生物膜—污泥复合厌氧反应器同时产甲烷反硝化工艺与机理研究

【摘要】：同时产甲烷反硝化工艺作为一种新型脱氮工艺,因其具有节省碳源、工艺简单、抗负荷能力强等优点逐步被人们关注。实现同时产甲烷反硝化反应的主要手段就是利用颗粒污泥将产甲烷和反硝化功能菌耦合在一起,但此种方式存在高负荷长期运行导致颗粒污泥解体、反应器崩溃的现象。本论文针对此现象采用了自主开发的生物膜-污泥复合厌氧反应器(HABSR)和上流式厌氧污泥床(UASB)同步开展同时产甲烷反硝化工艺启动和运行性能比较研究,通过静态实验重点探讨了硝酸盐对颗粒污泥体系和生物膜体系的同时产甲烷反硝化性能的影响,得到碳氮降解规律,并通过分子生物学等手段初步分析HABSR与UASB中同时产甲烷反硝化体系的微生物学特性。 HABSR与UASB均可作为培养同时产甲烷反硝化微生物的反应器,HABSR具有更强的抗高负荷能力。在相同运行条件下,两种反应器对COD和硝酸盐的去除率分别在90%与99%左右,出水中氨氮和亚硝酸盐水平保持在0.5～1mg/L与0.1～1mg/L。 静态试验研究表明,硝酸盐降解的中间产物亚硝酸盐积累是影响生物膜和颗粒污泥同时产甲烷反硝化性能的主要因素。同等情况下,颗粒污泥反应体系中亚硝酸盐的积累浓度是生物膜反应体系中的近10倍,生物膜体系表现出更强的硝酸盐降解能力。 扫描电镜分析和分子生物学分析表明,硝酸盐介入后UASB中颗粒污泥出现分层现象,具有反硝化功能的细菌和兼性厌氧发酵菌分布在颗粒污泥的外层,而严格厌氧的产氢产乙酸菌与产甲烷菌则分布在内层,从而实现产甲烷和反硝化功能的耦合；而对于HABSR则出现反应器功能分区现象,悬浮污泥中主要聚集了发酵产酸菌和反硝化细菌,生物膜则中主要集聚发酵产酸菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌。通过对比发现,UASB反应器中产甲烷细菌优势菌群由乙酸营养型转变为氢营养型产甲烷菌,HABSR中产甲烷菌的优势菌群则在乙酸营养型保留的基础上增加了氢营养型产甲烷菌。 【关键词】：同时产甲烷反硝化 生物膜 颗粒污泥 生物膜-污泥复合厌氧反应器
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-27
• 1.1 课题背景10-12
• 1.1.1 水环境中的氮素污染10-11
• 1.1.2 水体中的氮循环11-12
• 1.2 污水生物脱氮理论研究现状12-15
• 1.2.1 传统脱氮理论12-13
• 1.2.2 脱氮理论创新13-15
• 1.3 污水生物脱氮技术研究现状15-21
• 1.3.1 传统脱氮技术15
• 1.3.2 脱氮技术创新15-21
• 1.4 同时产甲烷反硝化研究进展21-24
• 1.4.1 同时产甲烷反硝化影响因素21-22
• 1.4.2 同时产甲烷反硝化耦合手段22-23
• 1.4.3 同时产甲烷反硝化分子生物学研究进展23-24
• 1.5 本课题研究目的、意义以及研究内容24-27
• 1.5.1 本课题研究意义24-25
• 1.5.2 研究目标及内容25-27
• 第二章 实验材料与方法27-39
• 2.1 实验材料与装置27-30
• 2.1.1 实验试剂及仪器27-28
• 2.1.2 实验装置28-29
• 2.1.3 实验用水29
• 2.1.4 实验用泥29-30
• 2.2 实验方法30-35
• 2.2.1 运行启动实验方法30
• 2.2.2 硝酸盐对污泥脱碳功能影响性能研究实验30-31
• 2.2.3 微生物群落结构分析31-35
• 2.3 分析测试方法35-39
• 2.3.1 常规测试方法35
• 2.3.2 水样中挥发酸测定35-36
• 2.3.3 气体成分测定36
• 2.3.4 产甲烷活性的测定36-37
• 2.3.5 反硝化速率测定37
• 2.3.6 生物相观察37-39
• 第三章 同时产甲烷反硝化反应器启动与运行性能研究39-52
• 3.1 单独产甲烷微生物培养与反应器运行性能研究39-45
• 3.1.1 UASB厌氧颗粒污泥培养与反应器运行性能39-41
• 3.1.2 HABSR厌氧生物膜培养与反应器运行性能41-43
• 3.1.3 UASB与HABSR运行效能对比43-45
• 3.2 同时产甲烷反硝化微生物培养与反应器运行性能研究45-51
• 3.2.1 HASBR与UASB对COD降解研究45-46
• 3.2.2 HABSR与UASB对硝酸盐去除研究46-47
• 3.2.3 HABSR与UASB中PH和碱度变化47
• 3.2.4 HABSR与UASB出水氨氮变化47-48
• 3.2.5 HABSR与UASB出水挥发酸变化48-49
• 3.2.6 HABSR与UASB产气成分49-50
• 3.2.7 HABSR与UASB出水TN和TOC变化50-51
• 3.3 本章小结51-52
• 第四章 硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥中同时产甲烷反硝化性能影响研究52-60
• 4.1 生物膜和颗粒污泥对COD的去除影响52-54
• 4.1.1 生物膜和颗粒污泥体系中COD降解情况52-53
• 4.1.2 颗粒污泥和生物膜体系中各阶段COD降解速率53-54
• 4.2 生物膜和颗粒污泥对硝酸盐的去除影响54-57
• 4.2.1 生物膜和颗粒污泥体系中硝酸盐去除情况55-56
• 4.2.2 颗粒污泥和生物膜体系中各阶段硝酸盐转化速率56-57
• 4.3 颗粒污泥和生物膜体系中的亚硝酸盐积累情况57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 同时产甲烷反硝化微生物学研究60-74
• 5.1 污泥表观表征与分析60-62
• 5.1.1 形貌观察60-61
• 5.1.2 扫描电镜对比分析61-62
• 5.2 污泥生物活性表征与分析62-63
• 5.3 污泥分子生物学表征与分析63-72
• 5.3.1 细菌分子生物学特征分析63-68
• 5.3.2 古菌分子生物学特征分析68-72
• 5.4 本章小结72-74
• 结论74-76
• 参考文献76-83
• 个人简介83-84
• 导师简介84-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果85-86
• 致谢86

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

氧化沟同时硝化反硝化的生物脱氮机理    周少奇,范家明,吴宋标,黄庆明,银玉容,史伟

生物膜系统同时硝化和反硝化的实验研究    张鹏,苏宏

高浓度氨氮废水的高效生物脱氮途径    赵宗升,刘鸿亮,李炳伟,袁光钰

同时硝化反硝化的理论和实践    吕锡武

生物流化床反应器生物膜特性研究进展    李平,吴海珍,韦朝海

EGSB反应器中耦合厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的研究    祖波;张代钧;白玉华;张萍;

全程自养脱氮颗粒污泥培养及动力学研究    肖洋;廖德祥;李小明;杨麒;曾光明;易婷;刘精今;

同时产甲烷反硝化与硝化串联工艺处理淀粉废水    袁志丹;左剑恶;甘海南;黄占斌;

高效厌氧氨氧化颗粒污泥膨胀床(EGSB)工艺性能研究    陈建伟;郑平;丁爽;唐崇俭;

污水生物处理中生物膜传质特性的研究进展    周律;李哿;SHIN Hangsik;李涛;邢丽贞;

厌氧—好氧移动床生物膜反应器处理果汁废水试验研究    倪蔚佳

蚯蚓生物滤池处理农村分散生活污水效果研究    尹志高;陆志波;杨健;刘静;

应用厌氧折流板反应器处理制药废水的研究    方玲玲;周元祥;

噻黄隆生产废水处理实验研究    周学明;

UASB处理蛋白废水的实验研究    俞珊珊;刘锋;马三剑;王秋云;

UASB工艺处理秸秆乙醇废水的厌氧研究    乔华军;蒋文化;姜涛;马三剑;

生物脱氮除磷新技术研究进展    杨少武;王晓青;杨顺生;

加压厌氧反应系统的实验运行研究    於胜洪;华喜萍;姜涛;蒋京东;

UASB反应器处理制药废水的实验研究    周宇昭;蒋文化;张晔;戴庆武;马三剑;

涤纶短纤维废水中试研究    周宇昭;

UASB-SBR工艺处理屠宰废水    刘绍根,黄显怀,赵峰

EGSB工艺在啤酒废水处理改造中的应用    边伟伟;王国懿;王晶日;张华;

系统优化法解决氨氮高浓度条件下氧化沟稳定运行技术研究    石寿林;仪献福;孙泽锋;

A/O-MBR处理生活污水低温启动试验研究    刘慧君;许晓毅;朱跃敏;肖瑞;

EGSB反应器中毒后快速恢复活性    黄益平;夏伟;邹鑫;刘毅;徐景富;刘爽;

畜禽废水的处理方法及畜禽养殖的清洁生产    傅学起;谭海周;

浅谈中小型马铃薯淀粉厂污水处理方案    王子戡;徐考群;

半化学草浆废水处理和运行成本核算    张义华;张华东;

微量金属元素对农业废弃物厌氧消化的作用    潘云霞;

长江上游三峡库区低温、低C/N城市污水中TN去除对策分析    雷晓玲;叶方剑;刘贤斌;陈文华;

浅析我国水体污染现状、来源及治理措施    王皓;

海洋优势菌种附着腐蚀Fe_3Al及其复合材料界面与机理研究    常雪婷

层状氢氧化镁铝的改性与成型及其对磷/氮阴离子的吸附脱除性能    邢坤

低C/N比污水间歇曝气MBR脱氮研究    陆谢娟

常温下生活垃圾渗滤液处理工艺研究    袁志宇

农村分散式污水处理适用技术及机理研究    张增胜

预处理后剩余污泥中温两相厌氧消化效能研究    李广

处理焦化废水微氧EGSB反应器启动和运行特性研究    耿炤宇

固定化脱氮菌群处理含氮污水的研究    肖晶晶

严重受污染河道水处理工艺的研究及重金属对其处理效果的影响    王令

人工快速渗滤系统污染物去除机理及动力学研究    许文来

不同结构氧化锰矿物氧化硫化物动力学特点及影响因素    李倩

武汉市内湖富营养化周年变化规律的监测及初步讨论    杨文静

优势脱氮菌的筛选及工业化应用基础研究    孙菲

生产性IC反应器的启动及“酸化”研究    沈小华

旋流内循环厌氧反应器(EIC)处理酒精废水的试验研究    丁玉

混凝气浮-A/O工艺处理毛皮废水的研究    史明

A/A/O工艺处理城市污水除磷脱氮性能试验研究    吕晶晶

一种新型厌氧化反应器的研制与启动试验研究    孙延格

A~2/O、倒置A~2/O和前置缺氧A~2/O工艺处理城市污水比较研究    侯亚辉

改良UASB反应器内气液两相流模拟及启动性能研究    孙向鹏

移动床生物膜反应器在污水处理中的应用研究    季民,杨造燕,薛广宁,郭静,宋亚文,李清雪

同时硝化与反硝化研究进展    张鹏,周琪,屈计宁,顾国维

Carrousel2000型氧化沟设计方法    TonJoha,吕斌

循环移动载体生物膜反应器的试验研究    朱文亭,颜玲,阎海英,邢国平,孙宝盛

厌氧氨氧化技术工程化的全球现状及展望    郝晓地;仇付国;W·R·L·van der Star;M·C·M·van Loosdrecht;

曝气量对SBBR生物除磷的影响研究    荣宏伟;彭永臻;张朝升;方茜;

低溶解氧对生物膜特性的影响研究    王磊;李海英;李雪娟;柯凡;潘继征;

Orbal氧化沟同时硝化/反硝化及生物除磷的机理研究    门晓欣

三相生物流化床中生物膜厚度研究    潘涛,邬扬善,王绍堂

奥贝尔氧化沟的工程应用性能研究    颜秀勤,张悦,郑兴灿,李成江

内环流生物膜反应器传质过程模拟及实验研究    李宇

膜曝气部分亚硝化—厌氧氨氧化耦合生物膜脱氮的数学模拟    赵旭东

La~(3+),Ce~(3+)对厌氧颗粒污泥在不同VFA底物中的产甲烷促进效应    夏青;洪宇宁;梁睿;任洪强;丁丽丽;吴吉春;

厌氧颗粒污泥培养过程中的特性研究    付艳锋;王哲;

低浓度Ce~(3+)对厌氧颗粒污泥比产甲烷活性和胞外多聚物的影响    夏青;丁丽丽;任洪强;吴吉春;关梅;

两相EGSB处理制革含硫废水的研究    杜战鹏;李冬雪;赵敏;马金亮;

Hg~(2+)对厌氧颗粒污泥活性及生物学特性的影响    徐宏英;李亚新;王慕华;苏槟楠;宋崴;

工业废水中Cr~(3+)对厌氧微生物产甲烷毒性的研究    罗亚红;樊静;何成达;李怡帆;

生活垃圾渗滤液对厌氧颗粒污泥产甲烷活性的影响研究    冼萍;李英花;邓超冰;王孝英;温中海;

常温下IC反应器启动过程中的颗粒污泥性能研究    曾国敏;马邕文;

焦化废水驯化的EGSB反应器内颗粒污泥产甲烷活性    董春娟;冯美荣;王海会;陈素云;汪艳霞;

铝盐对厌氧微生物产甲烷活性的影响研究    官敏;贺延龄;刘永红;张鹏翔;邹向闻;

进水pH对焦化废水处理效果的影响    董晓丹;侯红娟;郑炜;邵立宪;

不同污水处理工艺中污泥产率影响因素的比较研究    王丽;高春娣;焦二龙;郝坤;

两种活性污泥工艺在污泥减量中的应用研究    高春娣;袁金萍;王丽;武联菊;

序批式生物膜工艺(SBBR)研究进展    张婷;

中小城镇高效低耗污水处理工艺的选择    刘智晓;杨蛟云;连宝良;刘龙志;

MBBR移动床工艺在城市污水处理厂升级改造中的应用    牛学义;

我国城市水污染治理的反思与探讨    王宝贞;王琳;王丽;王淑梅;

城市生活垃圾填埋场渗滤液处理方法探究——以鞍山市垃圾填埋场为例    蒋平;程胜高;

氨氮对UASB和EGSB反应器中颗粒污泥生物学性质的影响    周洪波;陈坚;伦世仪;

EGSB反应器中毒后快速恢复活性    黄益平;夏伟;邹鑫;刘毅;徐景富;刘爽;

长春治水:追求“可持续、环保、生态”    记者 杨宝迪

RWO改进船舶废水处理系统    德水

活性污泥和生物膜的胞外聚合物性质及其对污泥性能影响的比较研究    刘翔

分散式生活污水多级生物膜处理工艺及菌群特性研究    刘智晓

光合细菌生物膜制氢反应器传输与产氢特性    张川

多段进水A/O生物膜脱氮工艺运行性能研究    胡博

复合循环养殖系统氮磷的去除研究    何洁

短程硝化反硝化联合脱氮工艺运行策略与硝化生物膜特性研究    梁志伟

肥料农药和重金属对紫色水稻土微生物特性的影响    张腊梅

dUBF-CW耦合工艺处理生活污水的研究    李晓东

GSBR和HBR处理城市污水的效能与微生物群落结构分析    李超

棕油生产废水零排放技术研究    张业健

生物膜—污泥复合厌氧反应器同时产甲烷反硝化工艺与机理研究    钟晨宇

基于渗流理论的生物膜传质模拟及实验研究    焦妍

基于陶瓷载体的生物膜与废水处理效果之间关系的研究    施雯

曝气生物滤池生物膜数学模型研究    许君

三级侧向循环生物膜脱氮工艺试验研究    刘珺

复合厌氧反应器—水平潜流人工湿地处理农村生活污水的试验研究    耿媛

受污染饮用水源水固定化生物膜工艺强化脱氮除磷研究    徐京

A~2/O水平推流式生物膜复合工艺性能研究    张涛

生物膜+A~2/O工艺处理生活污水的试验研究    许倩

A/O-生物膜工艺处理煤化工高氨氮废水的研究    赵维电