论文部分内容阅读
本文研究了以悬浮填料和火山岩为生物载体的单级好氧生物接触氧化工艺和缺氧/好氧两级生物接触氧化工艺对模拟高氨氮重污染河水的处理效果。并针对工艺性能差异，采用PCR-DGGE，FISH/CLSM及FISH/FCM等分子生物学手段对工艺中的生物膜进行了微生态研究，分别分析了生物膜群落演替规律、生物膜中硝化细菌的空间分布以及丰度的动态变化。并利用批次试验测定了生物接触氧化工艺好氧生物膜在不同温度、不同CODcr、NH3-N浓度下硝化能力的变化情况。从污水厂污泥中筛选了两株好氧反硝化细菌，考察了它们对生物膜贫营养条件下反硝化强化作用。研究结果表明：
(1)在进水CODcr浓度为150-350mg/L，总水力停留时间为8h条件下，单级好氧生物接触氧化工艺和缺氧/好氧两级生物接触氧化工艺都能有效去除模拟河流污水中的有机污染物，CODcr的平均去除率分别达到82％和92％，后者比前者高10％左右。
(2)在进水NH3-N浓度为18-36mg/L的范围内，缺氧/好氧两级接触氧化工艺有效地提高了生物接触氧化工艺对NH3-N的去除效率，其对NH3-N的平均去除效率达到83％，而单级接触氧化工艺在同等条件下对NH3-N的去除率仅为32％。
(3)硝化潜力实验表明两级生物接触氧化工艺中好氧生物膜的氨氧化速率达到4.50×10-3g/(g·h)，而单级生物接触氧化工艺的好氧生物膜氨氧化速率仅为1.09×10-3g/(g·h)。通过前置缺氧反应区能够强化好氧生物接触氧化区对氨氮的去除能力。
(4)生物膜DGGE结果显示两级式生物接触氧化工艺和单级生物接触氧化工艺各区段生物膜细菌群落结构都随反应器的运行而不断演替。两级式接触氧化工艺功能区划分会使生物膜中优势种群单一化，两个功能区中生物膜微生物多样性指数都低于单级生物接触氧化工艺的好氧生物膜。
(5)单级生物接触氧化工艺的生物膜厚度大于两级式工艺好氧区生物膜，硝化细菌分布在距生物膜表层180-200μm的深度，而两级接触氧化工艺硝化细菌分布在距好氧生物膜表层105-125μm的深度。利用FISH/FCM技术跟踪了氨氧化细菌(AOB)、亚硝酸盐氧化细菌(NOB)数量的动态变化，发现两级系统随反应器中AOB和NOB的相对丰度随运行时间显著增加，而单级系统则逐渐下降。
(6)两级生物接触氧化工艺的缺氧区对CODcr的高效去除，消除了高浓度CODcr对好氧区自养氨氧化细菌的抑制作用，好氧区的生物膜厚度相对更小，硝化细菌分布在较浅的深度，其中AOB和NOB的丰度相对更高，并形成了稳定的结构，因此具有更强的硝化活性。
(7)温度是影响生物接触氧化生物膜硝化性能的重要因素，低于10℃时生物膜硝化性能迅速下降。在2000mg/L浓度范围内CODcr的变化不会对生物膜的硝化能力产生明显影响，而500mg/L以上浓度的CODcr提供足够碳源会促进生物膜的反硝化作用，生物膜同时进行硝化和反硝化作用。高浓度NH3-N不影响生物膜对NH3-N氧化速率，但会抑制亚硝酸盐的氧化过程，造成模拟废水中NO2-N的积累。
(8)从活性污泥系统中可以成功地筛选到两株高效的好氧反硝化细菌，分别属于Pseudomonas putida和Pseudomonas aeruginosa菌属，这两株细菌单独存在时，对模拟废水中50mg/Ld的TN去除率在75％以上。
(9)投加好氧反硝化系统能够加快TN的去除速率，有效强化低有机物浓度下生物膜系统对TN的去除能力。投菌强化后的生物膜系统对TN的去除率比未投菌的对照系统高41％-44％。