论文部分内容阅读
运行能耗偏高和反冲洗气水量过大是深床滤池面临的主要问题,减小滤池能耗和反冲洗气水量是重要的研究方向,对降低污水厂滤池运行费用具有重要研究意义。本文针对深床滤池存在的问题,通过降低滤层厚度和选用生物特性良好的轻质滤料来改善其运行性能,提出了改良的生物滤池工艺,命名为“反硝化浅层滤池”(Denitrification Shallow Biofilter,简称DSB)。通过实验获得了 DSB最佳运行参数,分析了 DSB的脱氮机理,并研究了微生物种群结构与丰度的变化规律,建立了反硝化动力学模型,对DSB的设计、研发和应用具有重要意义。本文取得如下主要结果与结论:(1)采用优化接种挂膜法启动DSB具有可行性。通过对接种污泥间歇曝气,然后逐渐降低负荷进行连续培养,启动时间缩短,历时11d启动成功。启动成功后,出水水质满足“一级A”排放标准,COD<20mg/L,TN<1.5mg/L,达到地表水V类水体标准。(2)研究发现DSB最佳C/N为5.04,最佳HRT为0.7h,各污染物的去除90%在第一根滤柱前30cm段内完成,过量碳源对TN去除率无明显影响。HRT对DSB脱氮效能的影响在C/N、HRT和DO三者中占主导。(3)研究发现DSB最佳反冲洗周期为6～7d,反冲洗最佳气冲强度6～8L/(m~2·s)、最佳水冲强度4 L/(m~2·s);最佳反冲洗时间为气冲2 min,气水联合冲洗3 min,水冲2 min。反冲洗后1 h～2 h,滤池恢复速度最快,反冲洗4 h后滤池即可恢复到正常水平。(4)建立了有机物降解和反硝化反应动力学模型,得到其相应的动力学常数分别为0.70318和0.2495。生物镜检发现,启动阶段初期以游离细菌及游泳型鞭毛虫为主,之后固着型纤毛虫占主导,后期出现一定量的原后生动物。扫面电镜发现,滤料表面粗糙,孔径分布为2-4 um,适宜作为微生物载体。挂膜后表面覆盖杆状、球状细菌。(5)高通量测序表明,稳定期和反冲洗后滤料表面微生物中有5个反硝化优势菌属,均来源于接种污泥。反硝化优势菌属比例占总体的60%左右,包括:脱氯单胞菌属(Dechloromonas)、陶厄氏菌属(Thauera)、固氮弓菌属(Azonexus)、固氮螺菌属(Azospira)和噬氢菌属(Hydrogenophaga)。接种污泥和稳定期及反冲洗后滤料表面微生物中均发现10个反硝化菌属,其中有9个为共有菌属,但接种污泥中反硝化菌属所占比例相对较低(小于1.5%),不是优势菌属,而稳定期及反冲洗后滤料表面微生物中有5个反硝化优势菌属,另外滤料表面发现1个厌氧氨氧化菌属。30 cm处滤料稳定期和反冲洗后总反硝化菌属相对丰度均高于60 cm处,且稳定期30 cm达到最高,为67.57%。测序结果表明反冲洗对DSB中反硝化优势菌属的群落结构影响很小,对优势菌属相对丰度有一定影响,但不超过11.68%。不同培养环境下,反硝化优势菌属类别和丰度不同。