曝氣生物濾池氮遷移轉(zhuǎn)化研究.pdf

1、污水生物脫氮在于氮元素的價(jià)態(tài)、形態(tài)的變化，氮元素最終以氮?dú)獾男问矫撾x水體。目前對(duì)于生物膜法脫氮的研究多集中于填料選擇、工況優(yōu)化等宏觀領(lǐng)域，由于缺乏試驗(yàn)方法，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物膜內(nèi)部微觀領(lǐng)域的研究。微電極由于可以進(jìn)行微米層面的檢測，且測量精度高，為生物膜原位檢測提供了有力技術(shù)支持，對(duì)建立生物膜法微觀理論具有重要意義。
　　本文圍繞上向流曝氣生物濾池的氮遷移轉(zhuǎn)化，在試驗(yàn)裝置安裝完成后，通過控制反應(yīng)器在不同工況下運(yùn)行，探尋曝氣生物濾池穩(wěn)定處

2、理效能的典型優(yōu)化工況，然后針對(duì)典型工況下的曝氣生物濾池，分析氮元素的沿程液相分布規(guī)律，并利用微電極技術(shù)對(duì)沿程生物膜內(nèi)氮元素形態(tài)規(guī)律進(jìn)行研究，利用電子顯微鏡及PCR-DGGE技術(shù)對(duì)微生物分布進(jìn)行研究，為曝氣生物濾池工藝及其他生物膜廢水處理工藝的脫氮處理及優(yōu)化調(diào)控提供理論依據(jù)。
　　在反應(yīng)器內(nèi)生物膜達(dá)到成熟階段后，通過調(diào)節(jié)單一工況變量，對(duì)濾池的出水COD、NH4+和TN進(jìn)行檢測，研究不同工況下處理效能的變化，得出曝氣生物濾池反應(yīng)器的典

3、型優(yōu)化工況：水力停留時(shí)間4h、氣水比5:1、進(jìn)水碳氮比5:1、進(jìn)水堿度投加量50mg/L（以CaCO3表示）。
　　通過拉絲毛細(xì)玻璃管，在其尖端注入離子交換膜、內(nèi)部注入電解液，并利用Ag/AgCl絲傳播信號(hào)，自制離子選擇膜型電壓微電極。通過5個(gè)階梯濃度試驗(yàn)，得出自制NH4+、NO2-、NO3-離子選擇性微電極的能斯特響應(yīng)曲線線性相關(guān)系數(shù)分別為0.9947、0.9939、0.9966，達(dá)到定量分析使用要求。
　　對(duì)曝氣生物濾池

4、進(jìn)行宏觀液相氮分布及微觀生物膜內(nèi)氮分布試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)濾池沿程生物膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，且沿程不同區(qū)間對(duì)于污染物降解貢獻(xiàn)不同，COD濃度、TN濃度等并不隨高度的增加均勻變化，降解規(guī)律呈現(xiàn)區(qū)域性。其中濾池進(jìn)水段生物膜內(nèi)部基本為缺氧、厭氧環(huán)境，不適宜硝化細(xì)菌的生長，此區(qū)間對(duì)于污染物的去除主要表現(xiàn)為對(duì)有機(jī)物的吸收，生物膜內(nèi)未發(fā)生硝化作用，NH4+在生物膜內(nèi)逐漸累積；中前段生物膜內(nèi)部形成完整的好氧區(qū)、缺氧區(qū)，區(qū)間發(fā)生同步硝化反硝化反應(yīng)，TN降解量在此區(qū)間達(dá)

5、到最大 NH4+在進(jìn)入生物膜后，經(jīng)過硝化作用轉(zhuǎn)化為 NO3-，而在生物膜底，發(fā)生反硝化作用，NO3-濃度降低，硝化作用減弱，NO2-微量積累；中后段溶解氧穿透生物膜，生物膜內(nèi)部完全處于好氧狀態(tài)，不適宜反硝化菌的新陳代謝，同步硝化反硝化作用逐漸停止，但由于氣水接觸充分，溶解氧上升至較大值，硝化作用逐漸加強(qiáng)，NH4+進(jìn)入生物膜后，快速轉(zhuǎn)化為NO3-，NO3-逐漸積累，NH4+降解量在此區(qū)間達(dá)到最大；出水段也具有極強(qiáng)氧化性，但由于填料量的降低

6、，污染物的降解均逐漸變緩，并穩(wěn)定至出水濃度。
　　通過電鏡對(duì)沿程不同位置陶粒生物膜的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)觀察，發(fā)現(xiàn)曝氣生物濾池前段、中段、后段生物膜上的微生物量不同，且呈現(xiàn)減少趨勢，電鏡下觀察三者代表微生物分別為絲狀菌、球菌、桿菌。通過PCR-DGGE技術(shù)對(duì)生物膜的種群多樣性進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)曝氣生物濾池前半段多樣性指數(shù)最高，其生物膜內(nèi)微生物種群結(jié)構(gòu)最為豐富。
　　通過對(duì)生物膜的種群戴斯系數(shù)分析、聚類分析、PCA分析后發(fā)現(xiàn)，曝氣生物濾池

7、中前段微觀環(huán)境較相似，中后段微觀環(huán)境較相似，且其生物膜上微生物種群結(jié)構(gòu)分別相似。在構(gòu)建了曝氣生物濾池的系統(tǒng)發(fā)育樹后，對(duì)系統(tǒng)特異性細(xì)菌種群分析，發(fā)現(xiàn)曝氣生物濾池前段主要優(yōu)勢菌群有Lacibacterium屬、Lacibacterium屬、Sulfurimonas屬、Epistylis屬；中段優(yōu)勢菌群為亞硝化單胞菌屬、Epistylis屬、Lysobacter屬；后段主要的優(yōu)勢菌群為Epistylis屬、Lysobacter屬、Reyran