發(fā)布時間：2020-11-11 05:14

　　 好氧生物處理工藝在國內外最廣泛應用于城鎮(zhèn)污水和工業(yè)廢水處理，系統(tǒng)運行性能和穩(wěn)定性很大程度上取決于工藝反應器的傳質傳遞、流體動力學以及降解菌生物量、活性與污泥微生物種群多樣性。為實現(xiàn)生物反應器高活性生物量持留、多樣化微生物菌群富集，強化生物處理工藝系統(tǒng)運行高效性和穩(wěn)定性，本論文以序批式好氧生物反應器(SBR)和序批式氣提生物反應器(SABR)為平臺，以苯胺和氯苯胺類為模式有機物，開展了降解苯胺(AN)和氯苯胺(ClAs)好氧污泥顆粒化及其微生物分子生態(tài)機理研究，取得如下研究結果： 1、通過梯度增強SABR反應器水力選擇壓(增大表面氣速)與生物選擇壓(逐步增加目標污染物負荷、縮短污泥沉降時間)，在以AN為唯一碳能源、負荷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0．84 g·gVSS(-1)·d~(-1)。 不同結構序批式反應器處理對氯苯胺(4-ClA)廢水過程污泥顆�；芯拷Y果表明，反應器結構及其水力學特征影響污泥顆�；M程與顆粒污泥活性，高徑比(H／D)較大的SBR、SABR反應器易發(fā)生好氧污泥顆粒化，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0．21～0．27 g·g~(-1)·d~(-1)，該兩組反應器具有較高的污染物降解能力與運行穩(wěn)定性。結果揭示反應器結構及其水力學特征影響污泥顆�；M程與顆粒污泥活性。 處理含多種ClAs和AN有機廢水SABR反應器同樣可實現(xiàn)好氧污泥顆�；�，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；相對而言，進水含AN和ClAs的SABR反應器具有較高目標污染物去除性能、耐沖擊能力和運行穩(wěn)定性。 2、反應器在進水ClAs負荷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排放等條件下運行，可獲得結構致密、沉降性能優(yōu)異的好氧顆粒污泥。短期營養(yǎng)元素缺失對顆粒污泥特性影響結果表明，碳源缺失時污泥顆粒強度和表面疏水性有所增強，C、K元素缺失時污泥EPS含量減少，C、N、P元素缺失時污泥SOUR明顯下降，而C、Fe元素缺失時微生物生長受限。結果可為好氧顆粒污泥工藝設計與運行調控提供理論依據(jù)。 氯苯胺負荷沖擊下不同結構顆�；磻鬟\行穩(wěn)定性分析發(fā)現(xiàn)，H／D較大的R2、R3反應器抗基質負荷沖擊能力較強。反應器剪切率試驗結果表明，R3、R2反應器總剪切率較高，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反應器剪切率僅為(0．34～1．27)×10~5 s~(-1)。結果證實可提供較強水力剪切條件的反應器具有較高的耐沖擊能力和運行穩(wěn)定性。 灰色多因素數(shù)學法分析好氧顆粒污泥特性與顆�；绊懸蛩氐年P聯(lián)度發(fā)現(xiàn)，污泥沉降速率(SV)與總生物密度(d_(tm))關聯(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))關聯(lián)度僅0．664。根據(jù)對好氧顆粒污泥特征指標的關聯(lián)度分析，確定有機負荷率(OLR)、水力剪切力(HFS)、污泥沉降時間(SST)為好氧污泥顆�；骺匾蜃印Ｑ芯拷Y果有望為好氧顆粒污泥工藝長期穩(wěn)定運行提供技術支撐。 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呈正相關；表面氣速提高至2．4 cm·s~(-1)時污泥EPS中PN含量與PN／PS比值明顯增加，縮短污泥沉降時間(小于10 min)有利于顆粒污泥EPS中PN含量增加。研究結果揭示EPS及其PN組分在顆粒污泥形成過程中扮演重要角色。 結合已有研究結果，綜合考慮本實驗確立的污泥顆�；^程主控因子，提出如下好氧顆粒污泥形成機理：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，通過對微生物表面特性影響促使菌體間相互吸引、粘連成菌膠團，進而在EPS吸附、包裹與絲狀菌、高價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、結構優(yōu)化，最終形成結構致密的顆粒化污泥；傳質限制或環(huán)境條件變化時大粒徑污泥發(fā)生解體，形成的碎片可作為“二次核”實現(xiàn)污泥快速顆�；�。 3、好氧顆粒降解AN和ClAs符合Haldane動力學，最大比基質降解速率(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)、熱力學參數(shù)與其生物降解性相關性較好。不同粒徑好氧顆粒的污染物降解動力學研究發(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以上時顆粒污泥K_i值繼續(xù)增大，但V_(max)呈下降趨勢。結果揭示污泥顆粒形成有利于改善反應器處理有毒有機物性能，但控制顆粒污泥大小對工藝高效運行十分重要。 成熟好氧顆粒污泥具有較高的誘導型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物，證實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。 好氧顆粒污泥生長動力學分析結果表明，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”被微生物所利用，應用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))與微生物生長速率(μ)之間的關系。 4、降解苯胺和氯苯胺污泥顆�；^程微生物種群結構演替顯著，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�？焖傩纬傻腞2、R3反應器污泥DGGE圖譜條帶較為豐富，污泥菌群結構相似性較高，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反應器內顆粒污泥共有的優(yōu)勢功能降解菌為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雜，其顆粒污泥微生物種群結構更為豐富。 RTQ-PCR定量分析結果表明，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分別占細菌總數(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，其占細菌總數(shù)的比例最終穩(wěn)定在28．83％、15．6％和50．64％。結果揭示污泥顆�；蓪崿F(xiàn)功能降解菌柔性化富集、結構化持留。
【學位單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：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基質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%。厭氧顆粒污泥實質上是多種微生物的聚集體，主要由水解發(fā)酵菌、產乙酸菌及產甲烷菌等多種菌群互營共生、菌絲交錯形成。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)學者對以普通活性污泥為接種污泥的好氧污泥顆�；瘷C理達成比較一致的觀點見圖1一10。InoeulationSelf-lmmobi!往ationGranulation一、時vdrody二forC渤OU~口、討芝多產、、入︺幾廣目”、J、滬n|JI腳zLz﹄Z沖曦氣甲產洲︸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一反應器啟動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地位的真菌附著于絲狀菌框架上形成結構較為松散的菌團，之后球菌、桿菌等微生物在作為固定化載體的菌團與絲狀菌框架上不斷繁殖、生長、絮集;在較短的污泥沉降時間、較高的水力剪切力和較高的有機負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污染物動力學及途徑機制重點研究好氧顆粒污泥降解目標污染物過程動力學、微生物生長動力學以及污泥胞內外聚合物(EPS、PHB)形成過程動力學等，分析4一C認代謝中間產物與關鍵酶活性，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等分子生物學技術，重點開展降解氯苯胺和苯胺好氧污泥顆�；^程微生物種群結構動態(tài)、多樣性與功能降解菌時空分布，以期闡明好氧污泥顆�；奈⑸锓肿由鷳B(tài)機理。1.4.3技術路線論文研究技術路線見圖l一12。
【引證文獻】

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1 柏耀輝;孫慶華;溫東輝;唐孝炎;;分子生態(tài)技術在微生物硝化及反硝化研究中的應用[J];北京大學學報(自然科學版);2011年02期

2 吳越新;周卿偉;張麗麗;;好氧顆粒污泥降解氯苯胺類化合物的作用模式[J];環(huán)境科學與技術;2012年S1期

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3 林婷;用于脫氮除磷的好氧顆粒污泥培養(yǎng)及微生物結構特征研究[D];江蘇科技大學;2012年

本文編號：2878794