一體式生物膜反應(yīng)器運(yùn)行特性及其機(jī)理研究.pdf

1、如何高效經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行污水中氮的去除一直是解決水污染危機(jī)所面臨的主要問(wèn)題之一，本研究在國(guó)內(nèi)外生物脫氮技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，考慮我國(guó)污水處理的實(shí)際需求，開(kāi)發(fā)了一種新型的一體化生物膜反應(yīng)器。新型的一體化反應(yīng)器分為三個(gè)功能區(qū)，即好氧區(qū)、缺氧區(qū)和沉淀區(qū)。反應(yīng)器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于反應(yīng)器主體為圓柱形容器，布?xì)夤茉诜磻?yīng)器底部側(cè)方，既保證了填料的流態(tài)均勻，同時(shí)降低了能耗。 本課題以模擬生活污水進(jìn)行研究，通過(guò)3種不同材質(zhì)填料(纖維球填料、多面立體空心球填料、

2、橡膠海綿組合填料)的比選，選取了掛膜周期短、處理污水能力強(qiáng)的維纖球填料，通過(guò)改變反應(yīng)器的工藝參數(shù)，溫度、水力停留時(shí)間(HRT)、氣水比和碳氮比等，考察各因素對(duì)反應(yīng)器去除污染物的影響，尋求最優(yōu)化的工藝條件，最終使出水能夠達(dá)標(biāo)排放，試驗(yàn)還考察了反應(yīng)器處理實(shí)際污水的能力。為了促進(jìn)反應(yīng)器在好氧狀態(tài)的脫氮能力，從活性污泥中篩選了好氧反硝化菌，并將其添加到反應(yīng)器中，考察好氧反硝化菌在掛膜啟動(dòng)和平穩(wěn)運(yùn)行階段對(duì)系統(tǒng)脫氮的強(qiáng)化研究。同時(shí)，使用國(guó)內(nèi)外主流的

3、研究環(huán)境樣品的分子生物學(xué)方法PCR—DGGE(DenaturingGradientGelElectrophoresis)、克隆測(cè)序、熒光原位雜交(FluorescenceinsituHybridization)、流式細(xì)胞術(shù)(FlowCytometry，F(xiàn)CM)等對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，進(jìn)行工藝控制和微生物作用與脫氮效率之間的相關(guān)性分析。 在反應(yīng)器的運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，纖維球填料和其它兩種不同材質(zhì)和構(gòu)造的填料相比，具有造價(jià)低廉、掛膜

4、速度快、單位生物量高，微生物種群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、去除污染物效果好等的特點(diǎn)?？疾炝薍RT、氣水比、碳氮比、溫度等因素對(duì)反應(yīng)器污染物去除的影響，同時(shí)分析了各影響因素下的分子生物學(xué)特征表現(xiàn)。HRT的改變對(duì)系統(tǒng)內(nèi)生物的生存環(huán)境的影響不大，某些特定種群的微生物在不同的條件下活力有所不同。綜合考慮去除效果和經(jīng)濟(jì)原因，最佳氣水比為4.0。氣水比對(duì)于有機(jī)物的去除效果影響不大，但對(duì)氨氮和總氮的去除具有顯著的影響。氣水比的水平也對(duì)硝化菌群的群落特征產(chǎn)生影響，生物

5、多樣性隨著氣水比的增加而降低。反應(yīng)器中占優(yōu)勢(shì)的菌屬為亞硝化單胞、叢毛單胞等菌群，且多數(shù)為未培養(yǎng)菌的變形桿菌。碳氮比5：1有利于反硝化作用和總氮的去除，有機(jī)物的去除效率也較好。優(yōu)勢(shì)微生物屬于假單胞菌的不同分支，另外還有少數(shù)的節(jié)細(xì)菌屬和桿菌屬。反應(yīng)器在常溫條件下運(yùn)行穩(wěn)定，低溫情況下亞硝酸鹽的積累較高。常溫條件下的樣品條帶數(shù)量多于低溫條件，同樣的溫度下，填料上生物膜的條帶數(shù)多于其它兩個(gè)部分，常溫的生物多樣性高于低溫條件。氨氧化細(xì)菌(Ammon

6、iaOxidizingBacteria，AOB)和亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(NitriteOxidizingBacteria，NOB)和占總細(xì)菌的比例和溫度正相關(guān)。反應(yīng)器對(duì)南方某小區(qū)實(shí)際污水中COD、氨氮和總氮的去除效果較好，出水水質(zhì)穩(wěn)定，說(shuō)明反應(yīng)器比較適合用來(lái)處理較低碳氮比的城市污水。 從活性污泥中篩選的8株好氧反硝化菌脫氮能力均高于50％，多數(shù)屬于假單胞菌屬的不同菌株。好氧反硝化菌在掛膜啟動(dòng)和平穩(wěn)運(yùn)行階段對(duì)系統(tǒng)脫氮的強(qiáng)化研究表明，投

7、加好氧反硝化菌，可縮短系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間，提高系統(tǒng)對(duì)污染物的去除效果，增強(qiáng)系統(tǒng)處理的穩(wěn)定性。 從分子生物學(xué)得出的結(jié)果來(lái)看PCR—DGGE對(duì)菌群結(jié)構(gòu)分析只能反映優(yōu)勢(shì)微生物的信息；FISH方法操作簡(jiǎn)單，選擇何種方法檢測(cè)熒光信號(hào)是精確定量的關(guān)鍵；FCM方法準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便、快速，但是對(duì)設(shè)備要求比較高。任何一種方法單獨(dú)使用評(píng)價(jià)生物多樣性都有局限性，應(yīng)該多種方法互補(bǔ)分析。本研究為探索一套簡(jiǎn)便、快捷、有效的分子生物學(xué)方法，對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控