污泥水富集硝化菌添加强化污水处理系统硝化的试验研究

【摘要】： 城市污水处理厂污泥(初沉污泥和剩余污泥)处理过程中产生的污泥水(厌氧消化池上清液、浓缩池上清液、脱水滤液)含有高浓度氨氮,其水量仅为污水处理厂进水的1～2%,但氮负荷占进水总氮负荷的15～25%。本文调查了西安市邓家村污水处理厂产生的污泥水的水质特性和西安市三个污水处理厂的硝化菌种群结构,并对污泥水的单独处理、采用污泥水富集硝化菌的效果、富集硝化菌的微生态结构与动力学参数、硝化菌添加及原生动物捕食对污水处理系统硝化性能与微生物群落结构的影响等进行了系统的研究。主要结论如下: (1)污泥水具有高氨氮、高磷酸盐、低C/N比的特点。其中TKN浓度为494～946mg/L,TP浓度为72.1～124.8 mg/L,SCOD/TKN比值为0.25～0.84。 (2)污泥水单独处理时,氨氮平均去除率为99%,但是污泥水中的COD较难降解,脱氮效率较低,TCOD、SCOD和TN的平均去除率分别为66%、50%和29.9%。 (3)采用污泥水富集的硝化菌中,Nitrosomonas europaea/Nitrosococcusmobilis为氨氧化菌优势菌属,Nitrobacter为亚硝酸盐氧化菌优势菌属。氨氧化速率在10～40℃之间的温度修正系数τ_N为1.092,亚硝酸盐氧化速率在15～30℃之间的温度修正系数τ_N为1.061。氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌在20℃的基质半饱和常数K_N分别为1.60 mgNH_4~+-N/L、2.78 mgNO_2~--N/L。温度影响因子与氨氧化菌的基质半饱和常数与常规污水处理厂接近,但亚硝酸盐氧化菌的基质半饱和常数偏高。 (4)污泥水富集过程中,污泥龄越短、温度越低,硝化菌的表观产率系数越大,A/O比、水力负荷对其影响不明显。 (5)硝化菌添加到污水处理系统后,污泥的硝化活性逐渐增加,氨氧化速率比亚硝酸氧化速率增加量高,因此硝化菌添加后会出现一定程度的亚硝酸盐积累。此外,添加初期,污水处理系统中原生动物数量会增加;污泥沉降指数SVI也出现一定的增加,并与出水亚硝酸盐浓度正相关。 (6)生物添加能有效强化污水处理系统的硝化性能和群落结构。对模拟的城市污水处理系统进行硝化菌生物添加后,污泥中氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的数量(前8天氨氧化菌增加约一个数量级,亚硝酸盐氧化菌增加近两个数量级)会迅速增加,但是氨氧化速率和亚硝酸盐氧化速率的增加相对缓慢。硝化菌的多样性增加,群落结构与添加的硝化菌群落结构逐渐接近,氨氧化菌的优势菌属在添加前后均为Nitrosomonas europaea/Nitrosococcus mobilis lineage,而亚硝酸盐氧化菌由添加前的Nitrospira转变Nitrobacter,结构相关系数由添加前的0.13增加至添加结束时的0.93。 (7)原生动物捕食对硝化菌中慢速生长型的K-strategist影响较大,对快速生长型的r-strategist影响较小。经原生动物抑制的反应器中K-strategist(Nitrosospira与Nitrospira)数量与硝化菌种类多于原生动物未加以抑制的反应器,而r-strategist(Nitrosomonas europaea与Nitrobacter)数量与种类无明显差别,因此原生动物捕食对硝化性能无明显影响。 (8)具有生物脱氮功能的城市污水处理厂污泥中硝化菌种类繁多,生物多样性丰富。所调查的三个污水处理厂(邓家村污水处理厂、北石桥污水处理厂和第三污水处理厂)污泥中,氨氧化菌均以Nitrosomonas europaea/nitrosococcus mobilislineage为主,同时存在Nitrososipra;亚硝酸氧化菌主要为Nitrospira和Nitrobacter,优势菌属为Nitrospira,同时存在少量的Nitrococcus,而Nitrospina很少检测到。 总之,采用污泥水富集硝化菌并添加强化污水处理系统硝化可以在处理污泥水的同时有效强化污水处理系统的硝化性能和微生物群落结构。 【关键词】：污泥水 硝化菌 生物添加 原生动物捕食 生物群落结构 硝化性能
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-38
• 1.1 生物脱氮技术及其原理10-15
• 1.1.1 生物脱氮技术进展10-12
• 1.1.2 硝化原理12-15
• 1.2 污泥水的水质特性及其单独处理15-19
• 1.2.1 污泥水的来源及其水质特性16-17
• 1.2.2 污泥水单独处理的研究现状17-19
• 1.3 硝化强化技术19-22
• 1.3.1 延长污泥龄19-20
• 1.3.2 分段进水(回流污泥再曝气)工艺20
• 1.3.3 生物添加法20-22
• 1.4 污泥水富集硝化菌强化硝化22-29
• 1.4.1 代表工艺22-25
• 1.4.2 存在的问题25-29
• 1.5 课题的研究背景29-30
• 1.5.1 课题来源29
• 1.5.2 课题研究的基本内容29-30
• 参考文献30-38
• 2 污泥水水质特性与单独处理试验研究38-51
• 2.1 前言38
• 2.2 材料与方法38-41
• 2.2.1 试验装置及运行条件38-39
• 2.2.2 试验废水39
• 2.2.3 试验启动与运行39
• 2.2.4 主要设备仪器39
• 2.2.5 常规指标及方法39-41
• 2.3 试验结果与分析41-49
• 2.3.1 污泥水水质调查结果41-42
• 2.3.2 污泥水单独处理效果42-49
• 2.4 小结49
• 参考文献49-51
• 3 硝化菌的富集效果及其群落结构与动力学参数研究51-70
• 3.1 前言51-52
• 3.2 试验材料与方法52-57
• 3.2.1 试验装置及运行条件52
• 3.2.2 试验废水52
• 3.2.3 试验启动与运行52
• 3.2.4 主要设备仪器52-53
• 3.2.5 检测项目与方法53-57
• 3.3 试验结果与分析57-65
• 3.3.1 硝化菌富集效率57-59
• 3.3.2 温度对硝化菌群落结构的影响59
• 3.3.3 富集硝化菌的动力学特性研究59-65
• 3.4 小结65-66
• 参考文献66-70
• 4 生物添加强化硝化可行性试验研究70-80
• 4.1 前言70
• 4.2 材料与方法70-72
• 4.2.1 试验装置与运行条件70-71
• 4.2.2 试验废水71
• 4.2.3 试验启动及运行71-72
• 4.2.4 试验常用设备与仪器72
• 4.2.5 分析项目与方法72
• 4.3 试验结果与分析72-77
• 4.3.1 硝化菌富集反应器72-73
• 4.3.2 污水处理反应器73-77
• 4.4 小结77-78
• 参考文献78-80
• 5 生物添加及原生动物捕食对污水处理系统生物群落结构的影响80-96
• 5.1 前言80-81
• 5.2 材料与方法81-83
• 5.2.1 试验装置与运行条件81-82
• 5.2.2 试验废水82
• 5.2.3 试验启动及运行82-83
• 5.2.4 试验常用设备与仪器83
• 5.2.5 分析项目与方法83
• 5.3 试验结果与分析83-93
• 5.3.1 反应器出水水质及污泥硝化性能83-88
• 5.3.2 1#反应器活性污泥硝化菌群落结构88-89
• 5.3.3 2#、3#反应器群落结构的动态变化89-93
• 5.4 本章小结93-94
• 参考文献94-96
• 6 西安市污水处理厂硝化菌群落结构调查分析96-108
• 6.1 前言96
• 6.2 污水处理厂简介96-98
• 6.2.1 西安市北石桥污水净化中心96-98
• 6.2.2 西安市第三污水处理厂98
• 6.2.3 西安市邓家村污水处理厂98
• 6.3 分析项目与方法98-99
• 6.4 试验结果与分析99-106
• 6.4.1 西安市北石桥污水净化中心99-101
• 6.4.2 西安市第三污水处理厂101-103
• 6.4.3 西安市邓家村污水处理厂103-105
• 6.4.4 三个污水处理厂硝化菌群落对比105-106
• 6.5 小结106-107
• 参考文献107-108
• 7 结论与建议108-111
• 7.1 结论108-109
• 7.2 建议109-111
• 论文的创新点111-112
• 致谢112-113
• 攻读博士学位期间发表的论文及科研、获奖情况113-114

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