短程反硝化除磷菌篩選與富集及其影響因素的研究-畢業(yè)論文

1、<p><b>　　仲愷農(nóng)業(yè)技術(shù)學(xué)院</b></p><p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　論文題目 短程反硝化除磷菌篩選與富集及其影響因素的研究</p><p>　　姓 名 </p><p>　　院（系） 資源環(huán)境與工程系</p><p>&

2、lt;b>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) </b></p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p><b>　　指導(dǎo)教師 </b></p><p>　　職 稱(chēng) </p><p>　　論文答辯日期 年 月 日</p><p>　　仲愷農(nóng)業(yè)技術(shù)學(xué)院教

3、務(wù)處制</p><p>　　摘要：采用動(dòng)態(tài)SBR反應(yīng)器，在厭、缺氧交替環(huán)境對(duì)以亞硝酸鹽為電子受體的反硝化除磷菌（Denitrifying Phosphorus removing Bacteria，簡(jiǎn)稱(chēng)DPB）篩選和富集，分析了亞硝酸鹽濃度及其投加方式對(duì)反硝化聚磷過(guò)程的影響。結(jié)果表明，該種反硝化聚磷菌存在于傳統(tǒng)污水處理工藝的活性污泥中。經(jīng)過(guò)3個(gè)階段的篩選和富集，在穩(wěn)定運(yùn)行的反硝化除磷體系具備良好的同步反硝化除磷性能

4、。體系的出水濃度穩(wěn)定在1mg/L左右，除磷、脫氮的效率分別在90％、96％以上；在缺氧的環(huán)境中，控制氮與磷的濃度比例為2：1、采用流加的方式向體系中投加亞硝酸鹽，反硝化除磷的效果最佳。</p><p>　　關(guān)鍵詞∶SBR 反硝化除磷 反硝化除磷菌（DPB） 亞硝酸鹽</p><p><b>　　1.前言 </b></p><p>　　廢水

5、中的磷和氮可以通過(guò)強(qiáng)化生物除磷體系去除，良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益使其具有廣泛的應(yīng)用前景。強(qiáng)化生物除磷體系在缺氧條件下，利用反硝化聚磷菌（即DPB）的生理代謝，實(shí)現(xiàn)同時(shí)反硝化脫氮與生物除磷的目的。國(guó)內(nèi)關(guān)于利用強(qiáng)化生物除磷脫氮的研究多集中于實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)理論研究，其反硝化除磷一般控制在利用硝酸鹽為電子受體的水平[1，2]。國(guó)外，南非開(kāi)普頓大學(xué)[3]、荷蘭代爾夫工業(yè)大學(xué)和日本東京大學(xué)[4-10]的研究人員也展開(kāi)了反硝化除磷領(lǐng)域的研究。Meinhold

6、[11]和Lee[12]等人研究了亞硝酸鹽對(duì)反硝化除磷過(guò)程中的影。Hu J Y等人[13]比較了以氧氣、硝酸鹽氮?dú)夂蛠喯跛猁}氮為電子受體的反硝化除磷效果，提出以利用亞硝酸鹽為電子受體完成反硝化除磷過(guò)程，在解決反硝化過(guò)程和除磷過(guò)程對(duì)污水中COD爭(zhēng)奪問(wèn)題同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了短程反硝化除磷目的。這樣既節(jié)省炭源，又降低耗氧量和剩余污泥量。本研究試驗(yàn)用泥是取自某實(shí)際污水處理廠(chǎng)生物反應(yīng)池厭氧段中段的污泥。采用SBR反應(yīng)器和靜態(tài)厭/好氧裝置、靜態(tài)厭/缺氧裝

7、置，以亞硝酸鹽為電子受體進(jìn)行反硝化除磷磷試驗(yàn)。詳細(xì)研究了反硝化聚磷菌的篩選與富集方法，同時(shí)研究亞硝酸鹽濃度、投加方式</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)材料與方法</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)用水</b></p><p>　　1.1.1 SBR動(dòng)態(tài)反應(yīng)器</p><p>　　實(shí)驗(yàn)

8、采用SBR動(dòng)態(tài)反應(yīng)器（不曝，氣裝置內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌使活性污泥混合均勻），高45厘米，直徑33厘米。有效容積35L(見(jiàn)圖1)。</p><p>　　1.1.2吸放磷裝置</p><p>　　靜態(tài)厭/好氧裝置(見(jiàn)圖2)</p><p>　　靜態(tài)厭/缺氧裝置(見(jiàn)圖3)</p><p>　　實(shí)驗(yàn)采用人工合成模擬廢水（表 1）</p><

9、;p>　　表1 實(shí)驗(yàn)?zāi)M廢水成分</p><p>　　Table 1 waste water composition used during the experimental period</p><p>　　為了把水中過(guò)多的溶解氧排除從而得到更佳的厭（缺）氧效果，試驗(yàn)用水均采用煮沸的自來(lái)水，廢水中COD和磷的濃度通過(guò)不同的乙酸鈉和磷酸氫二鉀的投加量來(lái)控制。缺氧段根據(jù)需要投加不同濃

10、度的亞硝酸鹽作為反硝化反應(yīng)的電子受體。其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備見(jiàn)表2</p><p><b>　　表2設(shè)備詳細(xì)資料表</b></p><p>　　Table2 Detail Information About the Equipment</p><p>　　表3 試劑詳細(xì)資料表</p><p>　　Table.3 Detail In

11、formation About the Agents</p><p>　　1.2實(shí)驗(yàn)方法和步驟</p><p>　　實(shí)驗(yàn)用活性污泥取自某污水處理廠(chǎng)生物反應(yīng)池厭氧段中段的污泥（MLSS為3500mg/L，SV為25.6％）。實(shí)驗(yàn)分為3個(gè)階段對(duì)可以利用亞硝酸鹽的反硝化聚磷菌在室溫（25～26。C）進(jìn)行選擇和富集。第一階段以，厭氧/好氧方式啟動(dòng)運(yùn)行（污泥濃度為3500～4000 mg/L，泥齡控

12、制在8天左右，好氧ORP控制在80-100mV，厭氧ORP控制在-150－-220mV），每天運(yùn)行4周期，每個(gè)周期6小時(shí)（包括厭氧3小時(shí)、好氧2小時(shí)、其它約1小時(shí)），共運(yùn)行20周期。目的是使系統(tǒng)中的活性污泥中在此條件下具有高效的好氧除磷效果污泥。第二階段采用厭氧/缺氧方式運(yùn)行，每天運(yùn)行3周期，每個(gè)周期8小時(shí)（包括厭氧3小時(shí)、缺氧4小時(shí)、洗泥及其它約1小時(shí)，缺氧ORP控制在-100－-150mV，厭氧ORP控制在-150－-220mV））

13、，共運(yùn)行103周期。該階段的目的是對(duì)反硝化聚磷菌進(jìn)行選擇和富集。進(jìn)入缺氧階段時(shí)系統(tǒng)內(nèi)氮源磷源的投加量按N:P=2:1［1］投加。第二階段污泥濃度為3500～4000 mg/L，污泥齡控制在16天左右。第三階段采用厭氧/缺氧/沉淀運(yùn)行方式，污泥濃度為3500～4000 mg/L泥齡控制</p><p><b>　　1.3實(shí)驗(yàn)分析方法</b></p><p>　　PO43

14、—-P采用鉬銻抗分光光度法;</p><p>　　NO2—N采用N-(1-萘基)－乙二胺光度法；</p><p>　　MLSS采用濾紙重量法；</p><p>　　COD采用快速測(cè)定法</p><p>　　ORP采用TS-2手提式氧化還原電位儀</p><p><b>　　2、結(jié)果與討論</b>&

15、lt;/p><p>　　2.1第一階段聚磷菌的活化以及磷酸鹽去除率的變化</p><p>　　由圖4可知，經(jīng)過(guò)四天的反應(yīng)，體系在厭氧/好氧交替方式下運(yùn)行，厭氧3小時(shí)后，體系中磷的濃度上升到29.01 mg/L，吐磷速率為2.19 mg/（h*MLSS）。厭氧反應(yīng)過(guò)程中體系在氧化還原電位為-180 mV左右運(yùn)行。好氧條件下，聚磷菌有良好的好氧吸磷性能，經(jīng)過(guò)2小時(shí)的好氧反應(yīng)，磷濃度下降到2.47

16、mg/L，去除率為91.47％，好氧吸磷速率為2.53 mg/（h*MLSS）。系統(tǒng)中的活性污泥中在此條件下具有高效的好氧除磷效果污泥。 </p><p>　　2.2以亞硝酸鹽為電子受體的反硝化除磷菌的篩選與富集</p><p>　　2.2．1第二階段反硝化聚磷菌的篩選與富集</p><p>　　經(jīng)過(guò)第一階段的厭氧/好氧培養(yǎng)后，體系具有良好的好氧吸磷的性能。進(jìn)入第二

17、階段，對(duì)能夠利用亞硝酸鹽的反硝化聚磷菌進(jìn)行篩選與富集，這是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。</p><p>　　由圖5可知，在第二階段，PO43—P的去除效果不斷提高，當(dāng)體系運(yùn)行到第34天，磷的去除率達(dá)78.37％，出水PO43—P的濃度低至3.2mg/L，運(yùn)行效果良好。這證明體系中的反硝化聚磷菌能夠利用對(duì)微生物有毒害作用的亞硝酸鹽作為電子受體，實(shí)現(xiàn)同步的反硝化聚磷。特別指出的是第10、12、22天，出現(xiàn)除磷效果不升反降的情況，

18、這是由于雖然在厭氧結(jié)束后經(jīng)過(guò)排水沉淀，但缺氧段開(kāi)始時(shí)，體系中仍然殘留一定量的COD，濃度均在50mg/L以上，這部分COD與亞硝酸鹽同時(shí)存在，反硝化菌優(yōu)先利用殘余的COD進(jìn)行反硝化反應(yīng)，影響除磷效果，這一現(xiàn)象與李志勇發(fā)表的情況相符［2］。在第16、17、18、32天，除磷率的提升速度有所放緩，數(shù)據(jù)顯示該些天缺氧段開(kāi)始時(shí)COD的濃度分別為20.6、23.8、25.1、25.2mg/L，這部分COD同樣會(huì)與亞硝酸鹽競(jìng)爭(zhēng)電子供體，對(duì)反硝化聚磷

19、帶來(lái)不利影響。其他運(yùn)行的時(shí)間里，缺氧段的COD濃度均在10 mg/L左右，除磷率表現(xiàn)出較快的提高速度。</p><p>　　如圖6所示，當(dāng)?shù)诙A段結(jié)束，體系已經(jīng)有良好的同步反硝化除磷的性能。具體表現(xiàn)為，缺氧段開(kāi)始，以15mg/L的濃度向體系中投加亞硝酸鹽，10分鐘后，氮和磷的濃度分別下降到6.27mg/L和 12.42mg/L，反硝化和除磷的速率分別是2.26、0.25 mg/（h*MLSS），體系的反硝化除磷的

20、效率較高。經(jīng)過(guò)4小時(shí)充分的缺氧吸磷，體系中磷的濃度下降到3.24 mg/L，缺氧吸磷速率為1.12 mg/（h*MLSS），除磷率和脫氮率分別達(dá)到78.37％和93.91％。</p><p>　　由圖7可知，經(jīng)過(guò)3小時(shí)的厭氧反應(yīng)，體系的氧化還原電位達(dá)到-217mV，體系保持良好的厭氧運(yùn)行狀態(tài)。在投加硝酸鹽后，由于電子受體存在，ORP有所升高，缺氧段氧化還原電位穩(wěn)定在-150 mV左右，表明體系在缺氧環(huán)境運(yùn)行。&l

21、t;/p><p>　　綜上所述，缺氧條件下一定濃度的COD對(duì)反硝化除磷過(guò)程有不利的影響。經(jīng)過(guò)第二階段的篩選與富集，反硝化除磷體系在厭氧/缺氧條件下已經(jīng)具有較好的反硝化除磷效果。反硝化及除磷效果分別有78.37％和93.91％</p><p>　　2.2．2第三階段反硝化聚磷菌的篩選與富集</p><p>　　由圖8可知，經(jīng)過(guò)3小時(shí)的厭氧，體系中磷的濃度為15.44mg/

22、L，吐磷速率為1.47 mgP/（h*MLSS），COD全部消耗完。厭氧結(jié)束后加入亞硝酸鹽，使缺氧段開(kāi)始使亞硝態(tài)氮的濃度為30 mg/L。同步的反硝化聚磷在體系中發(fā)生，經(jīng)4.5小時(shí)的缺氧反應(yīng)，NO2-N和PO43—P的濃度分別下降到1.03mg/L和 1.16mg/L，反硝化和除磷的速率分別是2.76、1.36 mgP/（h*MLSS），體系的反硝化除磷的效率較高。NO2-N和PO43—P去除率分別96.55％和92.44％。</

23、p><p>　　又如圖9所示，在第三階段的篩選富集過(guò)程中，PO43—P的去除率不斷升高，從第三階段初始的43.71％上升到該階段結(jié)束的92.44％。出水濃度在1mg/L左右。體系具有良好的反硝化除磷性能。</p><p>　　值得注意的是，該階段初始PO43—P的去除率只有43.71％，較第二階段結(jié)束的78.27％低，其原因是，第三階段初期，反硝化除磷菌處于一個(gè)對(duì)殘余COD的適應(yīng)期，去除率因殘

24、余的COD有所下降。</p><p>　　綜上所述，經(jīng)過(guò)第三階段的篩選與富集，體系能在低濃度COD的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，基本解決反硝化與生物脫氮對(duì)COD的競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)完成反硝化除磷過(guò)程，NO2-N和PO43—P去除率分別達(dá)到96.55％和92.44％，出水PO43—P濃度在1mg/L左右。具有較高的反硝化除磷性能。</p><p>　　2.3 第一階段和第二階段馴化后的活性污泥在好氧、缺氧條件下

25、的吸磷比較</p><p>　　Wachtmeister 和Meinhold認(rèn)為，缺氧吸磷和好氧吸磷速率的比值能夠反映反硝化聚磷菌與全部聚磷菌的數(shù)量比例［4］。通過(guò)這個(gè)方法分別對(duì)第二階段和第三階段開(kāi)始時(shí)體系中的反硝化聚磷菌的數(shù)量作估計(jì)，以考察反硝化聚磷菌富集的效果。</p><p>　　厭氧結(jié)束后，把污泥平均分成兩份，分別置與容積相同的兩個(gè)靜態(tài)反應(yīng)器中。其中一份在好氧條件下運(yùn)行，另外一份投

26、加亞硝酸鹽作為電子受體在缺氧條件中運(yùn)行。</p><p>　　2.3.1在進(jìn)入第二階段前，將經(jīng)過(guò)第一階段訓(xùn)化的活性污泥進(jìn)行缺氧吸磷測(cè)試試驗(yàn)。</p><p>　　由圖10可知，，體系中磷的濃度為25mg/L，吐磷速率為1.81 mgP/（h*MLSS）。在好氧環(huán)境中運(yùn)行的反應(yīng)器中出現(xiàn)了良好的好氧吸磷性能，經(jīng)過(guò)4.5小時(shí)的好氧吸磷，體系中的PO43—P濃度下降到1.1mg/L，好氧吸磷的速率

27、為1.77 mg/h，出水PO43—P濃度為1.10 mg/L，去除率到達(dá)95.6％；而在缺氧條件運(yùn)行的反應(yīng)器，體系在缺氧結(jié)束后濃度為19 mg/L，有6 mg/L的磷被吸收，反硝化吸磷的速率為0.44 mgP/（h*MLSS）。反硝化除磷菌占全部聚磷菌的比例為24.5％，這說(shuō)明反硝化除磷菌在厭氧/好氧的運(yùn)行中已存在，不過(guò)數(shù)量較少，未成為優(yōu)勢(shì)菌群</p><p>　　2.3.2在進(jìn)入第三階段前，對(duì)經(jīng)第二階段馴化的

28、活性污泥進(jìn)行相同的試驗(yàn)</p><p>　　圖10可知，經(jīng)過(guò)第二階段馴化后的活性污泥在好氧的條件下仍然有良好的好氧吸磷性能，好氧吸磷速率為0.66 mg/h，去除率達(dá)79.5％。比第一階段馴化后的91.47％降低12％，這有可能因?yàn)楹醚醴磻?yīng)中，曝氣量不夠。這說(shuō)明以亞硝酸鹽作為電子受體的反硝化聚磷菌同樣也能夠利用氧作為電子受體。而在缺氧條件運(yùn)行的反應(yīng)器，經(jīng)過(guò)4.5小時(shí)充分缺氧吸磷，體系中磷的濃度從15 mg/L降至

29、3.24 mg/L，反硝化除磷率達(dá)到78.4％，缺氧吸磷速率為1.12 mgP/（h*MLSS），表明體系中反硝化除磷菌占的比例高達(dá)76.57％。高于有關(guān)文獻(xiàn)所報(bào)道的64％［2］</p><p>　　2.4體系運(yùn)行的SV變化</p><p>　　如圖5所示，在整個(gè)第二階段，SV不斷下降，從開(kāi)始的27.6％下降到該階段結(jié)束的9％。這是由于第二階段在厭氧或真缺氧的條件下運(yùn)行，污泥中的絲狀菌不能

30、在該環(huán)境內(nèi)生存，而使活性污泥菌膠團(tuán)難以結(jié)合，泥快變小</p><p>　　2.5 馴化過(guò)程中的影響因素</p><p>　　2.6.1不同濃度亞硝酸鹽氮對(duì)反硝化除磷過(guò)程得影響</p><p>　　維持污泥濃度為3500 mg/L，加入模擬廢水廢水中COD濃度為200 mg/L，磷濃度為6 mg/L。經(jīng)過(guò)3h充分厭氧，體系中磷濃度上升到15.11 mg/L，同時(shí)COD

31、全部被吸收。厭氧放磷結(jié)束后，取相同體積懸浮液分別置于三個(gè)相同的靜態(tài)厭/缺氧裝置中。第一個(gè)裝置中加入亞硝酸鹽氮20 mg/L，第二個(gè)裝置中加入亞硝酸鹽氮30 mg/L，第二個(gè)裝置中加入亞硝酸鹽氮30 mg/L，觀(guān)察缺氧條件中不同濃度亞硝酸鹽氮對(duì)反硝化除磷性能的影響。</p><p>　　如圖13所示，亞硝酸鹽氮濃度為30mg/L時(shí)，缺氧結(jié)束時(shí)體系中磷的濃度為5.14mg/L，有9.98mg/L被吸收，去除率達(dá)66％

32、。體系表現(xiàn)出較好的反硝化除磷性能。亞硝酸鹽氮濃度分別為20、60 mg/L時(shí)，體系中出水磷濃度分別為7.82、7.5 0mg/L，較亞硝酸鹽氮濃度為30mg/L時(shí)高。</p><p>　　由圖14可見(jiàn)，亞硝酸鹽氮初始濃度分別為20、30、60mg/L時(shí)，到缺氧結(jié)束，濃度又分別下降到6.01、14.87、4.23mg/L，亞硝酸鹽氮的去除率分別為70％、83％、75.21％。由此可見(jiàn)亞硝酸鹽氮濃度在30mg/L時(shí)，

33、體系獲得較好的反硝化除磷性能。但應(yīng)該注意到，體系當(dāng)中還存在一定量不能利用亞硝酸鹽氮作為電子受體的反硝化菌，導(dǎo)致在除磷率分別為48.3％、50.4％、66％時(shí)，出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的亞硝酸鹽氮去除率分別為70％、75.21％、83％的反硝化除磷異步現(xiàn)象。綜上所述，亞硝酸鹽氮濃度為30 mg/L時(shí)，體系的反硝化除磷效果最好，最佳的氮/磷投加比例為2/1。</p><p>　　2.6.2 不同投加方式對(duì)反硝化聚磷的影響</

34、p><p>　　在反硝化除磷過(guò)程中，反硝化除磷性能跟亞硝酸鹽的投加方式有關(guān)，試驗(yàn)分兩種情況分析亞硝酸鹽的不同投加方式對(duì)反硝化聚磷的影響。在SBR反應(yīng)器中維持污泥濃度為3500mg/L，加入模擬廢水，經(jīng)3小時(shí)充分厭氧，將一定量混合液平均置于在兩個(gè)相同的靜態(tài)厭/缺氧裝置中。兩個(gè)裝置中初始亞硝酸鹽濃度都為30mg/L，第一個(gè)裝置采用一次性投加，第二個(gè)裝置采用流加1h方式投加亞硝酸鹽。</p><p>

35、;　　試驗(yàn)結(jié)果如圖15、16所示，兩種投加方式的體系都取得了較理想的反硝化除磷效果，出水磷的濃度分別為5.32、3.24 mg/L，出去率分別達(dá)64.53％、78.37％?？梢?jiàn)，采用1h流加的可取得更好的反硝化除磷效果。</p><p><b>　　3、結(jié)論</b></p><p>　　3.1 以亞硝酸鹽為電子受體反硝化聚磷菌存在于傳統(tǒng)的厭氧/好氧運(yùn)行體系中。通過(guò)厭氧

36、/缺氧的運(yùn)行條件能夠篩選及富集到具有反硝化聚磷性能的反硝化聚磷菌。未經(jīng)馴化的運(yùn)行體系中，反硝化聚磷菌占總聚磷菌數(shù)目的24.8％，經(jīng)過(guò)馴化后，體系中的反硝化聚磷菌可以達(dá)到總聚磷菌數(shù)目的98.5％。</p><p>　　3.2穩(wěn)定運(yùn)行的SBR反應(yīng)體系具有良好的反硝化聚磷性能，磷的出水濃度在1 mg/L左右，磷的去除率達(dá)到90％以上。</p><p>　　3.3 缺氧條件下，亞硝酸鹽的濃度及其投

37、加方式對(duì)反硝化聚磷有很大的影響。當(dāng)亞硝酸鹽投加濃度在30 mg/L，與釋磷量組成2：1的比例時(shí)，體系的反硝化聚磷效果最好。同樣的投加濃度，采用1h流加的投加方式能獲得比一次性投加更好的反硝化聚磷效果。</p><p>　　3.4反硝化聚磷菌以亞硝酸鹽為電子受體，使反硝化與聚磷能夠在相同條件下完成，有效解決COD不足的問(wèn)題，降低了污泥產(chǎn)量。同時(shí)反應(yīng)時(shí)間的縮短，使處理負(fù)荷降可以提高，達(dá)到節(jié)能增效的目的。</p&

38、gt;<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，論文終于順利完成，在此非常感謝指導(dǎo)老師周康群老師與劉暉老師對(duì)我實(shí)驗(yàn)理論與實(shí)驗(yàn)過(guò)程的悉心指導(dǎo)，使我從中受益不少；感謝劉潔萍老師在實(shí)驗(yàn)儀器與用品上以及技術(shù)上的大力支持，此論文的完成還得益于本論文小組的全