好氧生物處理工藝在國內(nèi)外最廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水和工業(yè)廢水處理，系統(tǒng)運(yùn)行性能和穩(wěn)定性很大程度上取決于工藝反應(yīng)器的傳質(zhì)傳遞、流體動(dòng)力學(xué)以及降解菌生物量、活性與污泥微生物種群多樣性。為實(shí)現(xiàn)生物反應(yīng)器高活性生物量持留、多樣化微生物菌群富集，強(qiáng)化生物處理工藝系統(tǒng)運(yùn)行高效性和穩(wěn)定性，本論文以序批式好氧生物反應(yīng)器(SBR)和序批式氣提生物反應(yīng)器(SABR)為平臺(tái)，以苯胺和氯苯胺類為模式有機(jī)物，開展了降解苯胺(AN)和氯苯胺(ClAs)好氧污泥顆�；捌湮⑸锓肿由鷳B(tài)機(jī)理研究，取得如下研究結(jié)果： 1、通過梯度增強(qiáng)SABR反應(yīng)器水力選擇壓(增大表面氣速)與生物選擇壓(逐步增加目標(biāo)污染物負(fù)荷、縮短污泥沉降時(shí)間)，在以AN為唯一碳能源、負(fù)荷1．2kg·m~(-3)·d~(-1)條件下好氧污泥發(fā)生顆�；F(xiàn)象，成熟顆粒污泥平均粒徑為1．2 mm、比AN降解速率達(dá)0．84 g·gVSS(-1)·d~(-1)。 不同結(jié)構(gòu)序批式反應(yīng)器處理對(duì)氯苯胺(4-ClA)廢水過程污泥顆粒化研究結(jié)果表明，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及其水力學(xué)特征影響污泥顆�；M(jìn)程與顆粒污泥活性，高徑比(H／D)較大的SBR、SABR反應(yīng)器易發(fā)生好氧污泥顆�；�，成熟顆粒污泥粒徑分別為1．68mm和1．25 mm，比4-ClA降解速率達(dá)0．21～0．27 g·g~(-1)·d~(-1)，該兩組反應(yīng)器具有較高的污染物降解能力與運(yùn)行穩(wěn)定性。結(jié)果揭示反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及其水力學(xué)特征影響污泥顆�；M(jìn)程與顆粒污泥活性。 處理含多種ClAs和AN有機(jī)廢水SABR反應(yīng)器同樣可實(shí)現(xiàn)好氧污泥顆粒化，獲得的成熟顆粒污泥粒徑在0．9～2．0 mm，污泥最小沉降速率達(dá)60 m·h~(-1)以上，苯胺和氯苯胺類比降解速率為0．1 8 g·gVSS~(-1)·d~(-1)；顆粒內(nèi)外分布有豐富的類球菌、類短桿菌，與胞外多聚物交織共存；相對(duì)而言，進(jìn)水含AN和ClAs的SABR反應(yīng)器具有較高目標(biāo)污染物去除性能、耐沖擊能力和運(yùn)行穩(wěn)定性。 2、反應(yīng)器在進(jìn)水ClAs負(fù)荷0．6～0．8 kg·m~(-3)·d~(-1)、表面氣速2．4～3．6 cm·s~(-1)、污泥沉降時(shí)間5～10 min、HRT 11．4～17．2 h、曝氣前兼氧1 h、新生污泥或全混污泥適時(shí)排放等條件下運(yùn)行，可獲得結(jié)構(gòu)致密、沉降性能優(yōu)異的好氧顆粒污泥。短期營養(yǎng)元素缺失對(duì)顆粒污泥特性影響結(jié)果表明，碳源缺失時(shí)污泥顆粒強(qiáng)度和表面疏水性有所增強(qiáng)，C、K元素缺失時(shí)污泥EPS含量減少，C、N、P元素缺失時(shí)污泥SOUR明顯下降，而C、Fe元素缺失時(shí)微生物生長(zhǎng)受限。結(jié)果可為好氧顆粒污泥工藝設(shè)計(jì)與運(yùn)行調(diào)控提供理論依據(jù)。 氯苯胺負(fù)荷沖擊下不同結(jié)構(gòu)顆粒化反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定性分析發(fā)現(xiàn)，H／D較大的R2、R3反應(yīng)器抗基質(zhì)負(fù)荷沖擊能力較強(qiáng)。反應(yīng)器剪切率試驗(yàn)結(jié)果表明，R3、R2反應(yīng)器總剪切率較高，分別為(1．14～2．31)×10~5 s~(-1)和(0．56～2．23)×10~5 s~(-1)，而H／D較小的R1反應(yīng)器剪切率僅為(0．34～1．27)×10~5 s~(-1)。結(jié)果證實(shí)可提供較強(qiáng)水力剪切條件的反應(yīng)器具有較高的耐沖擊能力和運(yùn)行穩(wěn)定性。 灰色多因素?cái)?shù)學(xué)法分析好氧顆粒污泥特性與顆�；绊懸蛩氐年P(guān)聯(lián)度發(fā)現(xiàn)，污泥沉降速率(SV)與總生物密度(d_(tm))關(guān)聯(lián)度為0．828，污泥沉降速率(SV)與污泥體積指數(shù)(SVI)、顆粒污泥粒徑(D)與總生物密度(d_(tm))關(guān)聯(lián)度依次為0．804、0．779，而污泥體積指數(shù)(SVI)與總生物密度(d_(tm))關(guān)聯(lián)度僅0．664。根據(jù)對(duì)好氧顆粒污泥特征指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度分析，確定有機(jī)負(fù)荷率(OLR)、水力剪切力(HFS)、污泥沉降時(shí)間(SST)為好氧污泥顆粒化主控因子。研究結(jié)果有望為好氧顆粒污泥工藝長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)支撐。 顆�；^程污泥胞外多聚物(EPS)中蛋白(PN)含量和蛋白／多糖比值(PN／PS)明顯增大，并與疏水性、表面電荷等污泥表面特性指標(biāo)呈正相關(guān)；表面氣速提高至2．4 cm·s~(-1)時(shí)污泥EPS中PN含量與PN／PS比值明顯增加，縮短污泥沉降時(shí)間(小于10 min)有利于顆粒污泥EPS中PN含量增加。研究結(jié)果揭示EPS及其PN組分在顆粒污泥形成過程中扮演重要角色。 結(jié)合已有研究結(jié)果，綜合考慮本實(shí)驗(yàn)確立的污泥顆粒化過程主控因子，提出如下好氧顆粒污泥形成機(jī)理：在一定的水力與生物選擇壓下，微生物代謝過程分泌過量EPS，通過對(duì)微生物表面特性影響促使菌體間相互吸引、粘連成菌膠團(tuán)，進(jìn)而在EPS吸附、包裹與絲狀菌、高價(jià)陽離子架橋作用下形成污泥聚集體與顆粒亞核；多樣化菌群在顆粒亞核上按功能區(qū)系規(guī)則分布、結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最終形成結(jié)構(gòu)致密的顆�；勰�；傳質(zhì)限制或環(huán)境條件變化時(shí)大粒徑污泥發(fā)生解體，形成的碎片可作為“二次核”實(shí)現(xiàn)污泥快速顆�；� 3、好氧顆粒降解AN和ClAs符合Haldane動(dòng)力學(xué)，最大比基質(zhì)降解速率(V_(max))大小順序依次為：AN4-ClA2-ClA3-ClA3，4-DClA，抑制常數(shù)(K_i)順序依次為：AN3-ClA4-ClA2-ClA3，4-DClA，苯胺和氯苯胺類化合物的空間參數(shù)、熱力學(xué)參數(shù)與其生物降解性相關(guān)性較好。不同粒徑好氧顆粒的污染物降解動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，粒徑為1．25-2．0 mm的好氧顆粒污泥具有較大的V_(max)和K_i值，粒徑增至2．0 mm以上時(shí)顆粒污泥K_i值繼續(xù)增大，但V_(max)呈下降趨勢(shì)。結(jié)果揭示污泥顆粒形成有利于改善反應(yīng)器處理有毒有機(jī)物性能，但控制顆粒污泥大小對(duì)工藝高效運(yùn)行十分重要。 成熟好氧顆粒污泥具有較高的誘導(dǎo)型C23O酶活；4-ClA降解過程依次形成4-氯鄰苯二酚、5-氯-4-草酰巴豆酸、2-羥基-5-氯-粘糠酸半醛、5-氯-4-羥基-2-酮戊酸等典型間位途徑中間代謝產(chǎn)物，證實(shí)4-ClA通過間位代謝途徑開環(huán)裂解，并提出顆粒污泥降解4-ClA代謝途徑。 好氧顆粒污泥生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明，顆粒污泥工藝具有較高的衰減系數(shù)(K_d)和較低的產(chǎn)率系數(shù)(Y)，顆粒污泥EPS和PHB可在好氧饑餓期作為“二次基質(zhì)”被微生物所利用，應(yīng)用Luedeking-Piret模型可較好擬合比EPS生成速率(q_(EPS))、比PHB生成速率(q_(PHB))與微生物生長(zhǎng)速率(μ)之間的關(guān)系。 4、降解苯胺和氯苯胺污泥顆�；^程微生物種群結(jié)構(gòu)演替顯著，隨著污泥顆�；霈F(xiàn)特異性條帶。降解4-ClA污泥顆�；^程，污泥小顆粒快速形成的R2、R3反應(yīng)器污泥DGGE圖譜條帶較為豐富，污泥菌群結(jié)構(gòu)相似性較高，主要菌群分屬β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria、Planctomycetales、Flavobacteriales、Clostridiales、Acidobacteria等類群，特異性條帶大部分與Thauera sp．菌屬具有較高的相似性，推測(cè)該菌屬可能是好氧顆粒污泥所持留的4-ClA降解菌。降解AN顆粒污泥主要菌群分屬Proteobacteria、Flavobacteriales、Cytophagales、Bacteroidete等，特異性條帶大部分與Thauera sp．、Pseudomonasputida sp．、Acinetobacter sp．菌屬有較高相似性。降解ClAs、AN的兩組SABR反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥共有的優(yōu)勢(shì)功能降解菌為Pseudomonas sp．、Flavobacterium sp．；相比較而言，降解ClAs和AN顆粒污泥特異性條帶所屬類群較為復(fù)雜，其顆粒污泥微生物種群結(jié)構(gòu)更為豐富。 RTQ-PCR定量分析結(jié)果表明，降解4-ClA污泥顆�；^程Thauera sp．、AOB、β-Proteobacteria菌群數(shù)量均呈現(xiàn)不同程度的增加，其在成熟顆粒污泥內(nèi)分別占細(xì)菌總數(shù)的21．55％、10．79％和61．28％；降解AN好氧污泥顆�；^程Thauera sp．、AOB、β-Proteobacteria含量同樣明顯增加，其占細(xì)菌總數(shù)的比例最終穩(wěn)定在28．83％、15．6％和50．64％。結(jié)果揭示污泥顆粒化可實(shí)現(xiàn)功能降解菌柔性化富集、結(jié)構(gòu)化持留。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

SehmidtandAhring，1996)。①厭氧顆粒污泥特性厭氧顆粒污泥通常呈黑色或灰色，為外表光滑的橢球形(見圖1一l)，密度在lo30~zosokg·m”之間，污泥沉降速度為15一som·h一，(se枷i次 etal.，1996)。厭氧顆粒組分因生長(zhǎng)基質(zhì)的不同而存在較大的差異，其中Fe、Ca、Si、P、S均為大量元素，灰分含量占8一66%。厭氧顆粒污泥實(shí)質(zhì)上是多種微生物的聚集體，主要由水解發(fā)酵菌、產(chǎn)乙酸菌及產(chǎn)甲烷菌等多種菌群互營共生、菌絲交錯(cuò)形成。研究發(fā)現(xiàn)

化的普遍規(guī)律(Mo堪enro比 etal.， 1997:BeunandHendeiks， 1999:LiuandTay，2o02a)。目前多數(shù)學(xué)者對(duì)以普通活性污泥為接種污泥的好氧污泥顆�；瘷C(jī)理達(dá)成比較一致的觀點(diǎn)見圖1一10。InoeulationSelf-lmmobi!往ationGranulation一、時(shí)vdrody二forC渤OU~口、討芝多產(chǎn)、、入︺幾廣目”、J、滬n|JI腳zLz﹄Z沖曦氣甲產(chǎn)洲︸O工J仁娜夕oo@矚。AembiCgranules 1imitatio圖1一10以普通活性污泥為接種污泥的好氧污泥顆粒化過程Fig.l一 10ProPosedmechanismofaerobicsludgegranulationinoeulatedwith activatedsludge一反應(yīng)器啟動(dòng)階段首先由絲狀菌纏繞成初始框架，在普通絮狀污泥中占主導(dǎo)地位的真菌附著于絲狀菌框架上形成結(jié)構(gòu)較為松散的菌團(tuán)，之后球菌、桿菌等微生物在作為固定化載體的菌團(tuán)與絲狀菌框架上不斷繁殖、生長(zhǎng)、絮集;在較短的污泥沉降時(shí)間、較高的水力剪切力和較高的有機(jī)負(fù)荷率等多重選擇壓下，沉降性能較差的絮

1.4.2.3好氧穎粒污泥降解目標(biāo)污染物動(dòng)力學(xué)及途徑機(jī)制重點(diǎn)研究好氧顆粒污泥降解目標(biāo)污染物過程動(dòng)力學(xué)、微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)以及污泥胞內(nèi)外聚合物(EPS、PHB)形成過程動(dòng)力學(xué)等，分析4一C認(rèn)代謝中間產(chǎn)物與關(guān)鍵酶活性，提出顆粒污泥降解典型污染物4一CIA建議性途徑。1.4.2.4降解氯苯胺類好氧穎粒污泥分子生態(tài)特性利用PcR-DGGE、RTQ一PcR等分子生物學(xué)技術(shù)，重點(diǎn)開展降解氯苯胺和苯胺好氧污泥顆�；^程微生物種群結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)、多樣性與功能降解菌時(shí)空分布，以期闡明好氧污泥顆粒化的微生物分子生態(tài)機(jī)理。1.4.3技術(shù)路線論文研究技術(shù)路線見圖l一12。
【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2878794