分散式生活污水多級生物膜處理工藝及菌群特性研究.pdf

1、集中式城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)在改善水環(huán)境質(zhì)量方面一直起著主導(dǎo)性作用，但集中式城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)存在投資及運行成本高昂等缺欠。近些年，中國在大規(guī)模進(jìn)行集中式城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)建設(shè)，但中國水環(huán)境并沒有因此而得到明顯改善，水環(huán)境污染及水問題層出不窮，可見，中國的水環(huán)境問題并不是僅靠集中式城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)所能解決的。
　　在今天的中國，分散式生活污水處理及小規(guī)模生活污水處理技術(shù)逐漸受到人們關(guān)注，目前適于小規(guī)模生活污水處理的高效低耗污水處理工藝及技術(shù)亟待開發(fā)

2、，本研究正是基于此背景，開發(fā)了基于“反粒度生物膜過濾”理念為基礎(chǔ)，以輕質(zhì)懸浮填料為主要生物載體的多級生物膜過濾反應(yīng)器（Multi-stage Bio-film Reactors,下簡稱MSBFR），提出了“預(yù)氧生物粗濾”概念及技術(shù)路線，并開發(fā)了高效低耗的生活污水處理多級生物膜處理工藝。在此基礎(chǔ)上，采用MSBFR進(jìn)行了處理實際生活污水的連續(xù)流試驗，開展了系統(tǒng)試驗研究。研究內(nèi)容涉及MSBFR工藝流態(tài)特性，運行穩(wěn)定性、處理效能及影響因子，工藝

3、運行模式及工藝調(diào)整對強化處理效能的影響，并利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)PCR-DGGE與FISH聯(lián)用技術(shù)從分子生物學(xué)層面對多級生物膜工藝菌群結(jié)構(gòu)進(jìn)行了微觀解析，系統(tǒng)探討了MSBFR運行效能與菌群結(jié)構(gòu)演替之間的關(guān)聯(lián)特性。
　　首先研究了MSBFR的水力學(xué)混合特性，研究表明，MSBFR沿程各級反應(yīng)器流態(tài)總體呈推流式反應(yīng)器特性。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了MSBFR處理生活污水運行特性研究，研究顯示，在進(jìn)水水質(zhì)波動較大的情況下，預(yù)氧生物粗濾技術(shù)可以有效

4、削減進(jìn)水SS及COD，組合工藝對COD、BOD5、NH4+-N、SS具有高效而又穩(wěn)定的去除能力，MSBFR具有較強的抗沖擊特性。
　　系統(tǒng)研究了工藝條件及環(huán)境因子的變化對MSBFR處理效能的影響規(guī)律：研究了水溫、進(jìn)水濃度、容積負(fù)荷、水力負(fù)荷、氣水比等因子對COD、SS、NH4+-N去除性能的影響。研究表明，水溫、水力負(fù)荷、進(jìn)水NH4+-N濃度及其容積負(fù)荷、COD容積負(fù)荷對MSBFR硝化性能具有顯著性影響，當(dāng)濾速低于1.0m/h時，

5、出水NH4+-N接近于完全硝化；當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水負(fù)荷低于0.85kgNH4+-N/(m3d)，系統(tǒng)總出水氨氮能穩(wěn)定低于2mg/L。當(dāng)COD負(fù)荷低于3.0kgCOD/(m3d)時，MSBFR出水NH4+-N去除率能保持在95％以上；另外，氣水比也是硝化性能的關(guān)鍵影響因子。
　　分別研究了DO及C/N比對同步硝化反硝化（SND）影響，研究表明DO對SND具有顯著影響，最高的SND效能發(fā)生在DO=1.5mg/L時，此時TN去除率最高可達(dá)67.

6、5%；C/N比也是影響SND的關(guān)鍵因子，當(dāng)C/N比為4時，系統(tǒng)通過SND作用實現(xiàn)TN去除率達(dá)到最高。分別研究了DO及FA（自由氨）對MSBFR短程硝化反硝化影響，研究表明DO是短程硝化的關(guān)鍵影響因子；FA對MSBFR系統(tǒng)短程硝化過程有明顯影響，但通過FA控制生物膜工藝短程硝化，不如DO控制穩(wěn)定。
　　MSBFR工藝采用前置反硝化模式運行可以改善其運行性能。回流比R在100%~300%范圍內(nèi)，出水水質(zhì)都能持續(xù)穩(wěn)定低于50mg/L；回

7、流比R對TN去除率影響較大，當(dāng)回流比R=200%時，系統(tǒng)對TN的去除效率達(dá)到最高，出水TN能持續(xù)穩(wěn)定低于15mg/L。前置反硝化模式下COD/TN比對反硝化性能影響很大，COD/TN比在4.0~7.0之間時，系統(tǒng)對TN去除率處于較高的水平；DO濃度高低對TN去除效率具有一定影響。
　　在系統(tǒng)內(nèi)嫁接腐殖土反應(yīng)器用于土壤微生物的富集培養(yǎng)，可以明顯提高系統(tǒng)除臭效果。FISH檢測表明，嫁接腐殖土工藝后，污泥種群結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，主要是β-P

8、roteobacteria數(shù)量明顯高于對比系統(tǒng)，PCR-DGGE分析也表明引入腐殖土復(fù)合基質(zhì)致使菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生了定向演替。
　　利用現(xiàn)代分子生物學(xué)PCR-DGGE與FISH聯(lián)用技術(shù)，系統(tǒng)研究了MSBFR系統(tǒng)處理效能與菌群結(jié)構(gòu)演替的關(guān)聯(lián)特性。對不同時期好氧反應(yīng)器生物膜進(jìn)行了PCR-DGGE分析，表明運行穩(wěn)定期微生物菌群具有豐富的多樣性。FISH分析表明，在好氧反應(yīng)器沿水流方向不同高度上，EUB338占DAPI總菌的比例約由平均58.4