生物膜—污泥復(fù)合厭氧反應(yīng)器同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化工藝與機(jī)理研究

【摘要】：同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化工藝作為一種新型脫氮工藝,因其具有節(jié)省碳源、工藝簡(jiǎn)單、抗負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)逐步被人們關(guān)注。實(shí)現(xiàn)同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化反應(yīng)的主要手段就是利用顆粒污泥將產(chǎn)甲烷和反硝化功能菌耦合在一起,但此種方式存在高負(fù)荷長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致顆粒污泥解體、反應(yīng)器崩潰的現(xiàn)象。本論文針對(duì)此現(xiàn)象采用了自主開(kāi)發(fā)的生物膜-污泥復(fù)合厭氧反應(yīng)器(HABSR)和上流式厭氧污泥床(UASB)同步開(kāi)展同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化工藝啟動(dòng)和運(yùn)行性能比較研究,通過(guò)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)探討了硝酸鹽對(duì)顆粒污泥體系和生物膜體系的同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化性能的影響,得到碳氮降解規(guī)律,并通過(guò)分子生物學(xué)等手段初步分析HABSR與UASB中同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化體系的微生物學(xué)特性。 HABSR與UASB均可作為培養(yǎng)同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化微生物的反應(yīng)器,HABSR具有更強(qiáng)的抗高負(fù)荷能力。在相同運(yùn)行條件下,兩種反應(yīng)器對(duì)COD和硝酸鹽的去除率分別在90%與99%左右,出水中氨氮和亞硝酸鹽水平保持在0.5～1mg/L與0.1～1mg/L。 靜態(tài)試驗(yàn)研究表明,硝酸鹽降解的中間產(chǎn)物亞硝酸鹽積累是影響生物膜和顆粒污泥同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化性能的主要因素。同等情況下,顆粒污泥反應(yīng)體系中亞硝酸鹽的積累濃度是生物膜反應(yīng)體系中的近10倍,生物膜體系表現(xiàn)出更強(qiáng)的硝酸鹽降解能力。 掃描電鏡分析和分子生物學(xué)分析表明,硝酸鹽介入后UASB中顆粒污泥出現(xiàn)分層現(xiàn)象,具有反硝化功能的細(xì)菌和兼性厭氧發(fā)酵菌分布在顆粒污泥的外層,而嚴(yán)格厭氧的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌與產(chǎn)甲烷菌則分布在內(nèi)層,從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)甲烷和反硝化功能的耦合；而對(duì)于HABSR則出現(xiàn)反應(yīng)器功能分區(qū)現(xiàn)象,懸浮污泥中主要聚集了發(fā)酵產(chǎn)酸菌和反硝化細(xì)菌,生物膜則中主要集聚發(fā)酵產(chǎn)酸菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),UASB反應(yīng)器中產(chǎn)甲烷細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌群由乙酸營(yíng)養(yǎng)型轉(zhuǎn)變?yōu)闅錉I(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌,HABSR中產(chǎn)甲烷菌的優(yōu)勢(shì)菌群則在乙酸營(yíng)養(yǎng)型保留的基礎(chǔ)上增加了氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌。 【關(guān)鍵詞】：同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化 生物膜 顆粒污泥 生物膜-污泥復(fù)合厭氧反應(yīng)器
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：X703
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-27
• 1.1 課題背景10-12
• 1.1.1 水環(huán)境中的氮素污染10-11
• 1.1.2 水體中的氮循環(huán)11-12
• 1.2 污水生物脫氮理論研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 傳統(tǒng)脫氮理論12-13
• 1.2.2 脫氮理論創(chuàng)新13-15
• 1.3 污水生物脫氮技術(shù)研究現(xiàn)狀15-21
• 1.3.1 傳統(tǒng)脫氮技術(shù)15
• 1.3.2 脫氮技術(shù)創(chuàng)新15-21
• 1.4 同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化研究進(jìn)展21-24
• 1.4.1 同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化影響因素21-22
• 1.4.2 同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化耦合手段22-23
• 1.4.3 同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化分子生物學(xué)研究進(jìn)展23-24
• 1.5 本課題研究目的、意義以及研究?jī)?nèi)容24-27
• 1.5.1 本課題研究意義24-25
• 1.5.2 研究目標(biāo)及內(nèi)容25-27
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法27-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與裝置27-30
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器27-28
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置28-29
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)用水29
• 2.1.4 實(shí)驗(yàn)用泥29-30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法30-35
• 2.2.1 運(yùn)行啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)方法30
• 2.2.2 硝酸鹽對(duì)污泥脫碳功能影響性能研究實(shí)驗(yàn)30-31
• 2.2.3 微生物群落結(jié)構(gòu)分析31-35
• 2.3 分析測(cè)試方法35-39
• 2.3.1 常規(guī)測(cè)試方法35
• 2.3.2 水樣中揮發(fā)酸測(cè)定35-36
• 2.3.3 氣體成分測(cè)定36
• 2.3.4 產(chǎn)甲烷活性的測(cè)定36-37
• 2.3.5 反硝化速率測(cè)定37
• 2.3.6 生物相觀察37-39
• 第三章 同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化反應(yīng)器啟動(dòng)與運(yùn)行性能研究39-52
• 3.1 單獨(dú)產(chǎn)甲烷微生物培養(yǎng)與反應(yīng)器運(yùn)行性能研究39-45
• 3.1.1 UASB厭氧顆粒污泥培養(yǎng)與反應(yīng)器運(yùn)行性能39-41
• 3.1.2 HABSR厭氧生物膜培養(yǎng)與反應(yīng)器運(yùn)行性能41-43
• 3.1.3 UASB與HABSR運(yùn)行效能對(duì)比43-45
• 3.2 同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化微生物培養(yǎng)與反應(yīng)器運(yùn)行性能研究45-51
• 3.2.1 HASBR與UASB對(duì)COD降解研究45-46
• 3.2.2 HABSR與UASB對(duì)硝酸鹽去除研究46-47
• 3.2.3 HABSR與UASB中PH和堿度變化47
• 3.2.4 HABSR與UASB出水氨氮變化47-48
• 3.2.5 HABSR與UASB出水揮發(fā)酸變化48-49
• 3.2.6 HABSR與UASB產(chǎn)氣成分49-50
• 3.2.7 HABSR與UASB出水TN和TOC變化50-51
• 3.3 本章小結(jié)51-52
• 第四章 硝酸鹽對(duì)厭氧生物膜和顆粒污泥中同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化性能影響研究52-60
• 4.1 生物膜和顆粒污泥對(duì)COD的去除影響52-54
• 4.1.1 生物膜和顆粒污泥體系中COD降解情況52-53
• 4.1.2 顆粒污泥和生物膜體系中各階段COD降解速率53-54
• 4.2 生物膜和顆粒污泥對(duì)硝酸鹽的去除影響54-57
• 4.2.1 生物膜和顆粒污泥體系中硝酸鹽去除情況55-56
• 4.2.2 顆粒污泥和生物膜體系中各階段硝酸鹽轉(zhuǎn)化速率56-57
• 4.3 顆粒污泥和生物膜體系中的亞硝酸鹽積累情況57-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第五章 同時(shí)產(chǎn)甲烷反硝化微生物學(xué)研究60-74
• 5.1 污泥表觀表征與分析60-62
• 5.1.1 形貌觀察60-61
• 5.1.2 掃描電鏡對(duì)比分析61-62
• 5.2 污泥生物活性表征與分析62-63
• 5.3 污泥分子生物學(xué)表征與分析63-72
• 5.3.1 細(xì)菌分子生物學(xué)特征分析63-68
• 5.3.2 古菌分子生物學(xué)特征分析68-72
• 5.4 本章小結(jié)72-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻(xiàn)76-83
• 個(gè)人簡(jiǎn)介83-84
• 導(dǎo)師簡(jiǎn)介84-85
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果85-86
• 致謝86

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