低强度超声波强化SBR处理含氮污水的研究

【摘要】：近年来,以水体富营养化为主要标志的水环境污染日益严重。因此,采取有效的措施控制和治理水体富营养化就显得尤为重要。其中,由于氮磷等营养物质的过量排放是形成水体富营养化的主要因素,所以,含氮污水的处理具有重要的意义。目前,低强度超声波辐射提高生物细胞或酶活性的作用效应已被大量研究所证实,从而开辟了超声波应用的新领域。本文利用低强度超声波强化序批式活性污泥法(SBR)工艺处理含氮污水,通过优化工艺条件和超声参数,考察了超声波强化作用下对污水中COD、N的去除效果,并利用现代分子生态学技术(变形梯度凝胶电泳和荧光原位杂交技术)分析反应器中微生物群落及其结构变化的情况。主要研究成果如下： ①不同超声参数组合对强化SBR工艺处理含氮污水效能影响较大,研究结果发现,低强度超声波辐射可以改变污泥活性和反应体系的性质,强化含氮污水的生物处理过程。本实验中确定的最佳超声强化参数组合为：35 KHz、0.15 W cm-2、10 min。 ②超声参数优化过程中,超声波辐射对污泥的基本性质也产生了一定的影响：超声破碎了污泥颗粒,导致污泥粒径变小、沉降性能降低；对污泥浓度影响不大。 ③在最佳工艺条件和最佳参数超声作用下,稳定运行过程中,污水中不同的C/N对COD、NH4+-N的去除效果也存在差异。其中,在C/N为15：1和10：1时,超声对COD有机去除负荷的提高没有明显的效果。但在C/N为5：1时,强化组中COD有机去除负荷和NH4+-N去除负荷分别比对照组(350 mg COD (g MLSS·d)-1,18.2 mg NH4+-N (g MLSS·d)-1)高44.6%、50%。 ④调整进水中的C/N(由15：1降低为5：1),强化组中微生物群落多样性先减少后增加,最终形成以Nitrosomonas europaea ATCC 19718为主的简单微生物群落结构,且微生物的数量基本趋于稳定。 ⑤调整进水中的C/N(由15：1降低为5：1),强化组中氨氧化菌占总菌数的百分比由18%升高到35%,亚硝酸盐氧化菌由8%降低至2%；同条件下,对照组中氨氧化菌占总菌数的百分比由20%升高到26%,亚硝酸盐氧化菌由5%降低至1%。主要是由于超声作用影响氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的活性及其种群分布。 【关键词】：低强度超声波 含氮污水 生物强化 C/N
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-22
• 1.1 含氮污水的来源与危害11-12
• 1.1.1 含氮污水的来源11
• 1.1.2 含氮污水的危害11-12
• 1.2 含氮污水处理技术的研究进展12-15
• 1.3 超声波技术原理及其在水处理中的应用15-17
• 1.3.1 超声波技术原理15-16
• 1.3.2 超声波在水处理中的应用16-17
• 1.4 微生物分子生态学技术在环境微生物群落结构分析中的应用17-20
• 1.4.1 分子生态学技术概念17-18
• 1.4.2 荧光原位杂交(FISH)技术的原理和应用18-19
• 1.4.3 变性梯度凝胶电泳(DGGE)的原理和应用19-20
• 1.5 课题的研究意义、目的、内容和来源20-22
• 1.5.1 课题的研究意义20
• 1.5.2 课题的研究目的和内容20-21
• 1.5.3 课题来源21-22
• 2 实验材料与分析方法22-35
• 2.1 实验材料22
• 2.1.1 反应器中污泥的驯化22
• 2.1.2 实验用水及水质22
• 2.1.3 实验所需的主要药品22
• 2.2 实验仪器22
• 2.3 实验装置与流程22-25
• 2.4 分析项目与方法25-28
• 2.4.1 水质分析项目与测定方法25
• 2.4.2 反应器中污泥基本性质参数的测定25-26
• 2.4.3 污泥SOUR的测定26
• 2.4.4 污泥脱氢酶活性的测定26-27
• 2.4.5 污泥硝化活性的测定27-28
• 2.5 荧光原位杂交(FISH)实验28-31
• 2.6 变性梯度凝胶电泳(DGGE)实验31-35
• 2.6.1 基因组总DNA提取31-32
• 2.6.2 PCR扩增32
• 2.6.3 DGGE实验操作32-33
• 2.6.4 DGGE指纹图谱分析33-34
• 2.6.5 DGGE条带回收和纯化34
• 2.6.6 DGGE条带测序和系统发育分析34-35
• 3 低强度超声波强化SBR处理含氮污水的实验研究35-50
• 3.1 工艺优化35-36
• 3.2 超声参数优化36-42
• 3.2.1 超声强度对污水处理效果的影响36-40
• 3.2.2 超声频率对污水处理效果的影响40-41
• 3.2.3 超声作用时间的长短对污水处理效果的影响41-42
• 3.2.4 超声作用周期对污水处理效果的影响42
• 3.3 稳定运行实验42-49
• 3.3.1 C/N对污水处理效果的影响42-47
• 3.3.2 C/N对污泥特性的影响47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 4 低强度超声波强化SBR反应器内微生物群落及动态变化规律研究50-61
• 4.1 反应器内微生物群落结构与演替规律分析50-57
• 4.1.1 基因组总DNA提取50
• 4.1.2 样品的PCR扩增50-51
• 4.1.3 微生物群落动态变化51-53
• 4.1.4 微生物群落多样性分析53-55
• 4.1.5 微生物群落结构分析55-57
• 4.2 反应器内硝化微生物的FISH定量分析57-60
• 4.3 本章小结60-61
• 5 结论与建议61-63
• 5.1 结论61-62
• 5.2 建议62-63
• 参考文献63-72
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况72-73
• 致谢73-74

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