畢業(yè)論文——短程反硝化除磷菌篩選與富集及其影響因素的研究

1、仲愷農(nóng)業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文論文題目短程反硝化除磷菌篩選與富集及其影響因素的研究姓名梁硯心院（系）資源環(huán)境與工程系專業(yè)班級環(huán)境工程031班學(xué)號200310324124指導(dǎo)教師周康群劉暉職稱副教授副教授論文答辯日期年 月口仲愷農(nóng)業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處制摘要：采用動態(tài)sbr反應(yīng)器，在厭、缺氧交替環(huán)境對以亞硝酸鹽為電子受體的反硝化除磷菌(denitrifying phosphorus removing bacteria,簡稱dpb)篩選和富集，分析了亞硝酸鹽濃度及其投加方式對反硝化聚磷過程的 影響。結(jié)果表明，該種反硝化聚磷菌存在于傳統(tǒng)污水處理工藝的活性污泥屮。 經(jīng)過3個階段的篩選和富集，在穩(wěn)定運行的反硝化除磷

2、體系具備良好的同步 反硝化除磷性能。體系的出水濃度穩(wěn)定在lmg/l左右，除磷、脫氮的效率分 別在90%、96%以上；在缺氧的環(huán)境屮，控制氮與磷的濃度比例為2： 1、 采用流加的方式向休系中投加亞硝酸鹽，反硝化除磷的效果最佳。關(guān)鍵詞：sbr反硝化除磷 反硝化除磷菌(dpb) 亞硝酸鹽1. 刖s 廢水屮的磷和氮可以通過強(qiáng)化生物除磷體系去除，良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益使 其具有廣泛的應(yīng)用前景。強(qiáng)化生物除磷體系在缺氧條件下，利用反硝化聚磷 菌（即dpb）的生理代謝，實現(xiàn)同時反硝化脫氮與生物除磷的目的。國內(nèi)關(guān) 于利用強(qiáng)化生物除磷脫氮的研究多集中于實驗室基礎(chǔ)理論研究，其反硝化除 磷一般控制在利用硝酸鹽為電子受體

3、的水平國外，南非開普頓大學(xué)、 荷蘭代爾夫工業(yè)大學(xué)和日本東京大學(xué)比的研究人員也展開了反硝化除磷領(lǐng) 域的研究。meinhold11jff lee12等人研究了亞硝酸鹽對反硝化除磷過程中的 影。hujy等人麗比較了以氧氣、硝酸鹽氮氣和亞硝酸鹽氮為電子受體的反 硝化除磷效果，提出以利用亞硝酸鹽為電子受體完成反硝化除磷過程，在解 決反硝化過程和除磷過程對污水中cod爭奪問題同時，實現(xiàn)了短程反硝化除 磷目的。這樣既節(jié)省炭源，又降低耗氧量和剩余污泥量 。本研究試驗用 泥是取自某實際污水處理廠生物反應(yīng)池厭氧段中段的污泥。采用sbr反應(yīng)器 和靜態(tài)厭/好氧裝置、靜態(tài)厭/缺氧裝置，以亞硝酸鹽為電了受體進(jìn)行反硝化 除

4、磷磷試驗。詳細(xì)研究了反硝化聚磷菌的篩選與富集方法，同時研究亞硝酸 鹽濃度、投加方式對反硝化除磷過程的影響。本實驗的研究結(jié)果更貼近實際 的污水處理生產(chǎn)。1、實驗材料與方法1.1實驗設(shè)備與試驗用水1.1.1 sbr動態(tài)反應(yīng)器實驗采用sbr動態(tài)反應(yīng)器（不曝，氣裝置內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌使活性污泥混合均勻），高45 厘米，一直徑33厘米。有效容積35l（見圖1）。水箱6攪拌器7排水（取樣）口1.1.2 吸放磷裝置（1）靜態(tài)厭/好氧裝置（見圖2）（2）靜態(tài)慶/缺氧裝置（見圖3）4.反應(yīng)瓶5.水封圖2靜態(tài)厭/缺氧反應(yīng)裝亙圖1 氮氣瓶2加藥管3取樣口4.反應(yīng)瓶5.水封實驗釆 用人工合成模擬廢水(表1)表1實驗?zāi)M廢水

5、成分table 1 waste water composition used during the experimental period模擬廢水成分微量元素組成基質(zhì)種類（g/l）濃度（mg/l）組成濃度cod(naac)150-250fecl31.5n(nh4c1)14c11so40.03p(k2hpo4)8-12ki08mgso445mnci20.12kc118znsc)402堿度(caco3)60c0ci30.15微量元素0.9mledta10為了把水屮過多的溶解氧排除從而得到更佳的厭（缺）氧效果，試驗用水均采 用煮沸的口來水，廢水中cod和磷的濃度通過不同的乙酸鈉和磷酸氫二鉀的投加 量

6、來控制。缺氧段根據(jù)需要投加不同濃度的亞硝酸鹽作為反硝化反應(yīng)的電子受體。 其他實驗設(shè)備見表2表2設(shè)備詳細(xì)資料表table2 detail informeition about the equipmentequipmentsmodel number廠家factory電熱鼓風(fēng)干燥箱型 cs101-1e屮外合資重慶四達(dá)實驗儀器冇限公司上皿電了天平fa1004上海天平儀器廠air compressorpima微孔濾膜孔徑：0.45 pm浙江省海寧市鹽宮錢江醫(yī)療器材廠循環(huán)水式真空泵shz-d (iii)鞏義市英峪予華儀器廠離子分析儀pxst-216 型上海精密科學(xué)儀器有限公司磁力攪拌器jb-1a上海精密科

7、學(xué)儀器冇限公司鉗電極213型上海精密科學(xué)儀器有限公司硝酸根選擇電極手提式氧化還原測定儀ts-2上泰儀器（昆山）有限公司參比電極213型上海精密科學(xué)儀器有限公司紫外可見分光光度計752c 型上海第三分析儀器廠冰箱bcd-215hc華凌表3試劑詳細(xì)資料表table.3 detail information about the agents試劑級另1廠家agentsgradecompany氯化鈉分析純汕頭市光華化學(xué)廠抗壞血酸分析純廣東光華化學(xué)廠有限公司四水合鉗酸錢分析純汕頭市光華化學(xué)廠酒石酸銳鉀分析純汕頭市光華化學(xué)廠濃硫酸分析純廣州市東江化工廠磷酸二氫鉀分析純汕頭市化學(xué)試劑廠磷酸二氮鈉分析純汕頭市化

8、學(xué)試劑廠硝酸鉀分析純廣州化學(xué)試劑廠氯化鉀化學(xué)純廣東臺山化工廠1.2實驗方法和步驟實驗用活性污泥取口某污水處理廠生物反應(yīng)池厭氧段中段的污泥（mlss為 3500mg/l, sv為25.6%）。實驗分為3個階段對可以利用亞硝酸鹽的反硝化聚磷菌在室 溫（252&c）進(jìn)行選擇和富集。第一階段以，厭氧/好氧方式啟動運行（污泥濃度為3500 4000 mg/l,泥齡控制在8天左右，好氧orp控制在80-100mv,厭氧orp控制在150 220mv）,每天運行4周期，每個周期6小時（包括厭氧3小時、好氧2小時、其它 約1小時），共運行20周期。目的是使系統(tǒng)屮的活性污泥屮在此條件下具有高效的好氧 除

9、磷效果污泥。第二階段采用厭氧/缺氧方式運行，每天運行3周期，每個周期8小時（包 括厭氧3小時、缺氧4小時、洗泥及其它約1小吋，缺氧orp控制在-100-150mv,厭 氧orp控制在-150220mv）,共運行103周期。該階段的冃的是對反硝化聚磷菌進(jìn)行 選擇和富集。進(jìn)入缺氧階段時系統(tǒng)內(nèi)氮源磷源的投加量按n:p二2:1山投加。第二階段污 泥濃度為35004000 mg/l,污泥齡控制在16天左右。第三階段采用厭氧/缺氧/沉淀運行 方式，污泥濃度為35004000 mg/l泥齡控制在16天左右，每天運行3周期，每個周期 8小吋（包括厭氧3小吋、缺氧4.5小吋、其它約0.5小吋），共運行20周期。

10、該階段的 目的是，在第二階段反硝化聚磷菌己經(jīng)富集到一定量的基礎(chǔ)上，檢驗體系穩(wěn)定性，同時 考察體系的反硝化除磷的性能。1.3實驗分析方法pof-.p采用鉗銳抗分光光度法；no2_n采用n（l荼基）一乙二胺光度法；mlss采用濾紙重量法；cod采用快速測定法orp采用ts-2手提式氧化還原電位儀2、結(jié)果與討論2.1第一階段聚磷菌的活化以及磷酸鹽去除率的變化由圖4可知，經(jīng)過四天的反應(yīng)，體系在厭氧/好氧交替方式下運行，厭氧3小時后, 體系中磷的濃度上升到29.01 mg/l,吐磷速率為2.19 mg/ （h*mlss）。厭氧反應(yīng)過程 中體系在氧化還原電位為-180mv左右運行。好氧條件下，聚磷菌有良好

11、的好氧吸磷 性能，經(jīng)過2小時的好氧反應(yīng)，磷濃度下降到2.47 mg/l,去除率為91.47%,好氧吸 磷速率為2.53 mg/ （hllss）。系統(tǒng)小的活性污泥小在此條件下具有高效的好氧除磷 效果污泥。(乂)(i、6e)時間(d)圖4第t介段磷酸鹽去除率變化過程30.00-25.0020. 0015. 0010.005.00 110.00 0 1磷峻鹽濃u033.5時間(hr)圖4(2)厭氧/好氧運行中磷酸鹽變化過程2.2以亞硝酸鹽為電子受體的反硝化除磷2-2- 1第二階段反硝化聚磷菌的篩選與富集麟用臨篤腑聶黠蠶黑好踽豔蟲第二階段,對100. 0090. 0080. 0070. 0060. 0

12、050. 0040. 0030. 0020. 0010. 000. 00138101214161820222428303234時間(d)圖5第二段磷酸鹽去除率的變化過程由圖5可知，在第二階段，po43-p的去除效果不斷提高，當(dāng)體系運行到第34天， 磷的去除率達(dá)78.37%,出水pojp的濃度低至3.2mg/l,運行效果良好。這證明體系 中的反硝化聚磷菌能夠利用對微牛物有毒害作用的亞硝酸鹽作為電了受體，實現(xiàn)同步的 反硝化聚磷。特別指岀的是第10、12、22天，出現(xiàn)除磷效果不升反降的情況，這是由于 雖然在厭氧結(jié)束后經(jīng)過排水沉淀，但缺氧段開始時，體系中仍然殘留一定量的cod,濃 度均在50mg/l以

13、上，這部分cod與亞硝酸鹽同時存在，反硝化菌優(yōu)先利用殘余的cod 進(jìn)行反硝化反應(yīng)，彫響除磷效果，這一現(xiàn)象與李志勇發(fā)表的情況相符。在第16、17、 18、32天，除磷率的提升速度有所放緩，數(shù)據(jù)顯示該些天缺氧段開始時cod的濃度分別 為20.6. 23.8、25.1、25.2mg/l,這部分cod同樣會與亞硝酸鹽競爭電子供體，對反硝 化聚磷帶來不利影響。其他運行的時間里，缺氧段的cod濃度均在10 mg/l左右，除磷 率表現(xiàn)岀較快的提高速度。如圖6所示，當(dāng)?shù)诙A段結(jié)束，體系已經(jīng)右良好的同步反硝化除磷的性能。具體表 現(xiàn)為，缺氧段開始，以15mg/l的濃度向體系中投加亞硝酸鹽，10分鐘后，氮和磷的濃

14、度分別下降到6.27mg/l和12.42mg/l,反硝化和除磷的速率分別是2.26、0.25 mg/ (h*mlss),體系的反硝化除磷的效率較高。經(jīng)過4小時充分的缺氧吸磷，體系中磷的濃 度下降到3.24 mg/l,缺氧吸磷速率為1.12 mg/ (h*mlss),除磷率和脫氮率分別達(dá)到 78.37%和 93.91%。由圖7可知，經(jīng)過3小時的厭氧反應(yīng)，體系的氧化還原電位達(dá)到-217mv,體系保持 良好的厭氧運行狀態(tài)。在投加硝酸鹽后，rtl于電子受體存在，orp有所升高，缺氧段氧化 還原電位穩(wěn)定在-150 mv左右，表明體系在缺氧環(huán)境運行。綜上所述，缺氧條件下一定濃度的cod對反硝化除磷過程有不

15、利的影響。經(jīng)過第 二階段的篩選與富集，反硝化除磷體系在厭氧/缺氧條件下已經(jīng)具有較好的反硝化除磷效 果。反硝化及除磷效果分別有78.37%和93.91%4 2 0302520巧101412o6啊沁一-亞堿133.53.5845時間(hr)型反硝化聚磷過程業(yè)硝酸鹽與囉臨2枝變化時間(hr)圖7反硝化聚磷過程磷酸鹽濃度片)rp的變化(<營)毎復(fù)鑿解決反硝化與生物脫氮對cod的競爭，同時完成反硝化除磷過程，no2n和pojp去 除率分別達(dá)到96.55%和92.44%,出水po/一p濃度在lmg/l左右。具有較高的反硝化 除磷性能。(<巻)藝糞m徙輕歸=.(uboe)吋間(hr)圖8第三階段

16、磷酸鹽去除率的變化過程557083.53.罰第刑介段蹦浚鹽去除率的變化過程()<爸弋聿暑b2.3第一階段和第二階段馴化后的活性污泥在好氧、缺氧條件下的吸磷比較wachtmeister和meinhold認(rèn)為，缺氧吸磷和好氧吸磷速率的比值能夠反映反硝化 聚磷菌與全部聚磷菌的數(shù)量比例。通過這個方法分別對第二階段和第三階段開始時 體系中的反硝化聚磷菌的數(shù)量作估計，以考察反硝化聚磷菌富集的效果。厭氧結(jié)束后，把污泥平均分成兩份，分別置與容積相同的兩個靜態(tài)反應(yīng)器中。其屮一 份在好氧條件下運行，另外一份投加亞硝酸鹽作為電了受體在缺氧條件中運行。2. 3. 1在進(jìn)入第二階段前，將經(jīng)過第一階段訓(xùn)化的活性污泥

17、進(jìn)行缺氧吸磷測試試驗。由圖10可知，,體系中磷的濃度為25mg/l，吐磷速率為1.81 mgp/ (h*mlss)。在好氧環(huán) 境屮運行的反應(yīng)器屮岀現(xiàn)了良好的好氧吸磷性能，經(jīng)過4.5小時的好氧吸磷，體系小的 pojp濃度下降到1.lmg/l,好氧吸磷的速率為1.力mg/h,出水po43_p濃度為1.10 mg/l, 去除率到達(dá)95.6%；而在缺氧條件運行的反應(yīng)器，體系在缺氧結(jié)束后濃度為19mg/l,有 6 mg/l的磷被吸收，反硝化吸磷的速率為0.44 mgp/ (h*mlss)。反硝化除磷菌山全部聚 磷菌的比例為24.5%,這說明反硝化除磷菌在厭氧/好氧的運行中已存在，不過數(shù)量較少,未成為優(yōu)勢

18、菌群30205o缺氧一一好氧133.53.58457.5時間(hr)圖10第-階段馴化后的活性汚泥在缺氧、好氧聚磷比較2. 3. 2在進(jìn)入第三階段前，對經(jīng)第二階段馴化的活性污泥進(jìn)行相同的試驗0. 00 111111'0133. 53. 58457. 5時間(hr)圖10第二階段馴化后的活性污泥在缺氧好氧條件卜-聚磷比較31 - &圖10可知，經(jīng)過第二階段馴化后的活性污泥在好氧的條件下仍然有良好的好氧吸 磷性能，好氧吸磷速率為0.66 mg/h,去除率達(dá)79.5%。比第一階段馴化后的91.47% 降低12%,這有可能因為好氧反應(yīng)中，曝氣量不夠。這說明以亞硝酸鹽作為電了受體 的反硝

19、化聚磷菌同樣也能夠利用氧作為電子受體。而在缺氧條件運行的反應(yīng)器，經(jīng)過 4.5小時充分缺氧吸磷，體系中磷的濃度從15 mg/l降至3.24 mg/l,反硝化除磷率達(dá) 到78.4%,缺氧吸磷速率為1.12 mgp/ (h*mlss),表明體系中反硝化除磷菌占的比例 高達(dá)76.57% o高于有關(guān)文獻(xiàn)所報道的64%2.4體系運行的sv變化1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 28 29 30 31 32 33 34hlfuj (d)圖第.：階段化過程如圖5所示，在整個第二階段，sv不斷下降，從開始的27.6

20、%下降到該階段結(jié)束 的9%。這是由于第二階段在厭氧或真缺氧的條件下運行，污泥中的絲狀菌不能在該 環(huán)境內(nèi)生存，而使活性污泥菌膠團(tuán)難以結(jié)合，泥快變小2.5馴化過程中的影響因素2. 6. 1不同濃度亞硝酸鹽氮對反硝化除磷過程得影響維持污泥濃度為3500 mg/l,加入模擬廢水廢水中cod濃度為200 mg/l,磷濃度為6 mg/lo經(jīng)過3h充分厭氧，體系中磷濃度上升到15.11 mg/l,同時cod全部被吸收。厭 氧放磷結(jié)束后，取相同體積懸浮液分別置于三個相同的靜態(tài)厭/缺氧裝置屮。第一個裝置 屮加入亞硝酸鹽氮20 mg/l,第二個裝置屮加入亞硝酸鹽氮30 mg/l,第二個裝置屮加入 亞硝酸鹽氮30

21、mg/l,觀察缺氧條件中不同濃度亞硝酸鹽氮對反硝化除磷性能的影響。 20mg/l a 60mg/l . 30mg/l1512963033.5457.5時間(hr)圖13亞硝酸鹽氮濃度對反硝化除磷過程的彩響如圖13所示，亞硝酸鹽氮濃度為30mg/l時，缺氧結(jié)束時體系中磷的濃度為5.14mg/l, 有9.98mg/l被吸收，去除率達(dá)66%。體系表現(xiàn)出較好的反硝化除磷性能。亞硝酸鹽氮濃 度分別為20、60 mg/l時，休系屮出水磷濃度分別為7.82、7.5 omg/l,較亞硝酸鹽氮濃 度為30mg/l時高。33.5457.5時間(hr)圖14反硝化除磷過程亞硝酸鹽氮濃度變化3、営)由圖14可見，亞硝

22、酸鹽氮初始濃度分別為20、30、60mg/l時，到缺氧結(jié)束，濃度乂 分別下降到6.0k 14.87、4.23mg/l,亞硝酸鹽氮的去除率分別為70%、83%、75.21%。 由此可見亞硝酸鹽氮濃度在30mg/l時，體系獲得較好的反硝化除磷性能。但應(yīng)該注意到, 體系當(dāng)中還存在一定量不能利用亞硝酸鹽氮作為電子受體的反硝化菌，導(dǎo)致在除磷率分 別為48.3%、50.4%、66%時，出現(xiàn)對應(yīng)的亞硝酸鹽氮去除率分別為70%、75.21%、83% 的反硝化除磷異步現(xiàn)象。綜上所述，亞硝酸鹽氮濃度為30 mg/l時，體系的反硝化除磷 效果最好，最佳的氮/磷投加比例為2/1。2. 6. 2不同投加方式對反硝化聚磷

23、的影響在反硝化除磷過程中，反硝化除磷性能跟亞硝酸鹽的投加方式有關(guān)，試驗分兩種情況 分析亞硝酸鹽的不同投加方式對反硝化聚磷的影響。在sbr反應(yīng)器屮維持污泥濃度為 3500mg/l,加入模擬廢水，經(jīng)3小時充分厭氧，將一定量混合液平均置于在兩個相同的 靜態(tài)厭/缺氧裝置中。兩個裝置中初始亞硝酸鹽濃度都為30mg/l,第一個裝置采用一次性 投加，第二個裝置采用流加lh方式投加亞硝酸鹽。(¥)0864208641a 1a «1 1a 11磷酸鹽濃度-亞硝酸鹽濃度5040302010(、_、曾)0133.5457.5吋間(hr)圖15.次性投加亞硝酸鹽對反硝化除磷過程的影響粗-亞硝融槻3

24、3.5457.時間(hr)圖16流加lh'll；硝酸鹽對反硝化除磷過程的影i響25205 0 11 1a lo5086420864211 11 1 11 11試驗結(jié)果如圖15、16所示，兩種投加方式的休系都取得了較理想的反硝化除磷效果, 出水磷的濃度分別為5.32、324mg/l,出去率分別達(dá)64.53%、78.37%?？梢?采用lh 流加的可取得更好的反硝化除磷效果。3、結(jié)論3以亞硝酸鹽為電子受體反硝化聚磷菌存在于傳統(tǒng)的厭氧/好氧運行體系中。通過厭 氧/缺氧的運行條件能夠篩選及富集到具有反硝化聚磷性能的反硝化聚磷菌。未經(jīng)馴化的 運行體系中，反硝化聚磷菌山總聚磷菌數(shù)目的24.8%,經(jīng)過

25、馴化后，體系中的反硝化聚 磷菌可以達(dá)到總聚磷菌數(shù)目的98.5%。3.2穩(wěn)定運行的sbr反應(yīng)體系具有良好的反硝化聚磷性能，磷的出水濃度在1 mg/l 左右，磷的去除率達(dá)到90%以上。3.3缺氧條件下，亞硝酸鹽的濃度及其投加方式對反硝化聚磷有很大的影響。當(dāng)亞硝 酸鹽投加濃度在30 mg/l,與釋磷量組成2： 1的比例吋，體系的反硝化聚磷效果最好。 同樣的投加濃度，采用lh流加的投加方式能獲得比一次性投加更好的反硝化聚磷效果。3.4反硝化聚磷菌以亞硝酸鹽為電子受體，使反硝化與聚磷能夠在相同條件下完成， 有效解決cod不足的問題，降低了污泥產(chǎn)量。同時反應(yīng)時間的縮短，使處理負(fù)荷降可以 提高，達(dá)到節(jié)能增效

26、的目的。參考文獻(xiàn)經(jīng)過長時間的實驗過程，論文終于順利完成，在此非常感謝指導(dǎo)老師周康群老師與 劉暉老師對我實驗理論與實驗過程的悉心指導(dǎo)，使我從屮受益不少；感謝劉潔萍老師在 實驗儀器與用晶上以及技術(shù)上的大力支持，此論文的完成還得益于木論文小組的全體成 員共同努力，大家積極投身于實驗工作。在完成論文的工程中，使我對水污染處理工藝 調(diào)試方面和數(shù)據(jù)分析有了很大程度的了解，為我h后工作帶右很大益處。最后還要感謝 其他協(xié)助我的同學(xué)。學(xué)生承諾書本畢業(yè)論文的實驗部分是在老師的帶領(lǐng)和指導(dǎo)下，和同學(xué)合作完成的，而本文章是在老師的指導(dǎo)下獨立完成的，絕不是抄襲別人的成果，若有虛假，木人愿對木畢業(yè)論文的真實性負(fù)全部責(zé)任。本

27、人簽名：日期：年月 日仲愷農(nóng)業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）成績評定表姓名梁硯心學(xué) 號2003103241242007 屆院係）別環(huán)境科學(xué)與工程系專業(yè)、班級環(huán)境工程031班畢業(yè)論文（設(shè)計）題目短程反硝化除磷菌篩選與富集及其影響因素的研究指導(dǎo)教師姓名、職稱周康群（副教授）劉暉（副教授）論文（設(shè)計）摘要:采用動態(tài)sbr反應(yīng)器，在厭、缺氧交替環(huán)境対以亞硝酸鹽為電子受體的反硝化除磷菌 （denitrifying phosphorus removing bacteria,簡稱 dpb）篩選和富集,分析了亞硝酸鹽濃 度及英投加方式對反硝化聚磷過程的影響。結(jié)果表明，該種反硝化聚磷菌存在于傳統(tǒng)污水處理工 藝的活性污泥屮。經(jīng)過3個階段的篩選和富集，在穩(wěn)定運行的反硝化除磷體系具