SNADPR工艺脱氮除磷性能及其微生物群落研究

发布时间：2020-11-21 07:55

　　 针对氮磷污染导致的富营养化等水环境问题,开发更加高效低耗的污水脱氮除磷新工艺显得十分必要。同步亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)工艺保留了自养脱氮工艺具备的低曝气能耗和无需外加碳源等诸多优点,同时可通过异养反硝化去除COD并进一步脱氮。然而当SNAD工艺处理低氨氮城镇生活污水时,亚硝化过程难以稳定实现,易出现硝态氮累积,使脱氮效率降低。而且单独的SNAD工艺无法兼顾对磷的去除。这些缺陷阻碍了SNAD工艺的进一步应用。本研究通过耦合SNAD工艺与反硝化除磷过程,在膜泥系统/序批式生物膜反应器(IFAS/SBBR)内启动单级同步亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化除磷(SNADPR)工艺,利用反硝化除磷过程去除SNAD过程后剩余的硝态氮,不仅改善了脱氮效果还实现了同步除磷。在工艺启动与运行过程中分析了反应器运行效果、污泥脱氮活性等“宏观因素”和具体功能菌群、群落结构变化特点等“微观因素”。本研究得出的结论如下。(1)首先在序批式反应器内成功驯化了反硝化聚磷菌(DPAOs)。同时在IFAS/SBBR反应器内启动了SNAD工艺;优化条件后,SNAD工艺处理模拟城镇生活污水(NH_4~+-N=50 mg/L)时的出水NO_3~--N为10.12±2.25 mg/L,TN去除率为78.13±4.68%。(2)然后成功启动SNADPR耦合工艺,并对C/N比和DO两个因素进行了考察与优化。在最优条件下(C/N=4.0,DO=0.45 mg/L)一次进水模式的出水TN、PO_4~(3-)-P和COD浓度分别为5.51±1.07 mg/L、0.35±0.03 mg/L及低于4 mg/L;对应去除率分别为89.15±2.19%、92.93±0.60%和高于96.00±0.06%;其脱氮效果明显优于SNAD工艺。(3)进而通过高通量测序和批试实验等技术手段表明:IFAS/SBBR运行方式不仅在时间上满足了厌氧段除COD和间歇曝气段脱氮除磷过程的反应条件,还在空间上营造了生物膜和悬浮污泥两种微环境以满足不同功能菌的生存条件。SNADPR系统在空间上形成了独特的微生物群落结构,即AnAOB(Candidatus_Kuenenia,Candidatus_Brocadia)主要聚集在填料生物膜上,而AOB(Nitrosomonas)和DPAOs(Dechloromonas,Pseudomonas)主要集中在悬浮污泥中。通过截留挂膜填料和定期排放悬浮污泥的方法成功实现了在单级反应器中对AnAOB和DPAOs的污泥龄分离,确保了SNADPR工艺的顺利运行。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703;X172
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 生物脱氮除磷工艺的研究进展
        1.2.1 传统脱氮工艺
        1.2.2 基于厌氧氨氧化的全程自养脱氮工艺
        1.2.3 同步亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化（SNAD）脱氮工艺
        1.2.4 强化生物除磷工艺与反硝化除磷（DPR）过程
    1.3 微生物资源管理（MRM）理论
        1.3.1 微生物资源管理理论的提出及内涵
        1.3.2 微生物资源管理理论的技术手段
        1.3.3 微生物资源管理理论的应用
    1.4 本课题的研究目的、意义和内容
        1.4.1 研究目的、意义及可行性
        1.4.2 研究内容与技术路线
2 实验材料与方法
    2.1 实验反应器及实验材料
        2.1.1 实验所用反应器
        2.1.2 接种污泥及填料
        2.1.3 反应器运行各阶段工况
        2.1.4 进水成分和配水试剂
    2.2 实验分析方法及仪器
        2.2.1 实验所用试剂和仪器
        2.2.2 常规指标的检测分析与计算方法
        2.2.3 DNA提取,Illumina MiSeq高通量测序与分析
3 单独的DPR工艺与SNAD工艺的启动与运行
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 反硝化聚磷菌（DPAOS）的驯化与DPR工艺的启动与运行
        3.2.2 高氨氮进水的SNAD阶段反应器的启动与运行
        3.2.3 低氨氮进水的SNAD阶段反应器运行及条件优化
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 DPAOS的驯化与DPR工艺运行效果分析
        3.3.2 CANON阶段内反应器运行效果分析
        3.3.3 高氨氮进水SNAD阶段内运行效果分析
        3.3.4 C/N比和DO对低氨氮进水时SNAD工艺的影响
    3.4 本章小结
4 单级SNADPR耦合工艺的启动与运行
    4.1 引言
    4.2 实验部分
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 SNADPR工艺启动初期运行效果分析
        4.3.2 不同C/N比对SNADPR工艺运行效果的影响
        4.3.3 DO水平对SNADPR工艺运行效果的影响
        4.3.4 一次进水模式下SNADPR工艺的运行效果分析
    4.4 本章小结
5 SNADPR工艺系统机理与微生物群落分析
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 SNADPR工艺中微生物去除污染物的途径分析实验
        5.2.2 微生物菌群结构与功能菌表征
        5.2.3 各阶段的微生物脱氮活性测定
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 SNAD系统与SNADPR系统污染物去除效果差异的原因分析
        5.3.2 SNADPR系统中微生物主导的污染物去除途径分析
        5.3.3 SNADPR工艺启动与运行过程中微生物群落多样性的变化
        5.3.4 SNADPR系统中微生物群落丰度的时空分布特点
        5.3.5 SNADPR系统中功能菌活性比较与污泥龄的分离
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

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本文编号：2892762