去除量
    3.5 反硝化除磷污泥和硝化污泥衰減特征
        3.5.1 反硝化除磷污泥衰減特征
        3.5.2 硝化污泥衰減特征
    3.6 本章小結(jié)
第四章 反硝化聚磷菌與好氧聚磷菌的對(duì)比分析
    4.1 厭氧環(huán)境下DPAO和PAO釋磷能力對(duì)比
        4.1.1 DPAO和PAO厭氧釋磷量
        4.1.2 DPAO和PAO碳源吸收量
    4.2 好氧環(huán)境下DPAO和PAO吸磷能力對(duì)比
    4.3 缺氧環(huán)境下DPAO和PAO吸磷能力對(duì)比
        4.3.1 DPAO和PAO缺氧吸磷量
        4.3.2 DPAO和PAO硝酸鹽氮去除量
    4.4 DPAO和PAO微生物種群結(jié)構(gòu)對(duì)比
        4.4.1 污泥樣品中微生物種群結(jié)構(gòu)變化
        4.4.2 污泥樣品中微生物多樣性分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 進(jìn)水中C/N比和C/P比對(duì)反硝化同步脫氮除磷及微生物種群結(jié)構(gòu)的影響
    5.1 C/N比和C/P比對(duì)氮和磷去除效果的影響
    5.2 C/N比和C/P比對(duì)微生物種群結(jié)構(gòu)的影響
    5.3 氮和磷的去除效果與微生物種群結(jié)構(gòu)變遷的關(guān)系
    5.4 本章小結(jié)
第六章 誘導(dǎo)HAP結(jié)晶回收污水中的磷主要影響因素研究
    6.1 羥基磷酸鈣（HAP）結(jié)晶理論
    6.2 誘導(dǎo)HAP結(jié)晶主要影響因素研究
        6.2.1 反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)誘導(dǎo)HAP結(jié)晶效果的影響
        6.2.2 晶種投加量對(duì)誘導(dǎo)HAP結(jié)晶效果的影響
        6.2.3 pH值對(duì)誘導(dǎo)HAP結(jié)晶效果的影響
        6.2.4 Ca/P摩爾比對(duì)誘導(dǎo)HAP結(jié)晶效果的影響
        6.2.5 曝氣量對(duì)誘導(dǎo)HAP結(jié)晶效果的影響
    6.3 本章小結(jié)
第七章 側(cè)流磷回收對(duì)工藝運(yùn)行及微生物種群結(jié)構(gòu)的影響
    7.1 側(cè)流比對(duì)反硝化聚磷的影響
    7.2 側(cè)流比對(duì)誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收的影響
    7.3 側(cè)流比對(duì)微生物種群結(jié)構(gòu)的影響
    7.4 本章小結(jié)
第八章 反硝化聚磷-誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收工藝效能評(píng)價(jià)
    8.1 工藝污染物的去除能力分析
        8.1.1 工藝對(duì)COD的去除情況
        8.1.2 工藝對(duì)氮的去除情況
        8.1.3 工藝對(duì)磷的去除情況
    8.2 誘導(dǎo)結(jié)晶產(chǎn)物分析
    8.3 本章小結(jié)
第九章 主要結(jié)論和建議
    9.1 主要結(jié)論
    9.2 進(jìn)一步研究建議
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參與的研究項(xiàng)目
致謝

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本文編號(hào)：2872870