曝气生物滤池氮迁移转化研究

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1、曝气生物滤池氮迁移转化研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：刘体淼指导教师：何强教授专业：市政工程学科门类：工学重庆大学城市建设与环境工程学院二O一五年五月StudyonNitrogenTransportandTransformationinBiologicalAeratedFilterAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLiuTimia

2、oSupervisedbyProf.HeQiangSpecialty:MunicipalEngineeringCollegeofUrbanConstruction＆EnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity,ChongqingChinaMay,2015中文摘要摘要污水生物脱氮在于氮元素的价态、形态的变化，氮元素最终以氮气的形式脱离水体。目前对于生物膜法脱氮的研究多集中于填料选择、工况优化等宏观领域，由于缺乏试验方法，难以实现对生物膜内部微观领域的研究。微电极由于可以进行微米层

3、面的检测，且测量精度高，为生物膜原位检测提供了有力技术支持，对建立生物膜法微观理论具有重要意义。本文围绕上向流曝气生物滤池的氮迁移转化，在试验装置安装完成后，通过控制反应器在不同工况下运行，探寻曝气生物滤池稳定处理效能的典型优化工况，然后针对典型工况下的曝气生物滤池，分析氮元素的沿程液相分布规律，并利用微电极技术对沿程生物膜内氮元素形态规律进行研究，利用电子显微镜及PCR-DGGE技术对微生物分布进行研究，为曝气生物滤池工艺及其他生物膜废水处理工艺的脱氮处理及优化调控提供理论依据。在反应器内生物膜达到成熟阶段后，通过调节单

4、一工况变量，对滤池的出水+COD、NH4和TN进行检测，研究不同工况下处理效能的变化，得出曝气生物滤池反应器的典型优化工况：水力停留时间4h、气水比5:1、进水碳氮比5:1、进水碱度投加量50mg/L（以CaCO3表示）。通过拉丝毛细玻璃管，在其尖端注入离子交换膜、内部注入电解液，并利用Ag/AgCl丝传播信号，自制离子选择膜型电压微电极。通过5个阶梯浓度试验，得+--出自制NH4、NO2、NO3离子选择性微电极的能斯特响应曲线线性相关系数分别为0.9947、0.9939、0.9966，达到定量分析使用要求。对曝气生物滤池

5、进行宏观液相氮分布及微观生物膜内氮分布试验，发现滤池沿程生物膜内部结构不同，且沿程不同区间对于污染物降解贡献不同，COD浓度、TN浓度等并不随高度的增加均匀变化，降解规律呈现区域性。其中滤池进水段生物膜内部基本为缺氧、厌氧环境，不适宜硝化细菌的生长，此区间对于污染物的+去除主要表现为对有机物的吸收，生物膜内未发生硝化作用，NH4在生物膜内逐渐累积；中前段生物膜内部形成完整的好氧区、缺氧区，区间发生同步硝化反硝+化反应，TN降解量在此区间达到最大NH4在进入生物膜后，经过硝化作用转化---为NO3，而在生物膜底，发生反硝化作

6、用，NO3浓度降低，硝化作用减弱，NO2微量积累；中后段溶解氧穿透生物膜，生物膜内部完全处于好氧状态，不适宜反硝化菌的新陈代谢，同步硝化反硝化作用逐渐停止，但由于气水接触充分，溶解+--氧上升至较大值，硝化作用逐渐加强，NH4进入生物膜后，快速转化为NO3，NO3+逐渐积累，NH4降解量在此区间达到最大；出水段也具有极强氧化性，但由于填I重庆大学硕士学位论文料量的降低，污染物的降解均逐渐变缓，并稳定至出水浓度。通过电镜对沿程不同位置陶粒生物膜的表面形态结构观察，发现曝气生物滤池前段、中段、后段生物膜上的微生物量不同，且呈现

7、减少趋势，电镜下观察三者代表微生物分别为丝状菌、球菌、杆菌。通过PCR-DGGE技术对生物膜的种群多样性进行研究后发现曝气生物滤池前半段多样性指数最高，其生物膜内微生物种群结构最为丰富。通过对生物膜的种群戴斯系数分析、聚类分析、PCA分析后发现，曝气生物滤池中前段微观环境较相似，中后段微观环境较相似，且其生物膜上微生物种群结构分别相似。在构建了曝气生物滤池的系统发育树后，对系统特异性细菌种群分析，发现曝气生物滤池前段主要优势菌群有Lacibacterium属、Lacibacterium属、Sulfurimonas属、Epi

8、stylis属；中段优势菌群为亚硝化单胞菌属、Epistylis属、Lysobacter属；后段主要的优势菌群为Epistylis属、Lysobacter属、Reyranella属。关键词：曝气生物滤池，生物膜，微电极，氮迁移转化II英文摘要ABSTRACTWastewaterbiologicalden