硝態(tài)氮誘導(dǎo)反硝化除磷生物膜系統(tǒng)的快速構(gòu)建及處理效能研究.pdf

1、水體中氮磷元素的超標(biāo)，導(dǎo)致了富營(yíng)養(yǎng)化等問(wèn)題。傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝已無(wú)法滿足日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái)，由于反硝化除磷技術(shù)解決了碳源競(jìng)爭(zhēng)及泥齡矛盾問(wèn)題，且具有碳源需求少、曝氣量小、排泥量小等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的關(guān)注。但現(xiàn)有的反硝化除磷工藝存在占地面積大、控制復(fù)雜、基建費(fèi)用高等問(wèn)題，因此一種經(jīng)濟(jì)高效的低碳源脫氮除磷工藝的開(kāi)發(fā)對(duì)城市污水處理具有重要的意義。本試驗(yàn)以生物濾池為依托，采用投加硝酸鹽的方式在穩(wěn)定運(yùn)行的生物濾池中誘導(dǎo)富集反硝化除磷菌（Den

2、itrifying Phosphorous Bacteria，DPB），通過(guò)交替曝氣的方式在濾池中營(yíng)造適宜DPB生長(zhǎng)富集的厭氧/缺氧/好氧交替的環(huán)境，成功構(gòu)建反硝化除磷生物膜系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)的廢水處理效能、反硝化除磷特性進(jìn)行了考察，揭示其脫氮除磷機(jī)理;對(duì)系統(tǒng)進(jìn)水參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的除磷效率;利用高通量測(cè)序法對(duì)系統(tǒng)各階段的微生物的菌群結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，對(duì)系統(tǒng)中的微生物的多樣性及相似性進(jìn)行了分析，探討了系統(tǒng)中微生物群落的演替規(guī)律，為反

3、硝化除磷工藝?yán)碚撗芯刻峁┝诵碌膮⒖妓悸贰?br>　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴DPB在反硝化除磷生物膜系統(tǒng)中富集完成時(shí)間為60天。DPB誘導(dǎo)富集完成后，系統(tǒng)對(duì)氨氮、磷、硝態(tài)氮平均去除率分別為100％、65.99％和98.35％。缺氧段的聚磷量占系統(tǒng)總聚磷量的90.89％; DPB占系統(tǒng)總聚磷菌的比例為84％。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)生物膜直接染色，觀測(cè)生物膜細(xì)胞的聚-β-羥基丁酸鹽(Poly-β-Hydroxybutyrate，PHB)和Poly-P顆粒

4、的變化，進(jìn)一步證實(shí)了在系統(tǒng)中起主要除磷作用為缺氧階段進(jìn)行的反硝化除磷過(guò)程。⑵反硝化除磷生物膜系統(tǒng)最優(yōu)進(jìn)水參數(shù)為氨氮10mg/L、磷12mg/L、外碳源CODCr350mg/L。在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行期間，其氨氮和磷平均去除率分別為100％和85.19％，缺氧硝態(tài)氮去除率為100％，期間無(wú)亞硝態(tài)氮積累現(xiàn)象。進(jìn)水參數(shù)優(yōu)化后，系統(tǒng)仍具有良好的氨氧化能力，除磷能力顯著提升。⑶通過(guò)鏡檢可知，系統(tǒng)各階段均呈現(xiàn)出完整生物相，球菌、桿菌等原核微生物和原后生動(dòng)物

5、等真核微生物共存于系統(tǒng)中，在系統(tǒng)中發(fā)揮了穩(wěn)固的水處理作用。⑷對(duì)系統(tǒng)各階段生物膜樣品的多樣性分析可知，生物濾池生物膜樣品群落內(nèi)各菌種分布最均勻，多樣性最高。DPB誘導(dǎo)富集初期(20d)多樣性較低，DPB誘導(dǎo)富集完成后(70d)生物群落多樣性較高，但仍低于生物濾池。⑸系統(tǒng)各階段微生物菌群差異性比較表明，反硝化除磷生物膜系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中各階段的微生物群落結(jié)構(gòu)之間均存在一定的差異。同時(shí)聚類分析還顯示，DPB誘導(dǎo)富集初期(20d)和DPB誘導(dǎo)富集完

6、成后(70d)分別屬于不同的聚類分支，這反映了在DPB誘導(dǎo)富集初期(20d)和DPB誘導(dǎo)富集完成后(70d)的微生物群落結(jié)構(gòu)有明顯差異。⑹DPB富集完成的反硝化除磷生物膜系統(tǒng)的主導(dǎo)菌群分析結(jié)果表明，在“門”分類級(jí)別上的主導(dǎo)菌群為變形菌門(Proteobacteria)，接種污泥中變形菌門(Proteobacteria)比例為34.19％，經(jīng)過(guò)馴化后在系統(tǒng)中比例增至58.64％，其中β-變形桿菌(Betaproteobacteria)比例

7、由4.74％增至19.93％。在“目”分類級(jí)別上，伯克氏菌目(Burkholderiales)、氣單胞菌目(Aeromonadales)、紅環(huán)菌目(Rhodocyclales)、黃單胞菌目(Xanthomonadales)成為反硝化除磷生物膜系統(tǒng)中的主導(dǎo)菌。⑺DPB富集完成的反硝化除磷生物膜系統(tǒng)中，氣單胞菌屬（Aeromonas）所占的比例由接種污泥中的0.41％增長(zhǎng)至3.66％，為系統(tǒng)主導(dǎo)的優(yōu)勢(shì)菌群，協(xié)同假單胞菌屬（Pseudomon

8、as）、鞘脂單胞菌屬（Sphingomonas）、固氮弓菌屬（PropionivibrioDechloromonas）、生絲微菌屬（Hyphomicrobium）、莫拉氏菌屬（Moraxella）、腸桿菌屬（Enterobacter）、氨基桿菌屬(Aminobacter)、陶厄氏菌屬（Thauera）、芽孢桿菌屬（Bacillus）在反硝化除磷生物膜系統(tǒng)中利用硝態(tài)氮為電子受體進(jìn)行吸磷，對(duì)氮磷的去除起到重要的作用。⑻長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)