發(fā)布時(shí)間：2017-10-26 01:05

  本文關(guān)鍵詞：生物脫氮與生物除磷系統(tǒng)污泥沉降性能及菌群結(jié)構(gòu)研究

  更多相關(guān)文章： 污水處理 顆粒污泥 脫氮除磷 菌群結(jié)構(gòu) 污泥沉降性

【摘要】：具有生物脫氮或生物除磷功能的污水處理系統(tǒng)常常受到污泥膨脹問(wèn)題的困擾。大量研究表明,向傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)中加入脫氮與除磷功能更容易誘發(fā)污泥膨脹。目前,對(duì)于由此引發(fā)的污泥膨脹的機(jī)理尚不清楚。本研究采用多套連續(xù)流實(shí)驗(yàn)裝置,在不同運(yùn)行條件下進(jìn)行生物脫氮和生物除磷,對(duì)系統(tǒng)的污染物去除和污泥特能(尤其是沉降性能)進(jìn)行考察;采用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)技術(shù)和排序分析(對(duì)應(yīng)分析和典范對(duì)應(yīng)分析),對(duì)傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)和脫氮除磷系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu)與污泥沉降性之間的關(guān)系進(jìn)行了深入分析。本研究的主要結(jié)論如下:(1)當(dāng)進(jìn)水中含有大量緩慢降解有機(jī)物時(shí),平行運(yùn)行兩套傳統(tǒng)好氧活性污泥(CAS)系統(tǒng),考察接種污泥對(duì)污泥性狀的影響。反應(yīng)器高徑比(H/D)為1.0,沉降時(shí)間為2 h。混合物懸浮固體濃度(MLSS)控制在2800-3500 mg/L之間,有機(jī)物負(fù)荷為0.38-0.48 kg COD/(kg MLSS·d)之間。對(duì)于1號(hào)系統(tǒng),當(dāng)接種污泥中含有一定量絲狀菌時(shí),系統(tǒng)成功培育了好氧顆粒污泥。該顆粒污泥沉降性較好,SVI在50-90 mL/g之間。顆粒污泥的粒徑為0.18-1.25 mm。電鏡掃描顯示球狀菌和桿狀菌為顆粒污泥中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。PCR-DGGE分析顯示顆粒污泥中的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌為變形菌、擬桿菌和厚壁菌。對(duì)于2號(hào)系統(tǒng),接種污泥中無(wú)絲狀菌,盡管污泥沉降性能較好(SVI100 mL/g),在整個(gè)試驗(yàn)階段未見(jiàn)顆粒污泥形成。(2)當(dāng)進(jìn)水中含有大量緩慢降解有機(jī)物時(shí),在好氧CAS系統(tǒng)中,污泥沉降性較好(SVI約為122 mL/g)。然而,采用相同進(jìn)水基質(zhì)時(shí),具有缺氧區(qū)的脫氮(MLE)系統(tǒng)的污泥沉降性較差,SVI在175-260 mL/g之間。兩個(gè)系統(tǒng)的MLSS和有機(jī)負(fù)荷約為3500 mg/L和0.40 kg COD/(kgMLSS·d)。在MLE系統(tǒng)中,當(dāng)缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比為1:3時(shí),系統(tǒng)脫氮效率較低,污泥膨脹嚴(yán)重,SVI約為258 mL/g。當(dāng)缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比增加至1:2或2:1時(shí),系統(tǒng)的脫氮效率顯著提高,污泥膨脹得到緩解,SVI降至約175 mL/g。在MLE系統(tǒng)中,當(dāng)缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比增加時(shí),污泥中菌群的多樣性和豐度持續(xù)降低。對(duì)應(yīng)分析顯示,CAS系統(tǒng)和MLE系統(tǒng)中的污泥沉降性與菌群結(jié)構(gòu)密切相關(guān),具有不同沉降性的污泥樣品聚集在對(duì)應(yīng)分析二維圖的不同象限。(3)在生物除磷(EBPR)系統(tǒng)中,當(dāng)進(jìn)水COD:N:P為100:1.90:2.86,氮元素為污泥的生長(zhǎng)限制因素,021N型絲狀菌(屬于絲硫菌)大量增殖,污泥SVI為240 mL/g左右。當(dāng)進(jìn)水COD:N:P為100:4.3:2.86時(shí),021N型絲狀菌逐漸減少,污泥膨脹得到控制,SVI降低至100 mL/g左右。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中,反應(yīng)器中的MLSS和有機(jī)物負(fù)荷約為3000 mg/L和0.63 kg COD/(kg MLSS·d)。相關(guān)性分析顯示,絲狀菌含量對(duì)污泥沉降性有顯著影響(r=0.858,p0.001)。PCR-DGGE分析發(fā)現(xiàn),污泥膨脹即將發(fā)生時(shí),污泥菌群的均勻度、多樣性和豐度明顯升高。對(duì)應(yīng)分析顯示,氮負(fù)荷對(duì)污泥的菌群結(jié)構(gòu)影響很大,氮缺乏對(duì)系統(tǒng)中厚壁菌門的生長(zhǎng)不利。污泥的沉降性與菌群結(jié)構(gòu)存在某種關(guān)聯(lián),具有較差和較好沉降性的樣品分別聚集在對(duì)應(yīng)分析二維圖的上半部分和下半部分。(4)對(duì)于EBPR系統(tǒng),污泥沉降性受絲狀菌含量、Pns/VSS和NVSS/VSS的共同影響。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中,反應(yīng)器中的MLSS在1992-3000 mg/L之間,有機(jī)物負(fù)荷在0.42-0.63 kg COD/(kg MLSS·d)之間。當(dāng)溫度由20°C升高至25°C時(shí),系統(tǒng)除磷率顯著降低(p0.01),絲狀菌大量減少,污泥沉降性明顯改善(p0.01)。絲狀菌含量的減少掩蓋了Pns/VSS和N VSS/VSS對(duì)沉降性的影響。當(dāng)溫度從20°C降低至15°C時(shí),系統(tǒng)除磷率顯著增加(p0.01)。短期內(nèi)污泥沉降性迅速惡化,隨著系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,沉降性逐漸恢復(fù)(p0.01),但依然較差(SVI150 mL/g)。由于溫度降低對(duì)絲狀菌含量無(wú)明顯影響,污泥沉降性能主要受Pns/VSS(r=-0.647,p0.01)和NVSS/VSS(r=-0.463,p0.05)的影響。PCR-DGGE分析發(fā)現(xiàn),EBPR系統(tǒng)中存在共同的核心菌種。典范對(duì)應(yīng)分析顯示,污泥菌群結(jié)構(gòu)與溫度和污泥性狀密切相關(guān)(F=1.738,p0.01),菌群組成沿SVI箭頭所示方向呈現(xiàn)明顯變化。
【關(guān)鍵詞】：污水處理 顆粒污泥 脫氮除磷 菌群結(jié)構(gòu) 污泥沉降性
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X703;X172
【目錄】：

• 摘要3-5
• abstract5-11
• 1 緒論11-31
• 1.1 研究背景11-12
• 1.1.1 活性污泥系統(tǒng)的發(fā)展歷程11
• 1.1.2 活性污泥系統(tǒng)的污泥膨脹問(wèn)題11-12
• 1.2 研究進(jìn)展及分析12-18
• 1.2.1 運(yùn)行工藝對(duì)污泥沉降性能影響的研究進(jìn)展12-13
• 1.2.2 脫氮除磷系統(tǒng)細(xì)菌種屬及其功能研究進(jìn)展13-18
• 1.2.3 研究現(xiàn)狀分析18
• 1.3 脫氮除磷系統(tǒng)中菌群結(jié)構(gòu)研究方法18-21
• 1.3.1 熒光原位雜交技術(shù)（FISH）19
• 1.3.2 16S rRNA克隆文庫(kù)構(gòu)建技術(shù)19
• 1.3.3 454高通量測(cè)序19-20
• 1.3.4 變性梯度凝膠電泳（DGGE）20
• 1.3.5 用于研究菌群結(jié)構(gòu)的生態(tài)學(xué)方法20-21
• 1.4 本項(xiàng)目的研究思路及主要內(nèi)容21-22
• 1.4.1 研究思路21-22
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容22
• 參考文獻(xiàn)22-31
• 2 連續(xù)流好氧活性污泥系統(tǒng)中污泥沉降性能及菌群結(jié)構(gòu)研究31-48
• 2.1 引言31-32
• 2.2 材料和方法32-36
• 2.2.1 反應(yīng)器描述32-34
• 2.2.2 檢測(cè)方法34-35
• 2.2.3 剪切力計(jì)算35
• 2.2.4 微生物群落分析35-36
• 2.3 結(jié)果與討論36-43
• 2.3.1 反應(yīng)器運(yùn)行狀況37-39
• 2.3.2 絲狀菌的顯微鏡觀察39
• 2.3.3 顆粒污泥的形態(tài)和接種污泥中絲狀菌的影響39-41
• 2.3.4 顆粒污泥的菌群組成41-43
• 2.4 小結(jié)43
• 參考文獻(xiàn)43-48
• 3 生物脫氮系統(tǒng)中缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比對(duì)污泥沉降性能及菌群結(jié)構(gòu)的影響48-71
• 3.1 引言48-49
• 3.2 材料和方法49-53
• 3.2.1 反應(yīng)器啟動(dòng)49-51
• 3.2.2 分析方法51
• 3.2.3 微生物菌群分析51-53
• 3.3 結(jié)果53-63
• 3.3.1 缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比對(duì)污泥沉降性能的影響53-55
• 3.3.2 缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比對(duì)絲狀菌的影響55-56
• 3.3.3 缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比對(duì)污泥菌群結(jié)構(gòu)的影響56-63
• 3.4 討論63-65
• 3.4.1 緩慢降解有機(jī)物和反硝化過(guò)程63-64
• 3.4.2 污泥群落結(jié)構(gòu)64-65
• 3.5 小結(jié)65-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 4 生物除磷系統(tǒng)中氮缺乏對(duì)污泥沉降性能及菌群結(jié)構(gòu)的影響71-90
• 4.1 引言71-72
• 4.2 材料和方法72-75
• 4.2.1 反應(yīng)器啟動(dòng)72-73
• 4.2.2 分析方法73
• 4.2.3 微生物菌群結(jié)構(gòu)分析73-74
• 4.2.4 統(tǒng)計(jì)分析74-75
• 4.3 結(jié)果與討論75-85
• 4.3.1 氮缺乏對(duì)污泥特性的影響75-77
• 4.3.2 污泥絮體與絲狀菌的變化77-79
• 4.3.3 菌群結(jié)構(gòu)79-85
• 4.4 小結(jié)85
• 參考文獻(xiàn)85-90
• 5 生物除磷系統(tǒng)中溫度對(duì)污泥沉降性能及菌群結(jié)構(gòu)的影響90-115
• 5.1 引言90-91
• 5.2 材料和方法91-94
• 5.2.1 系統(tǒng)啟動(dòng)和污水特性91-92
• 5.2.2 分析方法92-93
• 5.2.3 微生物菌群分析93
• 5.2.4 統(tǒng)計(jì)分析93-94
• 5.3 結(jié)果與討論94-110
• 5.3.1 溫度對(duì)污泥特性的影響94-99
• 5.3.2 污泥絮體和絲狀菌的變化99-101
• 5.3.3 污泥性狀和絲狀菌對(duì)沉降性的綜合影響101-103
• 5.3.5 污泥密度和其它污泥性狀之間的關(guān)系103
• 5.3.6 菌群結(jié)構(gòu)103-109
• 5.3.7 溫度、微生物群落結(jié)構(gòu)和沉降性之間的關(guān)系109-110
• 5.4 小結(jié)110
• 參考文獻(xiàn)110-115
• 6 主要結(jié)論115-119
• 6.1 結(jié)論115-117
• 6.2 本研究的創(chuàng)新點(diǎn)117-119
• 致謝119-120
• 在讀期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文120

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2 完顏_し，

本文編號(hào)：1096306