交替曝氣兩級生物濾池反硝化除磷工藝效能及其菌群結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、氮磷等植物性營養(yǎng)元素引起的水體富營養(yǎng)化問題，極大降低了水資源利用價(jià)值，對人類健康和經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，廢水中氮磷的去除得到了越來越廣泛的關(guān)注。生物除磷具有藥劑消耗低、二次污染少和高效節(jié)能等特點(diǎn)，是當(dāng)前廢水脫氮除磷處理的主流工藝。但是，由于污水處理廠進(jìn)水碳氮比例嚴(yán)重失調(diào)，碳源明顯不足，難以實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷，目前國內(nèi)許多污水處理廠的出水磷濃度難以滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的一級A標(biāo)準(zhǔn)。因此，研究開發(fā)

2、出一種高效、低耗的新型脫氮除磷技術(shù)已迫在眉睫。
　　本文基于反硝化除磷理論，以礦渣基復(fù)合濾料生物濾池為依托，以模擬生活污水為處理對象，通過交替曝氣來改變兩級生物濾池系統(tǒng)的工藝運(yùn)行方式，營造利于PAOs及DPB富集的反應(yīng)器環(huán)境和工藝條件，考察其同步反硝化除磷和脫氮效果，系統(tǒng)分析了交替曝氣兩級生物濾池系統(tǒng)的脫氮除磷特性，揭示其脫氮除磷機(jī)理；利用 PCR-DGGE分析和基因測序技術(shù)，對系統(tǒng)生物膜的微生物種群多樣性和相似性進(jìn)行了分析，構(gòu)建

3、了種群系統(tǒng)發(fā)育樹，解析了微生物群落演替規(guī)律，并探討了電子受體類型對種群進(jìn)化分支的影響規(guī)律，為反硝化除磷工藝?yán)碚撗芯刻峁┝诵碌乃悸泛蛥⒖肌?br>　　研究結(jié)果表明，采用復(fù)合接種掛膜法成功啟動厭氧/好氧交替運(yùn)行生物濾池并穩(wěn)定運(yùn)行后，系統(tǒng)平均COD、氨氮、磷去除率分別為86.2％、96.0%和64.3%，厭氧/好氧交替運(yùn)行系統(tǒng)具有良好的碳氮氧化能力和較好的除磷能力。
　　不同電子受體條件下（亞硝酸鹽和硝酸鹽），缺氧/好氧交替曝氣兩級生物

4、濾池穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的平均 COD去除率分別為84.3%和88.8%；平均氨氮去除率為93.9%和94.6%；平均磷去除率依次為71.6%和82.6%。缺氧/好氧交替運(yùn)行生物濾池系統(tǒng)具有良好的碳、氮氧化能力，除磷能力顯著增強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定。
　　缺氧/好氧交替運(yùn)行生物濾池系統(tǒng)最佳單柱HRT為2h，最優(yōu)交替時(shí)間為36h，停曝時(shí)間為12h，進(jìn)水最佳pH范圍7.5-8.0，最佳進(jìn)水COD濃度為300mg/L，亞硝酸鹽和硝酸鹽作為電子受體

5、時(shí)最佳濃度為20mg/L和25mg/L。缺氧濾柱中硝酸鹽更易作為電子受體進(jìn)行反硝化吸磷，且不同電子受體消耗量與聚磷量均呈現(xiàn)良好的線性相關(guān)關(guān)系。
　　生物相分析結(jié)果表明，兩種運(yùn)行模式下系統(tǒng)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物等真核微生物共存于系統(tǒng)中。產(chǎn)物結(jié)晶SEM-EDS能譜分析表明，晶體以羥基磷灰石（HAP）結(jié)晶為主，1、2號濾料結(jié)晶表面可能伴有碳酸鈣晶體，3、4號濾料表面后期（缺氧/好氧交替運(yùn)行）可能伴有磷酸鉀

6、鎂等晶體形成，厭氧/好氧交替運(yùn)行曝氣生物濾池中的磷主要有兩個去除途徑，分別為好氧段 PAO吸磷及結(jié)晶除磷，缺氧/好氧交替曝氣生物濾池還可通過缺氧段DPB反硝化除磷。
　　不同運(yùn)行階段濾池中的微生物群落豐度較高，且表現(xiàn)出明顯的演替規(guī)律。系統(tǒng)中優(yōu)勢菌群主要有變形菌門（包含 Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Deltaproteobacteria、Eps

7、ilonproteobacteria菌綱）；擬桿菌門（包含 Sphingobacteriia、Flavobacteriia、Bacteroidia、Cytophagia菌綱）；硝化螺旋菌門（Nitrospirales菌綱）；放線菌門（Actinobacteridae菌綱）；綠菌門（Chlorobia菌綱）；綠彎菌門（Chloroflexia菌綱），其中變形菌門和擬桿菌門居多，占總菌群種類的85.0%。
　　系統(tǒng)當(dāng)中優(yōu)勢反硝化除磷菌

8、群有 Pseudomonas sp、Pseudomonas putida、Propionivibrio sp、Propionivibrio dicarboxylicus、Rhodocyclaceae bacterium、Dechloromonas sp、Filomicrobium sp。上述優(yōu)勢除磷菌群從屬于紅環(huán)菌科（ Rhodocyclaceae）、假單胞菌科（ Pseudomonadaceae）和生絲微菌科（Hyphomicrobi

9、aceae），這三種菌科分別從屬于變形菌門（Proteobacteria）中的β-變形菌綱、γ-變形菌綱和ɑ-變形菌綱，它們同屬于變形菌門，但處在不同的進(jìn)化分支上。
　　系統(tǒng)中氨氧化菌及硝化菌群演替規(guī)律明顯，主要存在 Nitrosomonadaceae、Nitrosomonas sp和 ammonia-oxidizing bacterium三類菌群，其中Nitrosomonadaceae和ammonia-oxidizing bac