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重庆大学
博士学位论文
SBBR单级自养脱氮工艺及其微生态特性研究
姓名:秦宇
申请学位级别:博士
专业:市政工程
指导教师:郭劲松
20090524
摘要单级自养脱氮工艺在处理高氨氮、低疦比废水方面所具有的简易、高效、低耗等优点是其它生物脱氮工艺无可比拟的。然而,迄今为止,该工艺在世界范围内尚处于研发阶段。由于受该方向认识问题的进程和研究问题的技术方法与手段的限制,微观层面的基础理论和技术研究虽然随着现代分析新技术的涌现不断深入,出现了不少新的研究成果,但在许多方面仍尚未形成共识。一方面仍有赖于新技术手段的完善,另一方面也有赖于更系统深入的微观层面的研究。从系统内微生态角度去探求工艺机理,不仅是自养脱氮工艺微观层面研究尚待系统地引向深入的问题,也成为制约该工艺实现工程可控性的关键因素之一。本研究以单级自养脱氮系统微生态特性为研究对象,分析系统在构建过程及稳定运行工况下活性污泥、生物膜中微生物群落结构,研究宏观运行参数及运行效能与系统微生物微观组成的相关性,确定系统中主要功能菌种,并分析其生理生态特征,同时明确各限制性生态因子对微生物协同代谢过程的影响。采用四组反应器构建单级自养脱氮系统,本研究选取运行效能最具代表性的榻醒芯俊F渲蠥系统在浓度/⑽露任℃、玎、..~/仄跫拢瓿闪说ゼ蹲匝氮系统的亚硝化启动。调整进水负荷为疞,同时采用间歇曝气的方式使系统进入性能提高阶段后,,曝停比为:的条件下氨氮转化率和总氮去除率分别达到%和%以上。生物膜与活性污泥微生物区系组成相似性低,活性污泥与生物膜之间构成了一个微小的生态系统,癆数量上与啾日加芯杂攀啤系统在./跫峦瓿裳窍趸舳華反应器,匝樽爸迷诵行Ч喜睿物膜没有较好形成,活性污泥与生物膜的群落结构相似性达ィ⑸锶郝浞富度值低,氨氮转化率和总氮去除率分别只有%和%左右。亚硝化启动期../牧仄跫拢窍趸鶤与硝化茵秸咴诰赫中都很难建立绝对优势地位,不利于实现摹跋赐。单级自养脱氮系统在亚硝化启动阶段,反应器内真菌、细菌和放线菌的数量、种类嗳、种嗳数和优势种嗳均发生了较大变化。异养菌被淘汰而自养型细菌开始富集的特征污泥相为杆状絮体,稳定的亚硝化系统建立并初具一定自养脱氮功能时期的特征污泥相为花瓣状絮体。经过成功启动并稳定运行后,单级自养脱氮系统内随着反应器内有机碳源的减少,系统中自养细菌在同异养细菌的竞争中逐渐占据优势地位,适应能力较弱或对有机碳源量要求较高的异养细中文摘要
菌则被大量淘汰,微生物群落结构与接种污泥相比已变得简单且较稳定,种群多样性降低。与接种污泥相比,反应器内及看蠓忍高,成为优势菌种。曝停比、及对单级自养脱氮系统微生物群落结构均有较大影响。曝停比为:的条件下,中高低秩芙庋跛街校锬の⑸锶郝浞岣欢戎稻于活性污泥,.,微生物群落丰富度值最高,较高溶解氧会对厌氧菌的代谢产生抑制,而低溶解氧将影响好氧菌的活性。:及:的较长曝停周期下,各类细菌在活性污泥与生物膜中均能生存,且有足够缓冲时间恢复部分活性,活性污泥与生物膜微生物组成接近。.保肫渌黳跫啾认低吃诵行茏罴眩耸被钚晕勰嘤肷物膜样品的相似性最低,且生物膜中微生物条带数在所有样品中最丰富。时,不仅对系统微生物群落结构有一定影响,同时也影响着系统中各功能菌的活性。.奶跫拢低衬谖⑸镏掷啻蠓陆担盟嵝蕴跫丫隽搜嵫氨氧化菌和硝化菌等功能菌种适宜的生长范围。曝停比、及同样对单级自养脱氮系统中各功能菌数量也存在影响。高条件利于亚硝化菌⑾趸鶱生存,高浓度将对厌氧氨氧化菌坎苯右种疲虳ǘ人绞保捎谌狈ρ嵫醢毖趸从的电子受体;騈。,也将间接影响俊T钠赝1忍件下,可以穿透到生物膜内部,满足好氧微生物生存环境。但曝停比对坑跋斓南灾圆幻飨浴的酸性条件下,无论还是妇慷即蠓档停琾时,各类细菌数量均达到最大值。.保叩腇ǘ訟产生抑制,从而影响到参与后续反应的俊在单级自养脱氮系统中分离纯化得到亚硝化球菌属菘庵凶⒉岷盼狤,该菌株对氧气需求量存在较严格要求,及温度对其氨氧化活性具有明显的影响,最适条件分别为和℃,在氨氮浓度疞较宽的底物浓度范围内具有活性,当氨氮浓度高达疞时,其氨氧化活性没有受到明显的抑制。与已有报道的其它亚硝化菌相比,对氨氮有较强降解能力及较广的浓度适应范围。同时通过寺〉姆椒ǎ谙低持蟹现嗖煌腁序列,一类与氨氧化菌标准菌株有%的较高相似性,另一类则与其它一种未得到纯培养的咏嗨菩晕ァ4嬖诘冉系ヒ唬隢踥嗨菩源锏%。检测到种不同基因序列,与典型的厌氧氨氧化菌具有较高的相似性,相似性分别达到%,主要归属于礁重庆大学博士学位论文癈.Ⅱ
单级自养脱氮系统中的活性污泥及生物膜样品均具有亚硝化活性,其中活性污泥最大比氨氧化速率为痬·锬の./,活性污泥亚硝化活性是生物膜的蹲笥摇为该单级自养脱氮系统活性污泥中功能