模拟光伏曝气SBR处理农村生活污水的研究

【摘要】：本研究针对我国农村污水处理设施运行的动力消耗问题,基于村落生活污水排水、日光昼夜变化和SBR运行方式的特点,构建了光伏曝气SBR系统处理农村污水。通过模拟实验,验证了无蓄电池光伏曝气替代常规能源曝气,降低农村污水处理设施对电网依赖的可行性。结果表明： 在不同运行条件下,模拟光伏曝气SBR均能实现COD和NH4+-N的有效去除。通过优化运行参数,系统可实现高效除磷。在长期稳定运行过程中,出水COD为29.1±5.0mg/L、NH4+-N为0.67±0.44mg/L、TP为0.1±0.05mg/L、TN为31.94±5.09mg/L,去除率为COD89.0±3.0%、 NH4+-N98.3±1.2%、 TP97.8±1.2%、 TN31.9±5.1%。 有机物去除过程分为有机物快速降解阶段和有机物难降解阶段。DO变化曲线与有机物降解过程的对应性良好,“DO肘”可用于指示COD降解的终点。将DO信号滤波求导,可通过比较dDO/dt与设定闽值的大小关系准确判断“DO肘”,实现光伏曝气SBR有机物去除过程的自动控制。DO和pH均可作为光伏曝气SBR硝化过程的间接控制参数,但pH更为简单实用。 长期饥饿(25d)对COD去除效果无明显影响,对AOB和NOB的活性和丰度的影响程度不同。AOB和NOB衰减速率分别为0.017d-1和0.029d-1。氨氧化速率可于恢复进水4d后恢复到饥饿前水平,亚硝酸盐氧化速率在恢复运行7d后恢复到饥饿前水平。同时,饥饿前后NOB的丰度的变化幅度明显高于AOB的丰度变化,NOB对饥饿更敏感。AOB的多样性可作为硝化功能的一种保险,可能是硝化活性在历经长期饥饿后能快速恢复的原因。在硝化功能稳定的SBR中AOB的群落结构并不稳定,平均AOB群落结构变化率为22.1%±16.5%,只有2个AOB种稳定存在于反应器中,说明AOB的多样性及群落结构的动态变化是维持硝化稳定的关键。 除磷过程主要通过聚磷菌(PAO)的释磷/吸磷实现,胞外聚合物(EPS)吸附对除磷贡献小于10%。PAO均属于" Candidatus Accumulibacter "世系,Clade ⅡA包含最多的OTU和序列。 【关键词】：农村生活污水 光伏曝气 SBR 自动控制 饥饿
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 縮写和符号清单13-15
• 1 引言15-17
• 1.1 课题来源15
• 1.2 课题研究背景15-17
• 2 文献综述17-31
• 2.1 农村生活污水来源及特点18-20
• 2.2 太阳能的特点及在污水处理中的应用20-22
• 2.2.1 太阳能资源的特点20
• 2.2.2 太阳能在污水处理中的应用20-22
• 2.3 SBR运行与控制22-26
• 2.3.1 定时控制23
• 2.3.2 基于直接参数的实时控制23-24
• 2.3.3 基于间接参数的实时控制24-26
• 2.3.4 智能控制26
• 2.4 污水处理系统氨氧化微生物研究进展26-28
• 2.4.1 NH_4~+-N转化途径26-27
• 2.4.2 AOB的特征及生长条件27
• 2.4.3 AOB的分类27-28
• 2.4.4 活性污泥中AOB的群落结构28
• 2.5 饥饿对活性污泥活性的影响及恢复28-29
• 2.6 研究目的和意义29-31
• 3 研究内容和方法31-49
• 3.1 研究内容31-32
• 3.2 研究方法32-47
• 3.2.1 有机物去除SBR结构及运行方式32-33
• 3.2.2 硝化SBR结构及运行方式33-34
• 3.2.3 饥饿研究实验装置及运行方式34-36
• 3.2.4 稳定运行及功能微生物研究实验装置及运行方式36-37
• 3.2.5 理化指标分析方法37-39
• 3.2.6 活性污泥DNA提取39-40
• 3.2.7 PCR扩增40-41
• 3.2.8 克隆文库构建及分析41
• 3.2.9 定量PCR41-44
• 3.2.10 数据分析44-47
• 3.3 技术路线47
• 3.4 主要仪器设备47-49
• 4 模拟光伏曝气SBR有机物去除特性研究49-73
• 4.1 COD的去除效果50-51
• 4.2 氮的去除效果51-53
• 4.3 曝气量对污染物去除的影响53-56
• 4.4 闲置对污染物去除的影响56-60
• 4.5 温度对污染物去除进程的影响60-62
• 4.6 单个周期内DO、pH和ORP的变化62-69
• 4.7 有机物去除过程自动控制策略69-72
• 4.8 小结72-73
• 5 模拟光伏曝气SBR硝化特性研究73-89
• 5.1 COD的去除效果73-74
• 5.2 氮的去除效果74-77
• 5.3 曝气量对硝化进程的影响77-79
• 5.4 温度对硝化进程的影响79-80
• 5.5 单个周期内DO、pH和ORP变化80-85
• 5.6 硝化自动控制策略85-87
• 5.7 小结87-89
• 6 长期饥饿对污泥活性的影响及恢复89-109
• 6.1 材料和方法90
• 6.1.1 实验装置及运行方式90
• 6.1.2 分子生物学分析90
• 6.2 反应器启动及稳定运行90-93
• 6.2.1 一级SBR启动特征及运行效果90-92
• 6.2.2 二级SBR启动特征及运行效果92-93
• 6.3 饥饿期生物量及水质指标变化93-95
• 6.3.1 饥饿期一级SBR生物量及水质指标变化93-94
• 6.3.2 饥饿期二级SBR生物量及水质指标变化94-95
• 6.4 饥饿期的污泥活性95-97
• 6.4.1 一级SBR的污泥活性95-96
• 6.4.2 二级SBR污泥活性96-97
• 6.5 污泥活性恢复97-99
• 6.5.1 一级SBR污泥活性恢复97-98
• 6.5.2 二级SBR污泥活性恢复98-99
• 6.6 AOB和NOB的丰度变化99-100
• 6.7 AOB的多样性100-106
• 6.7.1 克隆文库评价100-101
• 6.7.2 基于OTU的多样性分析101-103
• 6.7.3 基于系统发育的多样性分析103-106
• 6.8 AOB群落的聚类分析106
• 6.9 AOB群落内物种分布均匀性分析106-107
• 6.10 小结107-109
• 7 长期稳定运行及功能微生物研究109-134
• 7.1 材料和方法110
• 7.1.1 实验装置及运行方式110
• 7.1.2 分子生物学分析110
• 7.2 一级SBR运行情况110-117
• 7.2.1 污染物去除效果110-112
• 7.2.2 周期内指标变化112-115
• 7.2.3 活性污泥磷形态转化115-117
• 7.3 PAO多样性分析117-121
• 7.3.1 克隆文库评价117-118
• 7.3.2 基于OTU的多样性分析118-119
• 7.3.3 基于系统发育的多样性分析119-121
• 7.4 二级SBR运行情况121-125
• 7.4.1 污染物去除效果121-123
• 7.4.2 周期内指标变化123-125
• 7.5 AOB多样性分析125-132
• 7.5.1 克隆文库评价125-126
• 7.5.2 基于OTU的多样性分析126-127
• 7.5.3 基于系统发育的多样性分析127-130
• 7.5.4 AOB群落结构与硝化功能关系130-132
• 7.6 AOB群落与运行参数相关性分析132-133
• 7.7 小结133-134
• 8 结论与建议134-137
• 8.1 结论134-135
• 8.2 创新点135
• 8.3 建议135-137
• 参考文献137-154
• 作者简历及在学研究成果154-158
• 学位论文数据集158

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