【摘要】：水體富營養(yǎng)化日益嚴重,對污水進行脫氮處理已成為社會發(fā)展的必然要求。然而,常規(guī)生物脫氮污水處理行業(yè)具有資本、能源密集型缺點。因此,開發(fā)新型經(jīng)濟高效無污染的生物脫氮工藝技術(shù)是當今污水處理領域的研究熱點。厭氧氨氧化作為一種新型的微生物氮轉(zhuǎn)化途徑,被國內(nèi)外專家評價為節(jié)能無污染的新型可持續(xù)發(fā)展污水生物處理技術(shù)。國內(nèi)外對厭氧氨氧化的研究和工藝應用仍局限于高氨氮(500 mg N/L)污水脫氮處理領域,在排放量巨大、處置費用高的低氨氮城市污水(100 mg N/L)中的研究報道都還比較少。本研究圍繞低氨氮濃度厭氧氨氧化展開,以工藝強化及相應的顆粒污泥菌群特性為主要研究內(nèi)容,探索厭氧氨氧化過程在常規(guī)工藝普通城市污水處理系統(tǒng)的脫氮功能及自然規(guī)律特征,在此基礎上,進一步研究厭氧氨氧化在低氨氮城市污水處理系統(tǒng)中菌種富集、功能強化和工藝運行。同時,利用Mi Seq高通量測序技術(shù)分析關(guān)鍵顆�；�階段菌群結(jié)構(gòu)演替規(guī)律并比較不同工藝研究中微生物特征差異。本研究結(jié)果將為推動低氨氮城市污水低耗高效脫氮新技術(shù)的發(fā)展,提供基礎數(shù)據(jù)和理論指導。通過對常規(guī)工藝城市污水系統(tǒng)的季節(jié)性取樣研究表明,厭氧氨氧化菌廣泛分布于城市污水處理系統(tǒng)的各級構(gòu)筑物(但以活性污泥池為主)中,厭氧氨氧化菌豐度為105-107 copies/g VSS,速率為0.08-1.20μmol N/(g VSS·h),對氨氧化的貢獻率為0.11-16.3%,對系統(tǒng)年平均脫氮貢獻率為2.1-6.6%(1-194.3 t N/yr),且夏季豐度和速率表現(xiàn)均高于冬季。在污水處理系統(tǒng)中的厭氧氨氧化菌生物多樣性很低,Brocadia是主導菌屬,在與硝化微生物的耦合作用中,AOB較AOA有能力提供更多的底物NO2-,而NOB菌種Nitrospira可能是底物NO2-更強大的競爭者;另外,厭氧氨氧化表現(xiàn)主要受微生物群落結(jié)構(gòu)、溫度、SRT、COD等環(huán)境因素的綜合影響,但非關(guān)鍵制約因子,其中,厭氧氨氧化菌hzs B功能基因豐度、速率與脫氮功能兩兩之間呈極正相關(guān)關(guān)系。表明厭氧氨氧化菌具有強魯棒性,使其有能力廣泛分布并作用于污水生物脫氮處理過程。為了有效提高厭氧氨氧化脫氮功能,本論文將常規(guī)污水處理工藝的剩余污泥以顆粒污泥的形式進行培育。結(jié)果表明,經(jīng)200d成功培育以0.5-0.9mm粒徑為主的顆粒污泥(顆�；�程度93.7%)。粒徑階段0.5mm后,實現(xiàn)了厭氧氨氧化菌的快速提高,0.5-0.9mm粒徑出現(xiàn)厭氧氨氧化豐度、活性和多樣性的最優(yōu)表現(xiàn),豐度達1011 copies/g VSS,是種泥的104-5倍,活性也達自然系統(tǒng)的最高水平;但顆粒化使菌群多樣性變低,但均以Brocadia為主。說明合理控制顆�；�程度,保證最佳傳質(zhì)效能,才能有效維持厭氧氨氧化的高效表現(xiàn)。另外,豐富的EPS為厭氧氨氧化顆粒污泥形成的關(guān)鍵因素之一,蛋白質(zhì)為所有EPS分層的主要成分,主要為鉻氨酸和色氨酸,占EPS總量的58.9%;絕大部分EPS為TB-EPS,占EPS總量的77.1%。接種已培育成熟厭氧氨氧化顆粒污泥,成功啟動處理模擬污水的Amx-UASB連續(xù)流反應器和處理實際污水的Amx-SBR間歇式反應裝置。Amx-UASB反應器接種污泥發(fā)生解體和發(fā)育,粒徑范圍變?yōu)?-2.5mm,可抗187.2 L/d流量負荷和144 L/d波動振幅的沖擊;Amx-SBR接種污泥顆粒多數(shù)發(fā)生解體,但經(jīng)顆粒重塑后以0.2-0.9mm粒徑為主;采用實時控制策略20d快速實現(xiàn)短程硝化,NO2-積累率高于90%,但PN-SBR的不穩(wěn)定期導致Amx-SBR中反硝化菌群競爭作用增強,穩(wěn)定的短程硝化及適宜的基質(zhì)比進水是厭氧氨氧化工藝啟動及穩(wěn)定運行的核心問題。另外,Amx-SBR具有最高的生物多樣性表現(xiàn),該裝置和Amx-UASB中的功能菌均為Brocadia,Nitrosomonas和Nitrospira為主要硝化菌群,與厭氧氨氧化菌構(gòu)成基于空間和底物的共生或競爭關(guān)系;PN-SBR雖然處理實際污水,但其菌群多樣性最低,功能菌為Nitrosomonas,占全部菌群的17.2%,Nitrospira僅占0.01%。厭氧氨氧化顆粒污泥復雜又穩(wěn)定的微生態(tài)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了其對低氨氮生活污水低耗高效的脫氮功能。

【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X703   來源 ：http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10213-1016739733.htm