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以丙酸为碳源的反硝化除磷工艺运行特性及影响因素研究

李观元  
【摘要】: 乙酸和丙酸是废水中最主要的短链脂肪酸,丙酸是生物除磷过程的优质碳源已得到证实。然而,已有研究对丙酸的降解机理及除磷过程探讨较少,且对丙酸能否增强反硝化除磷效果及稳定性存在争议。本实验以丙酸为碳源,通过对不同运行工况及影响因素的分析,对系统的高效稳定运行条件进行探讨。并对体系的微生物特性及基质转化动力学进行分析。 利用丙酸为碳源实现了A/A-SBR反硝化除磷反应器的成功快速启动,反硝化除磷菌得到很好的富集,反应体系迅速达到理想的处理效果。 分别以乙酸和丙酸为碳源对工艺的反硝化除磷效能进行了对比研究。丙酸作为碳源更有利于反硝化除磷系统的高效稳定运行。稳定运行的反硝化生物除磷体系具有良好的同时反硝化除磷脱氮性能,除磷和脱氮效率分别达到98%和96%,COD去除率在86%以上。较乙酸盐为碳源时磷的去除率可高出5个百分点,每吸收1mgPO43--P约消耗1mgNO3--N。 对厌氧/好氧、厌氧/缺氧+末端曝气、厌氧/缺氧条件下的运行情况进行了对比分析。实验发现:单纯的A/A-SBR系统长期运行,系统COD及氮磷的去除率降低、污泥产率下降,系统除磷功能逐渐丧失。增加0.5h的辅助好氧阶段,系统可以实现长期稳定运行,磷的去除率可以达到98%。 考察了除磷过程中的影响因素。发现碳源、pH、硝酸盐、SRT、后好氧时间等对反硝化除磷体系的长期高效稳定运行均有较大影响。本试验确定的最佳反应条件为:COD(丙酸)300mg/L、NO3--N浓度为70mg/L、PO43--P浓度为18mg/L、PH=7、SRT=20d,辅助好氧时间为0.5h。 利用PCR-DGGE、SPSS软件、扫描电镜及克隆测序技术对工艺中微生物的群落特性、种属归类、功能菌群相似性及群落演替过程进行了研究。微生物的群落结构变化与工艺的运行效能的改变历程较为一致;系统中因具有反硝化除磷功能的菌群的逐渐衰亡及反硝化细菌的大量繁殖而导致的生物群落结构的变化是造成反硝化除磷功能丧失的主因。 通过对各个运行阶段典型周期内的COD及氮磷降解动力学分析,求解出各特征污染物的降解拟合方程并得到相应的降解系数。拟合值与实测值具有较好的一致性并与实验现象相符合;拟合结果与实际工艺的运行效果及反应体系中菌群结构的变化得到了相互验证,证明了实验结果的准确性。


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