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膜生物反应器中厌氧氨氧化的运行特性及微生态结构研究

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 水体中氮素污染状况、危害及控制标准

1.1.2 传统脱氮技术

1.1.3 新型脱氮技术

1.2 Anammox技术

1.2.1 Anammox的发现

1.2.2 Anammox反应机理

1.2.3 Anammox启动运行过程中的影响因素

1.3 Anammox的微生物学基础

1.3.1 Anammox菌的分布

1.3.2 Anammox菌分离鉴定

1.3.3 Anammox运行过程中微生物群落变化

1.4 本论文研究的目的、意义和内容

1.4.1 研究目的和意义

1.4.2 研究内容

第二章 实验材料与方法

2.1 实验装置及原料

2.1.1 厌氧序批式反应器及原料

2.1.2 膜生物反应器及原料

2.2 测定指标及方法

2.2.1 物理性质分析方法

2.2.2 化学性质分析方法

2.2.3 生物学性质分析方法

2.3 实验方法

2.3.1 ASBR中Anammox启动的实验方法

2.3.2 MBR中Anammox运行的实验方法

2.3.3 MBR中Anammox最佳工艺的实验方法

第三章 结果与讨论

3.1 接种污泥对Anammox启动效能的影响

3.1.2 三种富集培养物的物理性质比较

3.1.2 三种富集培养物化学性质比较

3.1.3 三种富集培养物生物性质比较

3.2 MBR中Anammox运行特性研究

3.2.1 MBR运行过程中污泥颜色、浓度及颗粒粒径变化

3.2.2 MBR运行过程中氮素的变化

3.2.3 MBR运行过程中pH的变化

3.2.4 MBR运行过程中膜通量变化

3.3. Anammox膜生物反应器的工艺研究

3.3.1 水力负荷影响

3.3.2 环境条件影响

3.3.3 上升流速影响

3.3.4 进水方式影响

3.4 Anammox运行过程中微生态结构组成研究

3.4.1 运行过程中微生物相的变化

3.4.2 运行过程中微生物种群组成及相对数量的变化

主要结论

致谢

参考文献

附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

对于生化性较差的或高浓度含氮废水,传统生物脱氮工艺处理成本较高。目前国内外对低碳氮比(C/N)废水处理技术的发展趋势是采用厌氧氨氧化(Anaerobic ammoniumoxidation,Anammox)技术。但要将这项技术推向应用,必须要解决Anammox菌的菌种来源和菌体持留等问题。本论文在总结前人对Anammox研究成果的基础上,首先比较了不同普通污泥源对Anammox反应器启动效能,选出最佳污泥源。在此基础上,在膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)中,研究了其运行特性及运行过程中微生物群落结构及相对数量的变化,并研究了Anammox过程中MBR的最佳工况条件。主要研究内容如下:
   (1)R1、R2、R3三个反应器中分别接种好氧污泥、厌氧颗粒污泥、厌氧消化污泥,经过2-3个月的运行,均获得了具有Anammox活性的富集培养物。其中R1、R2、R3中总氮去除率分别达到76%、82%和80%;出水污泥浓度分别为1.34 gSS/d、0.42 gSS/d、0.95gSS/d;污泥体积指数则分别为23.23 ml/gSS、11.11 ml/gSS和19.38 ml/gSS;三个反应器稳定运行所消耗的时间关系为R3   (2) MBR运行过程中,污泥VS/TS由初始的0.66提高到0.77,说明体系中出现了适应环境的菌群;MBR稳定运行后,Anammox颗粒污泥粒径主要集中在0.2-1mm,实验证明了颗粒污泥是Anammox功能的重要承载者;总氮容积负荷达0.245 g/(Ld),总氮去除率约80%,NH4+-N和NO-2-N去除率分别为81%、91%。MBR运行初期,由异养菌等菌体自溶造成膜污染严重,当Anammox成为主导反应时,由Anammox微生物生长造成的膜污染远远小于MBR运行初期。
   (3) MBR抗水力负荷实验表明,水力停留时间(HRT)由14 h缩短至7.9 h时,MBR能稳定运行,NH4+-N、NO2--N去除率分别保持在75%、85%;温度在30-35℃、pH值为7-8,Anammox活性较高;上升流速在1.8-2.3 m/h时,MBR运行状况良好;从氮素去除情况、运行成本、操作的简便性综合来看,较为合适的操作方式为:进水0.55 h,循环5h,沉降0.3 h,出水0.15 h。
   (4)扫描电镜(SEM)实验发现,接种污泥以杆状菌为主,有少量的丝状菌和球菌;Anammox污泥主要是由球菌和杆菌组成。T-RFLP实验证实,Anammox菌富集前后微生物群落结构和相对数量发生了明显变化,运行后整个反应器中适应Anammox运行方式的菌种增殖较多,种类丰富,包括planctomyce、pirellula、gemmata、pseudomonas。

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