剩余污泥減量化污水處理工藝及微生物群落特征研究

【摘要】： 以活性污泥和生物膜為代表的污水生物處理以高效低耗的突出優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于城市污水和工業(yè)廢水處理。然而,產(chǎn)生大量剩余污泥以及高昂的污泥處理費(fèi)用已成為污水生物處理技術(shù)最大弊端之一。因此,如何從根本上解決剩余污泥問題已成為當(dāng)今環(huán)境工程界面臨的挑戰(zhàn)。在污水處理過程中減少剩余污泥排放,從源頭上降低剩余污泥產(chǎn)量的各種污泥減量技術(shù)已成為廢水生物處理研究的熱點(diǎn)和發(fā)展方向。具有代表性的好氧-沉淀-厭氧(OSA)工藝在傳統(tǒng)活性污泥工藝污泥回流段增加污泥厭氧環(huán)節(jié),不需要添加任何化學(xué)藥劑和貴重設(shè)備,有利于降低運(yùn)行和投資成本,符合可持續(xù)污水處理模式,具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。 本論文系統(tǒng)研究了好氧-沉淀-厭氧工藝污水處理效能和污泥減量效果以及影響因素,探索了工藝污泥減量機(jī)制,首次利用變性梯度凝膠電泳(DGGE)技術(shù)和熒光原位(FISH)技術(shù)分析了OSA工藝微生物種群特征、多樣性以及運(yùn)行條件變化對(duì)優(yōu)勢(shì)種群更替的影響。開發(fā)了具有內(nèi)源反硝化除磷功能的污泥減量新工藝,探討了內(nèi)源反硝化除磷污泥減量新工藝污水處理效能和污泥減量效果以及相關(guān)的影響因子,著重對(duì)工藝反硝化除磷效能和特征進(jìn)行了分析和研究,并利用DGGE和FISH技術(shù)從微生物生態(tài)學(xué)角度探討了微生物種群特征與工藝處理效能間的關(guān)系。 以傳統(tǒng)活性污泥(CAS)工藝為參照,在分析探討厭氧-沉淀-好氧(OSA)工藝污泥減量和污水處理效能以及相關(guān)影響因子的基礎(chǔ)上,著重研究了OSA工藝污泥減量的內(nèi)在控制機(jī)制。研究結(jié)果表明,由于微生物維持代謝和內(nèi)源代謝增加引起的污泥衰減和慢速生長(zhǎng)微生物是OSA工藝污泥減量的主要原因,其中大約2/3的污泥減量是由污泥衰減引起的,慢速生長(zhǎng)微生物對(duì)OSA工藝污泥減量的貢獻(xiàn)為23%左右;10%左右污泥減量是由能量解偶聯(lián)機(jī)制引起的。 利用DGGE和FISH技術(shù)對(duì)OSA工藝微生物種群多樣性和群落特征進(jìn)行研究分析,得到OSA工藝微生物種群多樣性比CAS工藝更加豐富,增加有機(jī)負(fù)荷和廢水水質(zhì)復(fù)雜化都會(huì)使微生物種群多樣性增加,但優(yōu)勢(shì)微生物群落基本不受影響,OSA工藝微生物群落結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的這一特點(diǎn)決定了OSA工藝具有良好穩(wěn)定的運(yùn)行效能。從DGGE優(yōu)勢(shì)條帶中分離到的11個(gè)優(yōu)勢(shì)菌與GenBank中已有微生種屬比對(duì)發(fā)現(xiàn),其中7個(gè)優(yōu)勢(shì)菌與GenBank統(tǒng)計(jì)的在反硝化污泥、EBPR污泥中出現(xiàn)的種屬相似性非常高,表明OSA工藝中插入污泥厭氧池為內(nèi)源反硝化菌和生物聚磷菌創(chuàng)造有利的生長(zhǎng)條件。系統(tǒng)進(jìn)化樹分析結(jié)果表明,β-proteobacteria種屬的微生物是OSA污泥系統(tǒng)的主要種群。 開發(fā)了內(nèi)源反硝化除磷污泥減量工藝,在好氧池有機(jī)負(fù)荷Ns約為0.87 kgCOD/kgMLSS·d,系統(tǒng)污泥回流比為25%,反硝化污泥回流比為35%的條件下穩(wěn)定運(yùn)行,污泥產(chǎn)量為4.78g/d,污泥產(chǎn)率為0.30gMLSS/gCOD,COD平均去除率為90%,NH4+-N、TN的去除率分別穩(wěn)定在86%和84%左右,TP去除率達(dá)到80%左右。內(nèi)源反硝化除磷工藝中缺氧反硝化聚污泥約占總聚磷污泥的35%~44%。提高SRT,可提高生物吸磷效率,增加污泥中磷含量,這一定程度上緩解了剩余污泥排放量和TP去除率之間的矛盾。 利用DGGE技術(shù),對(duì)代表性優(yōu)勢(shì)條帶測(cè)序相似性比對(duì),并構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹,分析內(nèi)源反硝化除磷工藝微生物群落特征。內(nèi)源反硝化除磷工藝中的微生物主要由α-proteobacteria、β-proteobacteria、γ-proteobacteria、CFB-group bacteria、low G+C gram-positive bacteria五大菌群構(gòu)成,其中β-proteobacteria種屬的微生物在整個(gè)工藝微生物菌群數(shù)量中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),達(dá)到48%左右。以DAPI為背景,用PAOmix探針FISH雜交證實(shí)了聚磷菌在內(nèi)源反硝化除磷工藝缺氧污泥和厭氧污泥中都占有優(yōu)勢(shì),分別占微生物總量的40%和33%左右。 【關(guān)鍵詞】：污泥減量 好氧-沉淀-厭氧工藝 內(nèi)源反硝化除磷工藝 生物除磷 DG-DGGE FISH
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X703.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-19
• 第1章 緒論19-37
• 1.1 污泥減量化技術(shù)的理論基礎(chǔ)20-22
• 1.1.1 維持代謝和內(nèi)源呼吸污泥減量理論20-21
• 1.1.2 解偶聯(lián)代謝理論21
• 1.1.3 溶胞-隱性生長(zhǎng)理論21-22
• 1.1.4 生物捕食理論22
• 1.2 基于維持代謝和內(nèi)源呼吸理論的污泥減量工藝研究現(xiàn)狀22-24
• 1.2.1 高溶解氧工藝22-23
• 1.2.2 提高污泥停留時(shí)間的相關(guān)工藝23
• 1.2.3 好氧-沉淀-厭氧（OSA）污泥減量工藝23-24
• 1.3 能量解偶聯(lián)污泥減量技術(shù)研究現(xiàn)狀24-26
• 1.3.1 投加化學(xué)解偶聯(lián)劑工藝24-25
• 1.3.2 高S_0/X_0比工藝25-26
• 1.4 溶胞-隱性生長(zhǎng)污泥減量技術(shù)研究現(xiàn)狀26-29
• 1.4.1 化學(xué)溶胞技術(shù)26-28
• 1.4.2 物理溶胞技術(shù)28-29
• 1.4.3 生物溶胞技術(shù)29
• 1.5 生物捕食污泥減量技術(shù)研究現(xiàn)狀29-31
• 1.6 PCR-DGGE和FISH技術(shù)在環(huán)境生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用31-34
• 1.6.1 DGGE應(yīng)用于分析環(huán)境微生物31-33
• 1.6.2 FISH在環(huán)境微生物生態(tài)學(xué)解析中的應(yīng)用33-34
• 1.7 研究目的意義和主要研究?jī)?nèi)容34-37
• 1.7.1 研究目的和意義34-36
• 1.7.2 主要研究?jī)?nèi)容36-37
• 第2章 材料與方法37-54
• 2.1 實(shí)驗(yàn)廢水水質(zhì)37-38
• 2.2 主要儀器和常規(guī)分析檢測(cè)方法38-40
• 2.2.1 主要儀器設(shè)備38-39
• 2.2.2 水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)及方法39
• 2.2.3 污泥性能的檢測(cè)指標(biāo)及方法39-40
• 2.3 微生物相分析方法40-42
• 2.3.1 光學(xué)顯微鏡鏡檢方法40-41
• 2.3.2 平板菌落計(jì)數(shù)法41
• 2.3.3 微生物染色法41-42
• 2.4 提取污泥中的總DNA42-44
• 2.4.1 污泥預(yù)處理43
• 2.4.2 污泥中總DNA的提取43-44
• 2.4.3 總DNA的含量和純度分析44
• 2.4.4 總DNA純化44
• 2.5 聚合酶鏈反應(yīng)-變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)44-48
• 2.5.1 16S rDNA-PCR擴(kuò)增44-45
• 2.5.2 DG-DGGE45-48
• 2.5.3 DGGE條帶回收和重新擴(kuò)增48
• 2.5.4 DGGE條帶的克隆和轉(zhuǎn)化48
• 2.5.5 DGGE條帶測(cè)序和同源性比較48
• 2.6 熒光原位雜交(FISH)48-54
• 2.6.1 FISH雜交緩沖液和雜交洗脫液的配制49-50
• 2.6.2 污泥樣品預(yù)處理50-51
• 2.6.3 顯微鏡玻片的準(zhǔn)備51
• 2.6.4 樣品固定51
• 2.6.5 雜交探針51-52
• 2.6.6 FISH雜交52-54
• 第3章 好氧-沉淀-厭氧工藝污泥減量效果及機(jī)制54-83
• 3.1 反應(yīng)器運(yùn)行啟動(dòng)54-56
• 3.1.1 連續(xù)流實(shí)驗(yàn)運(yùn)行條件54-55
• 3.1.2 間歇實(shí)驗(yàn)運(yùn)行條件55-56
• 3.2 OSA工藝污泥減量效果研究56-57
• 3.3 OSA工藝污水處理效果及污泥性能的影響57-62
• 3.3.1 污水處理效果57-60
• 3.3.2 對(duì)污泥性能和污泥活性的影響60-62
• 3.4 OSA系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷效果62-65
• 3.4.1 溫度波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響62-63
• 3.4.2 對(duì)硝基苯酚對(duì)系統(tǒng)沖擊的影響63-65
• 3.5 OSA工藝污泥減量影響因素及系統(tǒng)運(yùn)行效能的影響65-72
• 3.5.1 間歇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)65
• 3.5.2 ORP對(duì)污泥產(chǎn)率的影響65-68
• 3.5.3 回流比R對(duì)污泥產(chǎn)率的影響68-69
• 3.5.4 厭氧污泥停留時(shí)間和厭氧污泥濃度69-70
• 3.5.5 有機(jī)負(fù)荷對(duì)污泥產(chǎn)率的影響70-72
• 3.5.6 廢水水質(zhì)類型對(duì)污泥產(chǎn)率的影響72
• 3.6 OSA工藝污泥減量機(jī)制72-81
• 3.6.1 間歇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)72-73
• 3.6.2 污泥衰減73-78
• 3.6.3 能量解偶聯(lián)78-79
• 3.6.4 低污泥產(chǎn)率厭氧反應(yīng)79-81
• 3.7 本章小結(jié)81-83
• 第4章 好氧-沉淀-厭氧工藝微生物的群落結(jié)構(gòu)83-107
• 4.1 污泥微生物群落的主要影響因素83-85
• 4.1.1 微生物代謝選擇的影響84
• 4.1.2 動(dòng)力學(xué)選擇的影響84
• 4.1.3 物理性選擇的影響84
• 4.1.4 工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式對(duì)微生物選擇的影響84-85
• 4.2 OSA污泥和CAS污泥生物相及污泥特征85-88
• 4.3 活性污泥總DNA提取結(jié)果分析88-89
• 4.4 16S rRNA-PCR產(chǎn)物分析89-90
• 4.5 DG-DGGE微生物多樣性探討90-95
• 4.5.1 OSA和CAS工藝污泥微生物多樣性90-92
• 4.5.2 有機(jī)負(fù)荷對(duì)微生物群落多樣性的影響92-93
• 4.5.3 廢水種類對(duì)微生物群落多樣性的影響93-95
• 4.6 DG-DGGE微生物群落結(jié)構(gòu)和功能微生物解析95-97
• 4.7 原位微生物群落結(jié)構(gòu)和功能解析97-103
• 4.7.1 PHB染色和DAPI染色結(jié)果分析98-100
• 4.7.2 熒光原位雜交結(jié)果分析100-103
• 4.8 污泥特征與系統(tǒng)污水處理效能間的關(guān)系103-105
• 4.9 OSA污泥減量工藝的特點(diǎn)與不足105
• 4.10 本章小結(jié)105-107
• 第5章 內(nèi)源反硝化除磷污泥減量工藝107-131
• 5.1 內(nèi)源反硝化除磷污泥減量工藝流程和系統(tǒng)啟動(dòng)107-113
• 5.1.1 內(nèi)源反硝化工藝流程107-109
• 5.1.2 內(nèi)源反硝化工藝特征109
• 5.1.3 系統(tǒng)污泥培養(yǎng)及反應(yīng)器啟動(dòng)109-113
• 5.2 內(nèi)源反硝化除磷工藝穩(wěn)定運(yùn)行效果113-120
• 5.2.1 內(nèi)源反硝化除磷工藝污泥產(chǎn)率113-115
• 5.2.2 內(nèi)源反硝化除磷工藝污水處理效能115-118
• 5.2.3 內(nèi)源反硝化除磷工藝污泥性能118-120
• 5.3 內(nèi)源反硝化除磷污泥減量工藝的影響因素120-129
• 5.3.1 SRT對(duì)內(nèi)源反硝化工藝的影響120-122
• 5.3.2 污泥回流比對(duì)內(nèi)源反硝化工藝的影響122-126
• 5.3.3 pH值對(duì)內(nèi)源反硝化效果的影響126-128
• 5.3.4 碳源類型對(duì)內(nèi)源反硝化效果的影響128-129
• 5.4 本章小結(jié)129-131
• 第6章 內(nèi)源反硝化除磷污泥減量工藝微生物群落結(jié)構(gòu)和功能分析131-153
• 6.1 內(nèi)源反硝化除磷工藝污泥特征132-134
• 6.2 內(nèi)源反硝化除磷工藝微生物染色結(jié)果分析134-139
• 6.2.1 聚磷菌PHB染色結(jié)果分析135-136
• 6.2.2 Poly-P顆粒染色結(jié)果分析136-139
• 6.3 內(nèi)源反硝化除磷工藝DG-DGGE微生物多樣性解析139-148
• 6.3.1 污泥總DNA的提取和PCR擴(kuò)增結(jié)果分析139
• 6.3.2 DG-DGGE微生物多樣性解析139-143
• 6.3.3 DG-DGGE微生物群落結(jié)構(gòu)和功能微生物解析143-148
• 6.4 FISH分析內(nèi)源反硝化除磷工藝微生物群落結(jié)構(gòu)148-151
• 6.5 本章小結(jié)151-153
• 結(jié)論153-155
• 參考文獻(xiàn)155-169
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文169-171
• 致謝171-172
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷172

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SBBR單級(jí)自養(yǎng)脫氮工藝及其微生態(tài)特性研究    秦宇

中溫兩相厭氧消化處理低有機(jī)質(zhì)剩余污泥效能研究    張立國(guó)

剩余污泥作為低碳氮比生活污水補(bǔ)充碳源的脫氮試驗(yàn)研究    曹艷曉

曝氣生物濾池處理城市生活污水的特性研究及工藝改良    邱珊

曝氣生物濾池處理城市污水的主要影響因素及細(xì)菌多樣性研究    竇娜莎

微型后生動(dòng)物污泥減量效果試驗(yàn)研究    張恒

食品廢棄物和剩余污泥聯(lián)合發(fā)酵產(chǎn)酸耦合活性污泥合成聚羥基烷酯的研究    吳海云

EBPR系統(tǒng)PAOs與GAOs相互競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制研究    鐘曉

污水廠剩余污泥水解酸化產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的試驗(yàn)研究    卓英蓮

污泥厭氧消化系統(tǒng)的水力特性及流態(tài)模擬研究    杜金海

蚯蚓與污水土地處理試驗(yàn)研究    吉方英,羅固源,周健,劉鴻霞

污泥減量技術(shù)的研究及其應(yīng)用    魏源送,樊耀波

反硝化除磷理論、工藝及影響因素    王亞宜,彭永臻,王淑瑩,李勇智,潘綿立

城鎮(zhèn)污水處理最佳實(shí)用技術(shù)新進(jìn)展    俞庭康,楊健

利用填埋層內(nèi)生物代謝控制生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液污染    鄒廬泉,何品晶,邵立明,李國(guó)建

乙酸鈉為碳源時(shí)進(jìn)水COD和總磷對(duì)生物除磷的影響    阮文權(quán),鄒華,陳堅(jiān)

污泥減量技術(shù)    王琳,王寶貞

大旱后對(duì)城市缺水的思考    鮑憲枝,王佐潔,周向爭(zhēng),周彤

直接進(jìn)樣—?dú)庀嗌V法分析發(fā)酵液中的脂肪酸    齊鳳蘭,韓英素,趙金海

氣相色譜法快速測(cè)定白酒與發(fā)酵液中的低沸點(diǎn)有機(jī)酸    胡家元,李家明

淺談污泥處理技術(shù)    趙宇,王曉飛

城市污泥的處理及污泥制活性炭的研究現(xiàn)狀    于遵;任愛玲;

污水處理廠污泥的集中式處理與利用    郝桂珍;李社紅;吳永強(qiáng);

污泥好氧消化工藝的分析與研究    張崢嶸;黃少斌;

歐洲固廢管理與污泥處理處置的現(xiàn)狀分析    王宗德;

我國(guó)中小型污水處理廠污泥的處理、處置研究——兼論仙居縣污水處理廠污泥處理方案的選擇    楊俊琦;

農(nóng)村城鎮(zhèn)污泥處理和農(nóng)用技術(shù)規(guī)程    彭智平;李文英;黃繼川;于俊紅;楊林香;

國(guó)家發(fā)改委辦公廳、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳發(fā)出通知:加強(qiáng)污泥處理處置工作 組織實(shí)施示范項(xiàng)目    

石油化工污泥處理技術(shù)的新發(fā)展    孫華;滕宇欣;

中國(guó)制革污水、污泥處理的現(xiàn)狀分析    丁紹蘭,章川波,俞從正

城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理和處置的關(guān)系    唐建國(guó);

污泥處理過程中的物質(zhì)與能量流分析    張健;

城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理和處置的關(guān)系    唐建國(guó);

污泥加鈣二級(jí)處理的工藝基礎(chǔ)與應(yīng)用    張健;章菁;U.Leidel;高世寶;

利用煙氣余熱無害化、減量化、資源化處理印染污泥    翁煥新;馬學(xué)文;蘇閩華;孫峰;

冷軋不銹鋼板帶生產(chǎn)過程酸洗污泥的處理與利用    趙俊學(xué);李小明;曾媛;李菲;

鄭州市污泥處理處置技術(shù)路線探討    汪立飛;

我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置工作中存在的主要問題與對(duì)策初探    王賢圣;王林;

上海市白龍港污泥處理工程污泥液、回用水處理系統(tǒng)工藝技術(shù)    胡維杰;

污泥改性深度脫水推進(jìn)資源化利用    王煦;

破解污泥處理題    記者 楊永芹

杭州污泥處理技術(shù)通過鑒定    錢江

年內(nèi),讓污泥變沃土    記者 彭磊　實(shí)習(xí)生 欒方 通訊員 胡信

污泥有望變水泥    通訊員 劉莉婭　記者 肖瓊

化工行業(yè)應(yīng)為污泥處理找出路    本報(bào)記者 吳金慧

可年處理有害污泥54萬噸    記者 趙維光

污泥轉(zhuǎn)為全封閉處理    本報(bào)記者 蔡新華

杭州大力推進(jìn)污泥處理處置工作    周兆木

新鮮!污泥里面提取蛋白    記者 孫剛　蘇曉梅

污泥變身工業(yè)蛋白市場(chǎng)前景廣闊    記者李青 見習(xí)記者吳熹

紙漿污泥纖維素酶水解糖化與增效工藝及機(jī)理的研究    呂健

污泥混煤燃燒熱解特性及其灰渣熔融性實(shí)驗(yàn)研究    劉亮

污泥生物凈化與土壤化利用技術(shù)研究    王布勻

基于節(jié)能減排的改良型氧化溝流場(chǎng)優(yōu)化與污泥制備建材的探索    楊曉

~60Coγ-ray/H_2O_2法與化學(xué)法對(duì)污泥蛋白發(fā)泡液性能的改善研究    相玉琳

污泥吸附除磷脫氮工藝及其數(shù)學(xué)模型研究    李昂

市政污泥熱解減排技術(shù)的研究    李鋼

城市生活污泥的蚯蚓堆肥特性及其對(duì)植物生長(zhǎng)的影響    徐軼群

污泥間接式干化機(jī)理及處置過程中污染物排放特性研究    鄧文義

復(fù)合硫桿菌與MT基因工程菌對(duì)污泥重金屬的聯(lián)合生物淋濾    張弛

污泥污染土壤中接種AM真菌對(duì)紫云英生長(zhǎng)及重金屬吸收的影響    費(fèi)云舟

小球藻處理生活污水及污泥提取液的試驗(yàn)研究    司建偉

紫穗槐幼苗在污泥影響下的生理特征與重金屬吸收特征研究    張燦

生物淋濾法去除污泥中重金屬的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究    劉麗芳

污泥農(nóng)用對(duì)作物生長(zhǎng)和土壤重金屬累積影響的研究    康少杰

污泥溶胞一水解酸化-CAS減量工藝中試設(shè)計(jì)及研究    郭幸麗

生物毒性測(cè)試法的研究與應(yīng)用    陳月華

新型填料—污泥粉煤灰陶粒在生物濾池中處理合成廢水的效果研究    韓術(shù)鑫

殼聚糖接枝共聚污泥脫水劑的制備及污泥脫水性能    高明

污泥固化和焚燒及其重金屬浸出的試驗(yàn)研究    鄒升升