低温污水处理脱氮除磷复合菌群的选育

【摘要】：北方冬季气温低，污水处理效率低，导致氮磷排放达标困难，有针对性地开发低温污水处理技术及产品具有重要的意义。本文借助于低温（15℃）序批式反应器（SBR）的运行，通过不同的调控方式驯化培养硝化功能菌群、同步脱氮除磷功能菌群及反硝化聚磷功能菌群，并为进一步筛选脱氮除磷效果良好的菌株提供种泥来源，为开发基于强化脱氮除磷功能菌群作用的高效低温污水处理技术奠定基础。 低温硝化功能菌群的驯化培养及其氨氧化潜能测试结果表明，在（15±1）℃下，好氧活性污泥经驯化可获得良好的氨氧化能力。在初始氨氮（NH_4~+-N）浓度为46mg/L左右时，其NH_4~+-N去除速率和亚硝态氮（NO_2~--N）生成速率分别可达54.26g/kg-MLSS·d和29.07g/kg-MLSS·d左右。菌群处理城镇污水的NH_4~+-N去除率可达85%以上，在初始NH_4~+-N浓度分别为91.01mg/L和163.37mg/L左右时，其最高NH_4~+-N去除速率分别可达52.54g/kg-MLSS·d和111.97g/kg-MLSS·d，具有处理高氨氮废水的潜力。该菌群中的硝酸菌比亚硝酸菌对pH更敏感，在初始pH为9.0和8.0时氨氧化速率和硝化速率最大；Na_2CO_3可以作为污泥驯化的良好的促进剂，低COD和一定的盐度可促进菌群的硝化效率的提高。 通过厌氧-好氧-缺氧运行方式，可从常规活性污泥驯化出同步脱氮除磷功能菌群。该低温功能菌群在进水COD为400mg/L（C:N:P=200:20:2.5）条件下处理效果最佳，其NH_4~+-N、TN、TP、COD去除率分别可达98.80%、90.83%、85.80%和93.56%；当进水COD提高到500mg/L时，可引发体系污泥发生丝状菌膨胀。经厌氧-好氧和厌氧-缺氧的递进驯化，可在SBR中培养出低温反硝化聚磷功能菌群，在进水COD为200mg/L（C:N:P=200:15:2.5）条件下达到运行稳定时，体系的NH_4~+-N、TN、COD和TP去除率分别为97.62%、89.79%、94.12%和81.11%，均达到国家一级A排放标准。对三大功能菌群不同运行时期的污泥进行生物相和群落变化分析，不同时期体系内微生物种群优势菌属不同，与水质和调控条件的影响对应。从驯化稳定的反硝化聚磷功能菌群中分离鉴定出一株高效的脱氮除磷菌株J6，通过16S rRNA鉴定该菌株属于不动杆菌属（Acinetobacter sp.）。 【关键词】：低温 污水处理 脱氮除磷 SBR 功能菌群
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：Q93
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义10-11
• 1.1.1 课题背景10
• 1.1.2 课题的来源10-11
• 1.1.3 课题研究的目的和意义11
• 1.2 污水生物脱氮除磷理论与技术11-14
• 1.2.1 生物脱氮机理11-12
• 1.2.2 生物除磷机理12-14
• 1.3 SBR 工艺的研究进展14-15
• 1.3.1 SBR 工艺概述及优点14
• 1.3.2 SBR 工艺同步生物脱氮除磷研究进展14-15
• 1.4 低温生物脱氮除磷的研究现状15
• 1.4.1 低温生物脱氮的研究现状15
• 1.4.2 低温生物除磷的研究现状15
• 1.4.3 低温 SBR 同步生物脱氮除磷的研究现状15
• 1.5 课题研究的技术路线与主要内容15-18
• 第2章 试验材料与方法18-25
• 2.1 试验装置设计与试验方法18-20
• 2.1.1 试验装置与设备18
• 2.1.2 试验用水与种泥来源18-19
• 2.1.3 试验检测项目及检测方法19
• 2.1.4 各功能菌群的 SBR 工艺启动调控方法19-20
• 2.2 分子生物学检测方法20-21
• 2.2.1 样品基因组 DNA 的提取及检测20-21
• 2.2.2 PCR 体系扩增及检测21
• 2.2.3 DGGE、连接、转化及克隆21
• 2.2.4 测序及序列解析21
• 2.3 微生物形态学及生物相分析方法21-23
• 2.3.1 光学显微镜镜检方法21-22
• 2.3.2 原子力显微镜检测方法22
• 2.3.3 透射电镜检测方法22
• 2.3.4 扫描电镜镜检方法22-23
• 2.4 微生物试验方法23-25
• 2.4.1 反硝化聚磷菌的分离筛选方法23
• 2.4.2 生长曲线的测定及生理生化反应试验23-24
• 2.4.3 菌株的鉴定方法24-25
• 第3章 SBR 低温硝化功能菌群的培育与功能强化25-44
• 3.1 硝化功能菌群的培育及效能评价25-29
• 3.1.1 硝化功能菌群的培育25-26
• 3.1.2 功能菌群的氨氧化功能强化26-27
• 3.1.3 功能菌群处理实际污水的氨氧化性能27-28
• 3.1.4 功能菌群的氨氧化潜力分析28-29
• 3.2 影响 SBR 系统低温硝化功能的主要因素29-40
• 3.2.1 pH29-35
• 3.2.2 氨氮浓度35
• 3.2.3 有机负荷35-37
• 3.2.4 碱度37-38
• 3.2.5 盐度38-39
• 3.2.6 微量元素39-40
• 3.3 SBR 低温硝化系统的群落结构分析40-43
• 3.3.1 生物相观察40-41
• 3.3.2 群落结构分析41-43
• 3.4 小结43-44
• 第4章 SBR 低温同步脱氮除磷功能菌群的培育与功能强化44-65
• 4.1 SBR 同步脱氮除磷系统的低温启动及效能44-49
• 4.1.1 功能菌群的培育及氮磷去除效能强化44-48
• 4.1.2 典型周期内的各指标变化规律48-49
• 4.2 污泥负荷提高对系统脱氮除磷效果的影响49-55
• 4.2.1 氮素的去除49-51
• 4.2.2 TP 的去除51
• 4.2.3 COD 的去除51-52
• 4.2.4 污泥膨胀分析52-53
• 4.2.5 生物量及污泥活性分析53-55
• 4.3 同步脱氮除磷系统对实际废水的处理效果55-59
• 4.3.1 氮素的去除55-57
• 4.3.2 TP 的去除57-58
• 4.3.3 COD 的去除58-59
• 4.3.4 生物量及污泥活性分析59
• 4.4 系统活性污泥的群落结构分析59-63
• 4.4.1 生物相观察59-61
• 4.4.2 群落结构分析61-63
• 4.5 小结63-65
• 第5章 SBR 低温反硝化聚磷功能菌群的培育与功能强化65-83
• 5.1 SBR 反硝化聚磷系统的低温启动及效能65-70
• 5.1.1 功能菌群的初步培育及氮磷去除效能的强化65-68
• 5.1.2 典型周期内的主要指标变化68-70
• 5.2 反硝化聚磷功能菌群的强化富集及效能分析70-75
• 5.2.1 聚磷菌群的强化富集70-72
• 5.2.2 反硝化聚磷菌群的富集强化72-74
• 5.2.3 生物量及污泥活性分析74-75
• 5.3 低温反硝化聚磷系统的群落结构分析75-81
• 5.3.1 生物相观察75-77
• 5.3.2 群落结构分析77-78
• 5.3.3 高效脱氮除磷菌株的分离鉴定78-81
• 5.4 小结81-83
• 结论83-85
• 参考文献85-90
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果90-92
• 致谢92

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