前置反硝化生物滤池的脱氮效能与微生物群落结构解析

摘要

为进一步提高前置反硝化污水脱氮处理系统的效能，依据生物脱氮的机理和主要影响因素分析，本文对传统A/O工艺进行了改造，以2-6mm的火山岩构建了前置反硝化生物滤池污水脱氮系统，通过启动和调控运行，考察了其在氨氮负荷和硝化液回流比影响下的脱氮效能，并对系统中的功能微生物进行了解析，以期为现有污水脱氮设施的升级改造提供参考。
　　以城市污水处理厂二沉池活性污泥为接种物，前置反硝化生物滤池可在31d后达到稳定运行，填料表面形成了密实的生物膜。此时，系统对COD、氨氮（NH4+-N）、总氮（TN）的去除率分别稳定在77.45％、97.32%和59.90%左右。通过提高进水流量方式增加系统氨氮负荷的运行结果表明，前置反硝化生物滤池在氨氮负荷0.170kg·m-3·d-1时的脱氮效果最好，出水NH4+-N、TN的平均浓度为1.73和13.47mg·L-1，平均去除率分别达到94.18%和51.13%，COD的平均去除率也达到了71.23%，出水浓度维持在45.38mg·L-1左右。硝化液回流比的运行试验表明，最佳回流比为100%，此时系统出水COD、氨氮、总氮的平均浓度为44.85mg·L-1、1.43mg·L-1和13.19mg·L-1，平均去除率分别是74.64%、94.49%和50.77%，系统出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）中的一级A标准。
　　16SrDNA文库序列分析表明，在前置反硝化生物滤池的生物膜中，微生物多样性良好，共识别出变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、疣微菌门（Verrucomicrobia）、硝化螺旋菌门（Nitrospirae）、绿菌门（Chlorobi）、浮霉菌门（Planctomycetes）、酸杆菌门（Acidobacteria）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）等十大细菌类群。通过微生物群落TRF图谱分析发现，群落的结构与演替和系统的脱氮效能密切相关，在总氮去除效果最好的运行阶段（氨氮负荷为0.170kg·m-3·d-1），缺氧滤池中的微生物群落结构最为复杂，并检出多种大量存在的反硝化功能细菌；在氨氮去除最好的运行阶段（氨氮负荷为0.127kg·m-3·d-1），好氧滤池中的微生物群落结构最复杂，且检出其他运行阶段没有检测到的硝化细菌（Candidatus Nitrospiradefluvii）。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及来源

1.2 污水生物脱氮技术发展现状

1.3 曝气生物滤池技术

1.4 前置反硝化生物滤池污水处理技术

1.5 本文的主要研究内容

第2章 材料与方法

2.1 试验装置的构建

2.2 试验污水与接种污泥

2.3 污水处理系统的控制运行

2.4 主要仪器设备与试剂

2.5 水质检测指标和检测方法

2.6 微生物群落结构解析

第3章 前置反硝化生物滤池的启动及脱氮效能研究

3.1 引言

3.2 前置反硝化生物滤池的启动

3.3 氨氮负荷对前置反硝化生物滤池脱氮效能的影响

3.4 硝化液回流比对前置反硝化生物滤池脱氮效能的影响

3.5 本章小结

第4章 前置反硝化生物滤池的生物相观察与微生物群落结构解析

4.1 引言

4.2 前置反硝化曝气生物滤池内生物膜的特性

4.3 滤池中生物相的构成

4.4 前置反硝化生物滤池内微生物群落分析

4.5 群落结构及演替与系统脱氮效能的关系分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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