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双泥生物反硝化吸磷脱氮系统工艺的试验研究

作　者: 罗宁
导　师: 罗固源
学　校: 重庆大学
专　业: 市政工程
关键词: 双泥系统反硝化除磷脱氮缺氧吸磷反硝化聚磷菌 DPB
分类号: X703
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

随着水体富营养化问题的严重，城市污水处理厂的工艺设计必须考虑同时脱氮除磷。现有的生物脱氮除磷机理认为生物脱氮与生物除磷是两个相互独立、相互竞争的生理过程。按此机理设计的生物脱氮除磷工艺不仅在理论上，而且在实际运行中都面临硝化菌与聚磷菌在污泥龄上的矛盾，以及反硝化菌与聚磷菌竞争有机物等难题。在导师指导下，笔者通过对近年来有关反硝化吸磷现象报道的研究和深入思考，认为：1）生物脱氮与生物除磷可能是两个相对独立，又相互交叉的生理过程；2）有可能将反硝化和生物吸磷合二为一，解决目前生物脱氮除磷面临的问题。为此，本论文主要开展了下列研究内容：1）硝酸盐对聚磷菌释磷、吸磷的影响和快速脱氮；2）反硝化吸磷过程中的超量吸磷和HAc、TP和NO3－三者的比例关系；3）双泥生物反硝化除磷脱氮工艺及其运行工况；4）双泥生物反硝化除磷脱氮工艺的微生物组成及生化特性；5）生物反硝化除磷脱氮的机理；6）反硝化吸磷脱氮的定性定量动力学模型等。在具体的试验研究过程中，进行了下列5阶段的试验研究：1）在实验室利用人工合成污水，稳定运行一座污水生物处理试验装置（A/O/A/O-SBR），使其能出现缺氧吸磷现象，为反硝化吸磷试验提供含有反硝化聚磷菌 DPB的、稳定的活性污泥；2）利用A/O/A/O-SBR试验装置提供的活性污泥，进行各种反硝化吸磷脱氮机理试验，为反硝化除磷脱氮工艺奠定基础；3）根据前两阶段的研究结果，参考文献资料，针对现有单泥系统的不足，提出双泥反硝化除磷脱氮系统工艺，并利用人工污水进行工艺运行试验；4）从双泥反硝化除磷脱氮工艺中取活性污泥，进行微生物研究；5）对前四阶段的研究试验结果进行机理总结和数学模型化。以上的研究结果，尤其是时间序列的双泥生物反硝化除磷脱氮系统工艺（2A/O+N 2SBR法）的稳定运行，不仅证明了生物脱氮与生物除磷是两个既相对独立又相互交叉的生理过程，其交叉点是同时拥有硝酸盐还原性和超量吸磷这两种生化特性的细菌（DPB）进行的反硝化吸磷脱氮生化反应，而且双泥系统工艺克服了常规单泥生物脱氮除磷工艺的两大问题（①聚磷菌和硝化菌的SRT相互干扰；②反硝化与生物除磷竞争VFA），同时保证了脱氮和除磷效果，排水指标达到污水综合排水标准（GB8978-1996）的一级标准，具有实际工程使用价值。本研究是国家“十五”科技攻关项目2001BA604A01子专题“简易高效活性污泥复合系统除磷脱氮技术研究与示范”的部分内容，其研究内容多为国内首次开展。<WP=5>本论文的研究工作可为进一步开展污水生物除磷脱氮的机理和工艺研究，提高二级污水处理厂的出水水质，减轻水环境污染提供一条新的途径。因此，本研究具有较好的实用价值和理论意义。

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-12
1 引言  12-34
  1．1 水体中氮磷的来源及分类特性  12-13
  1．2 氮磷污染与水质富营养化  13-16
  1．3 污水生物除磷技术的发展和机理  16-17
  1．4 生物脱氮技术的机理和研究发展  17-19
    1．4．1 生物脱氮技术的机理  17-18
    1．4．2 生物脱氮技术的研究进展  18-19
  1．5 现有的污水生物脱氮除磷工艺简介  19-26
    1．5．1 时间顺序的生物除磷脱氮工艺  19-23
    1．5．2 空间顺序的生物除磷脱氮工艺  23-26
  1．6 国外生物反硝化除磷脱氮研究动态  26-31
    1．6．1 反硝化除磷脱氮微生物研究  27
    1．6．2 反硝化除磷脱氮现象试验  27-29
    1．6．3 反硝化除磷脱氮工艺试验  29-31
  1．7 国内生物反硝化除磷脱氮研究动态  31-32
  1．8 双泥生物反硝化吸磷脱氮工艺试验研究的目的和意义  32-33
  1．9 本论文的主要研究思路及章节安排  33-34
2 反硝化吸磷脱氮的试验研究  34-62
  2．1 间歇式脱氮除磷试验装置中的反硝化吸磷现象研究  34-42
    2．1．1 试验方法  34-35
    2．1．2 试验水样及分析方法  35-36
    2．1．3 试验结果及分析  36-41
    2．1．4 讨论  41-42
  2．2 硝酸盐对厌氧释磷的影响研究  42-47
    2．2．1 试验方法  42-43
    2．2．2 试验结果及讨论  43-46
    2．2．3 分析及讨论  46-47
  2．3 利用硝酸盐进行反硝化吸磷试验研究  47-50
    2．3．1 试验方法  47-48
    2．3．2 试验结果  48-50
    2．3．3 分析及讨论  50
  2．4 反硝化吸磷过程中的快速脱氮研究  50-56
    2．4．1 试验方法  51-53
    2．4．2 试验结果及分析  53-55
    2．4．3 小结  55-56
  2．5 反硝化缺氧吸磷过程中的超量吸磷研究  56-59
    2．5．1 试验方法  56-57
    2．5．2 试验结果  57-58
    2．5．3 分析及讨论  58-59
  2．6 反硝化吸磷过程中的HAc、TP和NO_3－三者比例关系研究  59-61
    2．6．1 试验方法  59
    2．6．2 试验结果及分析  59-60
    2．6．3 小结  60-61
  2．7 本章小结  61-62
3 双泥生物反硝化除磷脱氮工艺的研究  62-89
  3．1 双泥生物反硝化除磷脱氮系统工艺  62-74
    3．1．1 双泥生物反硝化除磷脱氮系统试验装置  62-63
    3．1．2 试验方法与污水水质  63
    3．1．3 2 A/O-SBR的运行结果与分析  63-67
    3．1．4 N-SBR的运行结果与分析  67-69
    3．1．5 活性污泥生物相  69-73
    3．1．6 试验结果分析  73-74
  3．2 反应周期各段时间的设定  74-79
    3．2．1 厌氧段时间的确定  74-75
    3．2．2 曝气比与缺氧、好氧工况  75-79
  3．3 反硝化除磷脱氮的影响因素试验  79-88
    3．3．1 泥龄SRT对反硝化脱氮除磷的影响  79-80
    3．3．2 内换水比例对脱氮效率的影响  80-85
    3．3．3 污泥负荷影响试验  85-88
  3．4 本章小结  88-89
4 双泥生物反硝化除磷脱氮工艺的微生物研究  89-116
  4．1 双泥反硝化除磷脱氮系统中的细菌计数试验  89-91
    4．1．1 细菌计数试验方法  89-90
    4．1．2 细菌计数试验结果  90-91
  4．2 反硝化除磷脱氮系统中微生物的组成研究  91-97
    4．2．1 试验工艺及方法  91-92
    4．2．2 细菌鉴别试验结果  92-93
    4．2．3 优势菌种纯培养试验  93-97
    4．2．4 分析与讨论  97
  4．3 从细菌的生化特性看生物脱氮与生物除磷的关系  97-101
    4．3．1 细菌的硝酸盐还原性和聚磷颗粒  98-99
    4．3．2 反硝化菌和聚磷菌的合理定义及关系  99-100
    4．3．3 生物脱氮与生物除磷的关系  100-101
  4．4 活性污泥菌种和菌株的组成与反硝化超量吸磷的关系  101-104
  4．5 细菌的生长阶段与脱氮除磷的关系  104-110
    4．5．1 生物吸磷的异常现象  104
    4．5．2 细菌的生长阶段  104-106
    4．5．3 不同生长阶段的异染颗粒试验和硝酸盐还原性试验  106-109
    4．5．4 细菌生长阶段、污泥负荷和泥龄三者之间的关系  109-110
    4．5．5 小结  110
  4．6 反硝化聚磷菌的组成与反硝化除磷脱氮工艺曝气段的关系  110-115
    4．6．1 对好氧和兼性厌氧菌的筛选  111-113
    4．6．2 对厌氧菌的筛选  113-115
  4．7 本章小结  115-116
5 污水生物反硝化吸磷脱氮机理  116-131
  5．1 厌氧释磷的新陈代谢机理  116-123
    5．1．1 HAc的吸收  116-119
    5．1．2 聚磷颗粒的水解产生ATP  119
    5．1．3 TCA模式产生NADH  119-120
    5．1．4 糖原降解产生NADH  120-121
    5．1．5 生成内含物PHB  121-122
    5．1．6 维持基本新陈代谢  122-123
  5．2 好氧/缺氧吸磷的新陈代谢机理  123-127
    5．2．1 PHB的分解代谢  123-124
    5．2．2 氧化磷酸化作用  124-125
    5．2．3 从PHB合成生物量  125
    5．2．4 磷酸盐的输送及聚磷颗粒的合成  125-126
    5．2．5 合成糖原  126-127
    5．2．6 维持基本新陈代谢  127
  5．3 缺氧吸磷与好氧吸磷的机理异同  127
  5．4 生物除磷脱氮的微生物产能方式转换  127-130
  5．5 本章小结  130-131
6 双泥反硝化吸磷脱氮的工艺的数学模式  131-144
  6．1 与模型有关的假设与限制  131
  6．2 2 A/O-SBR反应器的动力学模式  131-138
    6．2．1 厌氧段快速去除COD动力学模式  131-134
    6．2．2 厌氧段厌氧释磷动力学模式  134-135
    6．2．3 缺氧段反硝化吸磷动力学模式  135-136
    6．2．4 缺氧段快速反硝化脱氮动力学模式  136-137
    6．2．5 好氧段动力学模式  137-138
  6．3 N-SBR反应器的动力学模式  138-140
  6．4 动力学模式预测与评价  140-144
7 结论和建议  144-146
  7．1 结论  144-145
  7．2 建议  145-146
致谢  146-147
参考文献  147-153
附：作者在攻读博士学位期间发表的论文目录  153

双泥生物反硝化吸磷脱氮系统工艺的试验研究

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