（环境科学专业论文）移动床sbr反应器处理高氨氮废水的研究.pdf

移动床s b r 反应器处理高氨氮废水的研究 a b s t r a c t i nt h i sp 印e r t h e m o v i n g b e ds b rs y s t e m i se s t a b l i s h e dt 0d e a j 、析t h a 瑚m o n i a 。n i t r o g e nw 邪t e w a t e rb yo p t i m i z i n gt h ep r o c e s so p e r a t i n gp a 瑚m e t e r s m e m b 啪eb i o l o g i c a lq u 锄t i 吼m ee v o l u t i o nm e c h a m s mo fs p e c i e sa n dc o 删【l l u n 时 s t r u c t u r ea r e i n v e s t i g a t e db ym i c r o b i o l o g ym o l e c u l a rt e c h n i q u e s t h em a i n r e s e a r c hc o n t e n t s 锄陀s h o w na sf 0 u o w s ： ( 1 ) t h ep e 响肌锄c eo fm o v i n g - b e ds b rs y s t e md e a l i n g 晰t ha m m o f l i a u n d e rm ec o n d i t i o no fn h 4 + nlo o m g l ，c o dd e c r e a l s i n gf 而m4 0 0 m g lt 0 2 0 0 m g l 鲈a d 帆l i y t l l en h 4 + 。nr e m o v a lr a t eo fs y s t e mr1 ( 2 5 p a c h n gf i nr a t e ) 锄dr 2 ( 13 p a c k i n gf i l lr a t e ) a r ew e l l i i lm i n gp r o c e s s ，m ei l i t r i t ea c c u m u l a t i o n 锄dd e n i t r i f i c a t i o na l la p p e 盯i i lm em o v i n gb e ds b rs y s t e m m o r e o v e r t 量l e r ei sa p o s i t i v er e l a t i o n s h i pb e t 、 ，e e nt l l e 舢r a t e 锄dt h et 、op h e n o m e n o 璐1 1 1 eh i g l l e r c o dc o n c e n t r a l t i o ni sc o n d u c t i v et od e n i t r i f i c a t i o n 锄dn o tt ot l l ea c c 啪u l a t i o no f m t r i t e ( 2 ) t h em i c r o b i a lp h 硒ea n a l y s i sr e s u i t so fm o v i n gb e ds b rs y s t e m r e s u l t so fs c 锄i n ge l e c t r 0 n m i c r o s c o p y ( s e m ) o nd i f r e r e n tp e r i o d so ft 1 1 e s u s p e n d e df i i l e rb i o - f i l ms h o wt i l a tb r e v i b a c t e r i u mo c c u p yam 勾o rp o s i t i o ni i lt h e o r i g i n a ls l u d g e i i le 盯l yr u r m i n gs t a g e ，t l l e 托i st 觚f l o c c u l e n tf i l mo np a c l ( i n g s u k e 诵ml o o s es t r u c t u r e i i lt 1 1 em i d d l eo fr 咖- n i n g ，ad e n 辩y e l l o w - b r o 、v n b i o - f i l mf o 肌so nt l l ef i l l e rs u r f a c e e l e c 仃d nm i c r o s c o p yo b s e r v a t i o ns h o 、v st h a t b a c i l l u s 锄dc o c c u sa r ee 耐c e n t ，g a t h e r i n gi n t 0am 嬲s f i l a m e n t o u sb a c t e r i a w r a p p e di nm i c r o b i a ls h a p e 铲a d u a l l ya 豫b l u r r e d b k - e n db i o f i l mc o l o ri s d e e p e n e d m o r ei n t e n s i v eb a c t e r i ao b s e r v e db ye l e c t r o nm i c r o s c o p ys h o w sm a t b i o f i l m sh a v ea l r e a d yr e a c h e dq u i t em a t u i es t a g e r e s e a r c ht h ec o m p o s i t i o n 锄dd i v e 硌i t yo fm i c r o b i a lc o m m u n i t i e si nm e s y s t e m u s i n gp c r d g g e t h er e s u l t ss h o wt h a tm eb a c t e r i as p e c i e sa 托r i c hi nt h e 陀a c t o r 锄dt l l em a i nk i n di st 1 1 ep r o t e o b a c t e ag e n u s m o s to ft h eb a c t e r i ab e l o n gt o r o b i c h e t e r o t r o p h i cb a c t e r i a 锄das m a l ip a ni sf a c u i t a t i v e 锄a e r o b e t h e 他a r e5b 鲫d s u h a v i n gt h e 如n c t i o no fr e d u c t i o nf o rn i t r a t e 觚dn i t r i t e t h em a i na m m o n i a - o x i d i z i n g b a c t e r i ai nm er e a c t o ri sn i t r o s o m o n 嬲t h r e eo ft 1 1 e mb e l o n gt 0n i t r o s o m o n 嬲 e w - 0 p e a n ，w h i l et l l eo t h e 璐a r en o n c u l t i v a t e d ( 3 ) s t l l d yo fi n f l u e n c i n gf a c t o r so fr 哪i n gf o rm o v i n gb e ds b rs y s t e ms h o w s t l l a t ： 1 1 1 en h 4 十nr e m o v a lr a t e su n d e rt l l ec o n d i t i o n so ff o u rc a r b o ns 0 u r c e s ( e t h a n o i ， s o d i 啪e t a t e ，g l u c o s e 锄ds u c r o s e ) d i d n th a v es i 鲥f i c 觚td i 髓r e n c e w h e n s 0 d i u m e t a t e 弱t 1 1 ec a r b o ns o u r c e ，t nr e m o v er a t ew 勰t 量l eh i g h e s t u n d e rt h e c o n d i t i o no fn h 4 + nlo o m g l ，t i l en h 4 + nr e m o v a i 豫钯d e c r e 觞e s 、i t l lt h ei n c r e a o fc o dc o n c e n t r a t i o nw h i l ec o dw 弱证l 0 0 4 0 0 m g l b u tt i l en h 4 + nr e m o v a l r a t e sw e r ea l ld b 0 v e9 9 t h eh i g h e rt h eo r g 锄i cc o n c e n 眦i o ni s ，t i l e 伊e a t e rm et n r e m o v a lm t e a m m o n i ac o n c e n t r a t i o ni i lt l l e r 锄g eo f3 0 - 5 0 m g l ，t l l er e m o v a l e 衔c i e n c yi sb e t t e r g e n e r a l l ys p e a l ( i n g ，a r e rf i v eh o u r so f 陀t i o n ，m e 崩n o v a li s n e a r i y l0 0 t h ed e 伊a d a t i o no fa m m o m ai nm ec o n c e n 咖i o no fl5 6 0 m g l f b u o w st l l ef i r s to r d e rr e a c t i o nk i n e t i c s k e y w o r d s ：s u s p e n d e df i l l e r ；m o v i n g b e ds b rr e a c t o r ；k g i ls 骶n g ma m m o n i a w 嬲t e w a t e r ；m i c r o b i o l o g i c a la n a l y s i s n i 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 选题背景和意义 含氮污染物是造成水体富营养化和环境污染的重要物质，污水排放中的氨 氮控制越来越受到重视。传统的生物脱氮技术是建立在硝化反硝化机理上，利 用好氧硝化、缺氧反硝化来达到脱氮的目的。但这种工艺存在一些缺陷如硝化 菌群增殖速度慢，且硝化菌世代长，难以维持较高生物浓度，造成系统总水力 停留时间较长，有机负荷较低，相应增加了基建投资和运行费用等。此外，高 浓度氨氮废水成分较为复杂，可生化性较差，因此，根据不同的废水水质特征， 开发高效、低能量消耗( 避免出现污染转移现象) 、少资源损耗的生物脱氮技术 是废水生物处理领域一个重要的研究方向。 移动床生物膜( m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r ，m b b r ) 法具有污泥浓度较 高、运行方便、成本低等优点，可单独用于生物脱氮或和其它工艺联合，具有 较好的应用前景，但该工艺中也存在如填料选择、运行条件优化、微生物种群 结构的调控等问题亟待解决。 1 2 传统生物脱氮技术 传统的生物脱氮技术主要采用活性污泥法和生物膜法。 ( 1 ) 活性污泥法 该工艺采用悬浮微生物在有氧条件下对污染物进行转化，但存在耐冲击负 荷能力较弱、易产生污泥膨胀、剩余污泥多、脱氮除磷能力低等缺点。为了强 化活性污泥法的脱氮效果，研究人员对此技术进行了改进，典型工艺主要有： 三级活性污泥法脱氮工艺以及加以改进的两级生物脱氮工艺【1 捌，o ( a m o x i c o x i c ) 工艺3 1 ，两级脱氮b a r d e n p h o 工艺【4 】，氧化沟工艺【5 】，u c t 工 艺( 一种改进的a 2 o 工艺) 等【6 】o ( 2 ) 生物膜法 相对于活性污泥法中微生物的悬浮状态，生物膜法是利用固定在载体上微 生物对污染物进行处理。但生物膜脱落产生的难沉降细小颗粒会导致出水浊度 较高，总氮和总磷的去除能力亦较弱。该工艺类型主要有：生物滤池、生物转 盘、生物接触氧化法、生物流化床等【7 砌j 。 移动床s b r 反应器处理高氨氮废水的研究 ( 3 ) 活性污泥- 生物膜复合法 将活性污泥法和生物膜法优点相结合应用于生物脱氮，即在水处理构筑物 中投加密度与水相近的轻质填料，利用附着生物量与活性污泥共同去除污染物。 主要工艺类型有：序批式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c h r e a c t o ra c t i v a t e ds l u d g e p r o c e s ss b r ) 、 i c e a s 工艺、 c a s s 和c a s t 工艺、u n i t a n k 【1 1 4 6 】等。美 国i n ，i n e 教授研究开发了s b r 技术。s b r 反应池集均化、初沉、二沉、生物降 解等功能于一池，无污泥回流系统，采用时间分割的操作方式运行( 图1 ) 。 图1 1s b r 的工艺流程示意图 f i g 1 1s c h e m a t i cl a y o u t0 fs b r t e c h n i c a lp r o c e s s s b r 工艺在时间和空间上的特点形成了在运行操作方面具有较好的灵活 性，因而相继出现了i c e a s 、c a s s 、u n i t a n k 等新型工艺。i c e a s 工艺由 两个矩形池构成，每个池子分为预反应区( 缺氧) 和主反应区( 好氧) 两部分。 与传统的s b r 工艺相比，i c e a s 工艺具以下特点：( a ) 不同的沉淀特性；( b ) 设立有生物选择区；( c ) 更适用于较大规模污水的处理。 以i c e a s 工艺为基础开发出了c a s s 工艺( 图1 2 ) 。典型的c a s s 工艺由 生物选择器、缺氧区和好氧区构成。通过设置选择器、预反应区和污泥回流等 第一章文献综述 措施可控制污泥膨胀、提高有机物的去除率和实现脱氮除磷，同时通过组合多 个反应器来为静止沉淀创造条件。 出7 = _ ：夕l 剞 原水 诃带也 贮水池 图1 2 循环式活性污泥法( c a s s ) 工艺图 f i g 1 2c a s st e c h n i c a lp r o c e s sc h a n u n i w 州k 的通用形式是由通过共壁上的开孔实现水力连接的三个池子构 成( 图1 3 ) 。该系统可在恒定水位下连续运行，与传统的活性污泥法类似； u n i 吖州k 同样可在恒定水位下交替运行，出水采用固定堰，在任一时刻总有 一个沉淀池子作为平流式沉淀池；标准的u n i ”n k 系统是由三个正方形池所 组成，避免了一个反应器完全混合的不足。 此外，还有一些其他类型的s b r 工艺，如l u c a s 【4 7 1 、m s b r 【4 羽、d a 工i a t 【4 9 1 、 i d e a 【50 1 、膜法s b r 等，在保留了传统活性污泥的特点的同时，出现了连续进、 出水等新型s b r 反应器及工艺。 进水 图1 3u n i t a n k 工艺图 f i g 1 3u n l t a n k t e c h n i c a lp r o c e s sc h 目l r t 3 乘u 余污泥 由水 移动床s b r 反应器处理高氨氮废水的研究 1 3 移动床生物膜工艺 m b b r 为一种新型生物膜反应器，将微生物附在载体上，漂浮的载体在反 应器内随混合液的回旋翻转作用而自由移动，从而达到处理污水的目的。m b b r 不仅消除了活性污泥法占地大、会发生污泥膨胀以及污泥流失等缺点，还解决 了固定床生物膜法需定期反冲洗、清洗滤料和更换曝气器等繁琐的操作问题， 流化床动力消耗过大的缺点。m b b r 的脱氮除磷效果也十分突出。总之，它具 有处理能力高，能耗低，无需反冲洗，水头损失小，不发生堵塞，出水水质稳 定，耐冲击负荷能力强，结构紧凑，占地少，无需污泥回流，维护管理简单等 特点。适用范围广，主要用于市政污水处理【5 1 。5 2 】、工业废水【5 3 1 、低浓度污水和 废气等【5 4 - 5 6 1 。比较常见的工艺有活性污泥与m b b r 集成工艺( a s m i ) 、活性污 泥与m b b r 组合工艺( a s m c ) 、曝气生物流化床( a b f t ，a e r a t i o nb i o l o g i c a l f l u i d i z e d 剐( ) 、l e k p o r 生物膜工艺等1 5 7 。6 ”。 1 4 移动床s b r 工艺 序批式移动床生物膜反应器( m o v i n gb e ds e q u e n c i n gb a t c hb i o f i l m r e a c t o r ，m b s b b r ) 是将移动床生物膜反应器以s b r 方式运行，因而兼有m b b r 和s b r 的优点，更适于氮的去除。采用m b s b b r 可实现同步硝化反硝化【6 6 1 。 控制合适的操作条件还可实现同步短程硝化反硝化，有研究表明在进水 c o d l o o m g l ，氨氮浓度5 0 m g l 条件下，亚硝化率可以达到9 9 7 ，总氮去除 率为6 6 4 1 6 7 1 。 1 5 研究目的、内容及技术路线 1 5 1 研究目的 本文采用s b r 与m b b r 复合工艺，通过在s b r 反应器加入悬浮填料，建 立移动床s b r 系统：以人工模拟氨氮废水为进水，优化移动床s b r 工艺运行 参数，考察其处理效能及影响因素，并结合微生物学分子技术研究膜生物数量、 种类及菌群结构的演变规律，研究适用于高氨氮废水的新型工艺，以期为实际 废水处理工艺的设计提供技术指导。 1 5 2 研究内容 ( 1 ) 移动床s b r 系统启动及运行条件优化 4 第一章文献综述 通过连续性试验，优化移动床s b r 系统调控运行条件；研究两种不同填料、 填充率条件下移动床s b r 系统的启动挂膜及运行情况。 ( 2 ) 移动床s b r 系统优化条件下运行效能研究 在前期试验基础上重新启动移动床s b r 反应器，通过连续运行，考察优化 条件下两种不同填料填充率系统处理氨氮废水效果，并对系统中存在的同步硝 化反硝化( s n d ) 以及亚硝氮积累现象进行分析。 ( 3 ) 移动床s b r 系统微生物相分析 通过光学显微镜、扫描电镜( s e m ) 以及p c r d g g e 技术对连续性试验 中不同时期的污泥样品进行形态、结构以及微生物多样性分析，结合理化数据， 探讨移动床s b r 系统脱氮机理。 ( 4 ) 移动床s b r 系统运行影响因素研究 通过间歇性试验分别考察碳源、有机负荷及氨氮负荷对移动床s b r 反应器 处理氨氮废水效果的影响，获取最适工艺参数。 5 移动床s b r 反应器处理高氨氮废水的研究 1 5 3 技术路线 图1 4 试验技术路线图 f 嘻1 4t 1 1 ee x p e r i m e n t a lt e c h n i c a im u t ec h a n 6 第：二章材料与方法 第二章材料与方法 2 1 试验装置与填料选择 2 1 1 试验装置 设计组建了移动床s b r 系统连续运行装置和间歇运行装置。 ( 1 ) 移动床s b r 系统装置 移动床s b r 系统装置主体为圆柱型有机玻璃制品，反应区域内径为 1 0 0 m m ，高为6 0 0 m m ，有效容积为4 l ；供气装置由空气压缩机、气体流量计、 微孔曝气头组成，空气压缩机产生气体流经转子流量计，再通过微孔曝气头供 氧；进水通过蠕动泵投加入各个反应器中，出水通过电磁阀流入出水桶；整个 系统运行程序由时间程序控制器实现自动控制( 图2 1 ) 。 d 。一季 “一 r 卜- i ( 刮l 商垂：- l 蠕动泵2 进水桶3 出水阀4 空气压缩机 5 气体转子流量计6 时间程序控制器7 取样口 图2 1 连续性试验装置示意图( 左) 及照片( 右) f i g 2 1t h ec o n t i n u o u st e s tr e a c t o rc h a n ( 1 e r ) a n dp h o t o ( r i g h t ) 移动床s b r 反应器处理高氨氮废水的研究 ( 2 ) 移动床s b r 系统间歇试验装置 移动床s b r 系统间歇试验装置由四套完全相同的简易模拟、内置填料的小 型s b r 反应器组成，反应器主体为圆柱型无盖玻璃容器，内径1 5 c m ，高1 8 c m ， 容积3 l ，有效容积2 l ，由小型充氧泵连接微孔砂头进行曝气供氧( 图2 2 ) 。 1 弓2 号 。3z 4 1 弓2 号 ji 4 图2 2 间歇性试验装置示意图 f i g 2 2t h ei i l t e m i t t e n tt e s tr e a c t o rc h a n 2 1 2 填料选择 试验填料为聚烯烃类材质，空心圆柱状，中间为十字架搭接，尺寸约为 q 1 c m l c m ，密度略小于水，比表面积为1 2 0 0 m 一，抗酸碱耐老化，耐生物降解， 不受水流影响，使用寿命长，不需频繁更换。挂膜后填料内外均有淡黄褐色生 物膜，内部明显厚于外部。载体挂膜前静止时浮于水面，曝气时依靠气体和水 力作用，可与泥水充分混合，自由流动；挂膜后载体静止时基本沉入反应器底 部，曝气时可流化于水体之中。 嚼 喀9 图2 3 填料挂膜前( 左) 和填料挂膜后( 右) 对比图 f i g 2 31 1 1 ec 伽p “np h 咖o f 舢e r ( 1 e f i ) 锄df i l l e rw i 也b i o f i l m ( r i 咖) 囝 乏， p 第二章材料与方法 2 2 试验用水与接种污泥 2 2 1 试验用水 人工配制模拟废水，以蔗糖等有机物作为碳源，氯化铵作氮源、磷酸二氢 钾为磷源，以碳酸氢钠作为p h 调节剂及无机碳源，各成分用量根据试验需求 确定，具体成份见表2 1 、表2 2 。 表2 1 人工配水主要组分 1 - a b l e2 - 1t h em a i nc o m p o n e n to fa n 确c i a lw a t e r 表2 2 微量元素成分及含量( 1 m l l ) t a b l e2 2n ec o m p o n e n t 锄d 绷0 u m0 ft 眦ee l e m e n t s 2 2 2 接种污泥 接种污泥取自合肥市望塘污水处理厂氧化沟，污泥m l s s 为4 2 0 0m g l ， 沉降后弃上清液，经实验室培养一段时间后备用。 2 3 常规分析项目与方法 c o d 、n h 4 + - n 、n 0 2 。n 、n 0 3 - n 、m l s s 、m l v s s 、生物膜量、p h 和d o 的分析方法及仪器见表2 3 。 9 移动床s b r 反应器处理商氨氮废水的研究 表2 3 实验项目分析方法和仪器 t a b l e2 - 1t h e e x p e r i m e n t a l 锄a i y s i sm e t h o d 锄di n s t r u m e n t s 其中氨氮、m l s s 、m l v s s 、生物膜量及s v 属于常规指标检测，按照水 和废水监测分析方法( 第四版) 中标准进行；温度、p h 和d o 采用美国h a c h n s i o n 刑便携式多参数测定仪直接读数监测；c o d 及硝氮、亚硝氮的测定分 别采用了较新的密闭消解比色和离子色谱法。 2 3 1c o d 的测定 ( 1 ) 基本原理 将样品加入相应量程的c o d 预制试剂瓶，在指定程序下加热密闭消解， 通过氧化还原反应，试剂中的重铬酸根离子( c r 2 0 7 2 ) 部分转变为铬离子( c ，) ， 在配套的分光光度计中选择相应程序进行比色，低量程( o 7 1 5 0 m g l ) 时可将 c ，残留量转化为c o d 值( 4 2 0 衄) ，高量程( 2 0 1 5 ，o o o m g l ) 可将c r 3 + 生 成量转化为c o d 含量( 6 2 0 姗) 。 ( 2 ) 操作步骤 样品预处理：用l o m l 离心管从固定位置取样后立即离心( 6 0 0 0 叩m ， 1 0 m i n ) ，上清液过o 4 5 p m 滤膜后尽快检测分析；未测样于一2 0 冷冻保存， 一周内完成测定，样品解冻后需均匀化处理再进行后续步骤。 预热：打开d r b 2 0 0 消解仪，选择c o d 程序( 1 5 0 ，1 2 0 m i n ) 进行 预热。 1 0 第二章材料与方法 加样：用移液管吸取2 m l 样品加入2 0 1 5 0 0 m g l 量程的试剂瓶中；每 组样品执行一个空白测试，以2 m l 去离子水作为空白加入相同批号的试剂瓶 中；拧紧瓶盖后上下晃动混合，确保瓶壁清洁干燥。 消解：将所有样品及空白插入事先预热的d r b 2 0 0 反应器进行消解， 加热两小时后关闭反应器，约2 0 m i n 后取出小瓶，晃动几次后置于架上冷却至 室温。 比色：打开d r 2 8 0 0 便携式分光光度计，选择c o dh r 2 0 1 5 0 0 程序， 用湿润纸巾清洁小瓶外壁，将空白插入比色皿座，调零后即可插入样品直接读 数( 以m g l 作为c o d 单位) 。 2 3 2 亚硝氮和硝氮的测定 ( 1 ) 基本原理 i c s 1 5 0 0 离子色谱系统由淋洗液、高压泵、进样阀、离子交换柱( 保护柱 分离柱) 、抑制器、电导池和数据处理系统组成，液体样品注入定量环后由淋 洗液( 碳酸钠和碳酸氢钠混合液) 推入离子交换柱系统，由于离子半径和价态 的不同，分离柱对不同离子的亲合度也不同，由此达到分离效果，已分离的样 品离子随淋洗液进入抑制器进行降噪，在这里阴离子转换为高电导度强酸，而 淋洗液则被转换成低电导度的碳酸，电导被抑制；随后样品离子电导率经由电 导池检测，检测信号传输至数据收集系统，根据离子保留时间、峰高或峰面积 等参数进行定性定量计算，得到最终结果。 ( 2 ) 操作步骤 色谱条件：c h r o m e l e o n 色谱工作站；i o n p a s l 4 阴离子分离柱；a s r s 抑制器；淋洗液( 4 5 m mn a 2 c 0 3 和o 8 m mn 枷c 0 3 混合溶液) ；流速1 0 m l m i n ， 进样定量环2 5 h l ，柱温3 0 ，抑制器电流为2 5 m a ，以峰面积定量分析；单个 样品分析时间1 5 m i n 。 建立标准曲线：根据所测样品阴离子含量大致范围选择配置合适的标准 溶液浓度，本实验依亚硝氮和硝氮含量为计量单位配置了四种不同浓度的标准 混合溶液，在最佳色谱条件下完成分析，由色谱工作站根据浓度和峰面积对应 关系直接进行回归处理，绘制出标准曲线。 移动床s b r 反应器处理高氮氮废水的研究 样品预处理：样品采集后立即离心( 6 0 0 0 巾m ，l o m i n ) ，经0 4 5 岬微 孔滤膜过滤后即进行分析测定，未测定样品置于清洁聚乙烯管中一2 0 冷冻保 存，于4 8 h 内完成分析检测；为确保样品净化，进样时可加s p e c 1 8 固相萃取 小柱及0 2 2 岬微孔过滤头处理。 样品分析：在完成开机、开阀、开泵、活化抑制器、启动工作站等一系 列工作后，采集基线，稳定后打开样品表文件，即可将样品注入离子色谱仪进 行自动分析。 2 4 特殊分析项目与方法 2 4 1 比耗氧速率( s o u r ) 的测定 比耗氧速率( s o u r ) 指单位时间单位活性污泥的耗氧量，可作为污泥活 性评价指标。本试验采用密闭间歇曝气法【7 2 1 分别对移动床s b r 系统中氨氧化 菌、亚硝氮氧化菌及异养菌的活性进行测定，对应的标识符号为s o u l h h j 、 s o u r n 0 2 、s o u r h ，将s o u r n h 4 与s o u r n 0 2 之和作为总硝化菌群活性，记为 s o u r n 。 s o u r 测定装置自行搭建，由锥形瓶、带孔橡皮塞、溶氧仪及磁力搅拌器 构成( 图2 4 ) ，试验具体步骤如下： ( 1 ) 预先将待测污泥曝气清洗，以去除残存底物及有毒有害物质，测定 m l s s ： ( 2 ) 配置基质溶液( 见表2 4 ) ，配好后至锥形瓶中曝气，达到氧饱和； ( 3 ) 取定量污泥混合液至装有预先空曝基质溶液的锥形瓶中，迅速插入装 有溶氧电极的橡胶塞，打开磁力搅拌器，稳定后每隔l o 2 0 s 记录读数： ( 4 ) 根据记录数值绘制溶氧时间曲线，由斜率得到耗氧速率( o u r ) ， 其与污泥浓度( m l s s ) 的比值即为比耗氧速率( s o u r ) 。 表2 - 4 基质溶液组分 t a b l e2 - 4t h ec o m p o n e n to f b 鹊i cs o l u t i o n s 比好氧速率基质溶液 s o u r h s o u r n h 4 蔗糖( c o d 为2 0 0 m g ，l ) 、微量元素 氯化铵( 氨氮为1 0 0 m g ，l ) 、微晕元素 1 2 第二章材料与方法 s o u r n 0 2 亚硝酸钠( 亚硝氮为5 0 m g l ) 、微龋元素 注：微量元素成分参见表2 2 图2 4 测定s o u r 装置图 f i g 2 4t 1 1 es o u rd e t e n n i n a t o r 2 4 2 扫描电镜( s e m ) 检测方法 采用扫描电镜观测移动床s b r 系统原始污泥及不同时期生物膜样品的三 维立体形态，分析载体挂膜及其微生物群落结构，具体方法如下： ( 1 ) 将冷冻样品解冻后离心，弃上清液； ( 2 ) 将2 5 的戊二醛加入并浸没样品，于4 冰箱固定过夜； ( 3 ) 固定后样品用0 1 m o 儿p h 7 2 的磷酸缓冲溶液冲洗5 次( 低速离心 1 0 m i n ) ： ( 4 ) 依次用5 0 、7 0 、8 0 、9 0 浓度的乙醇进行脱水，除7 0 浓度乙 醇条件下需放置过夜使脱水完全，其他条件下均进行1 0 1 5 m i n 即可；最后再 用1 0 0 乙醇脱水3 次( 1 0 一1 5 m w 次) ； ( 5 ) 脱水后样品用冷冻干燥机进行干燥； ( 6 ) 将样品粘贴于s e m 观测台，用离子溅射镀膜仪在观测表面镀金属膜 ( 约1 5 0 0 啪厚) ： ( 7 ) 将样品置于扫描电镜下在不同倍数条件下进行观测。 2 4 3 微生物多样性( p c r d g g e ) 分析方法 运用巢式p c r d g g e 技术对移动床s b r 系统原始污泥及不同时期生物膜 样品的微生物多样性进行分析，步骤如下： ( 1 ) d n a 提取：样品解冻后立即采用化学裂解( 酚氯仿异戊醇抽提) ， 试剂盒纯化的方法提取d n a ，经电泳检测，所得d n a 片段等于或略大于2 3 k b ： 1 3 分光光度计检测，a 2 6 0 a 2 8 0 均在1 7 6 1 7 9 ，表明得到纯度较高、较完整d n a ， 可作为p c r 扩增模板。 ( 2 ) p c r 扩增：试验设计选取了两组不同引物对进行巢式p c r ，一组是 以通用引物对样品中细菌1 6 sr d n a 进行扩增，另一组则针对p a o b 进行特异 性扩增，主要分析样品中的氨氧化细菌，具体引物及p c r 条件见表2 5 和表2 6 。 表2 5p c r 扩增方案 t b l b l e2 5p c r 绷p l i f i c a t i o np r o g r 枷 引物引物序列( 5 3 ) 特异性 ( 3 ) d g g e 分析 1 4 第二章材料与方法 采用美国b i o - r a d 公司的d c o d e 系统对p c r 产物进行电泳分离，a 方案 的电泳条件为6 聚丙烯酰胺凝胶，变性梯度为4 5 7 5 ；b 方案为8 聚丙烯 酰胺凝胶，变性梯度为3 0 南o ，都于6 0 ，7 5 v 条件下的1 t a e 中电泳1 6 h ， 结束后用溴化乙锭对凝胶进行染色，图像拍照存档并用凝胶分析软件q 啪t 时 o n e ( v 4 6 2 ) 对图谱条带进行分析。 ( 4 ) 目的条带的克隆测序 挑取d g g e 图谱中主要目的条带进行切胶回收，溶于7 0 p lt e 中，4 过夜， 以此为模板，以不带g c 的二轮引物进行p c r 扩增，产物经2 琼脂糖凝胶电 泳检测并切胶纯化，纯化产物与p e a s y t 3v e c t o r 载体连接( 上海生工) ，转 化到e ，f 感受态细胞，l b 培养基( 含x - g a l 、i p t g 和a m p ) 平板培养1 6 h ( 3 7 ) ；蓝白斑筛选阳性转化子接种于l b 培养基中，3 7 振荡4 5 h ，以m 1 3 + 引物对重新扩增后测序( 上海生工) 。 ( 5 ) 同源性分析 测序结果用c h r o m 嬲软件处理后提交到g e n b a n k 数据库，用b l a s t 将目 标序列与基因库中所含序列进行比对，选取相似度高的通过m e g av e r s i o n 5 o 软件的n e i g h b o r - j o i i l i n g 算法构建系统发育树，用b 0 0 t s t r a p 法检测缩减系统发 育树的可信程度，自展次数设为1 0 0 0 ，遗传距离分析( k i m u r a2 - p a 阳m e t e r m o d e l ) 。 1 5 移动床s b r 反应器处理高氨氮废水的研究 第三章移动床s b r 系统运行效能研究 3 1 移动床s b r 系统启动 将污泥混合液与填料( v 2 5 ) 加入反应器，混合均匀；注入人工配制 模拟废水以驯化培养所需微生物。运行模式：瞬时进水一曝气1 6 h 一静置 3 0 m i n 一瞬时排水一闲置，每天运行一个周期，换水比约5 0 ，进水氨氮 1 0 0 m g l ，c o d 根据实验情况调整。主要控制参数：曝气量4 0 l m i n ，d o 控 制在5 5 m g l 左右，运行过程中p h 在7 0 8 5 之间波动，温度为室温( 约 1 1 1 9 ) 。 污泥驯化过程处理废水的效果如图3 1 所示，由于接种污泥原处理废水c n 较高且氨氮负荷较低，对于1 0 0 m g l 的高浓度氨氮冲击负荷起初不能适应，导 致氨氮及总氮去除率较低。为了富集硝化细菌，增强活性污泥的硝化能力，将 c o d 从5 0 0 m g l 以2 0 的梯度逐步降至2 0 0 m g l ，每个阶段大约维持5 d 左右， 经过近一个月的培养，观察到填料上附着一层淡黄褐色生物膜，污泥浓度基本 稳定在3 0 0 0 m g l ，氨氮去除率维持在( 9 0 5 ) ，总氮去除率达到3 0 以上， 可投入正常试验运行。 、 摹 、- 一 c 口 o g o 配 t i m e ( d ) + 图3 1 驯化期n h 4 - n 及t n 去除率随时间变化 + f i g 3 1t h en h 4 n 舳dt n 他m o v a lr a t e sv e 体吣t i m ed u r i n gs l u d g e c i i m a t i o np e r i o d 1 6 第三章移动床s b r 系统运行效能研究 3 2 移动床s b r 系统运行条件优化 本阶段试验主要目的是摸索试验条件，为后期运行打好基础，该阶段历时 3 5 天，反应系统连续运行7 0 周期。 3 2 1 试验运行条件 进水以蔗糖为碳源( c o d2 0 0 m g l ) ；氯化铵为氮源( 控制n h 4 + - n 为 1 0 0 m g l ) ；碳酸氢钠及微量、常量元素配量见附表2 1 、表2 2 。 运行方式：进水1 5 m i n 一曝气8 h 一静置l h - 排水1 5 m i r 卜一闲置1 5 0 m i n ；连 续曝气，不排泥，周期1 2 h ，一天运行两个周期，进水速度为8 0 印m ，曝气量 2 5 0 l l l ，d o 约为7 5 8 5 m g l ，排水体积比为5 0 ，填料投配比分别为2 5 ( r 1 ) 和1 3 ( i 也) ；m l s s 约为3 0 0 0 m g l ；温度为室温。 3 2 2 系统连续运行情况 在3 5 d 运行期间，两组移动床s b r 系统运行效果如图3 2 图3 4 所示： ( 1 ) 两系统氨氮去除率均由最初9 8 左右最后基本稳定在l o o ，出水硝 氮及总氮浓度基本成上升趋势，总氮去除率下降，可见后期脱氮效果有所下降； ( 2 ) 图3 4 为两系统运行稳定后各态氮的转化去除率对比，可见不同填料 填充率条件下氨氮去除效果都十分理想，但r l 反应器出水亚硝氮积累率较r 2 稍高，总氮去除率也较高，这可能是由于r l 中填料较多，氧气渗透力略弱于 l 也，形成的厌氧微环境较多，抑制了亚硝酸盐的氧化过程，但正因如此，却有 利于反硝化细菌的生长。 移动床s b r 反应器处理高氨氯废水的研究 t i m e ( d ) 图3 2r l 反应器出水中含氮化合物浓度随时间的变化 f i g 3 2c o n c e n 僦i o n so f e f f l u e n tn i 仃0 9 e nc o m p o u n d sv e 巧吣t i m ei nr lr e a c t o r t i m e ( d ) 图3 3r 2 反应器出水中含氮化合物浓度随时间的变化 f i g 3 3c o n c e n t r a t i o n so fe f n u e n tn i 仃o g e nc o m p o u n d sv e 幅吣t i m ei nr 2r e t o r 1 8 产of醯g-口。一瓮扫oqo=ou 第三章移动床s b r 系统运行效能研究 n h 4 + nr e m o v a i t nr e m o v a i n 0 2 - nc o n v e 陷i o n 图3 4 两反应器中含氮化合物的去除转化率 f i g 3 4n i 仃0 伊nc o m p o u n d s 他m o v a l 锄dc o n v e 体i o n 仡l e si nt 、0 陀c t o 塔 3 2 3 系统周期运行情况 于系统运行稳定后分别对两反应器进行周期跟踪监测，得到各反应器内各 形态氮含量随周期运行时间变化趋势( 见图3 5 、图3 6 ) 。 应： ( 1 ) 由图可见，两反应器内氨氮在反应中期即得到基本完全去除； ( 2 ) 在氨氮去除同时总氮也略有下降，可见在硝化的同时发生了反硝化反 ( 3 ) r l 的氨氧化速率略低于r 2 ，总氮去除效果优于r 2 ，可能是由于r l 填料多于r 2 ，导致氧气穿透力略弱，厌氧微环境较多。 1 9 移动床s b r 反应器处理高氨氮废水的研究 t i m e ( h ) 图3 5r l 反应器中含氮化合物浓度周期变化 f i g 3 5c y c l i cv a r i a t i o no fn i 仃0 9 e nc o m p o u n d s c o n c e n t r a t i o ni nr1 他戤t o r t i m e ( h ) ll m e in l 图3 6r 2 反应器中含氮化合物浓度周期变化 f i g 3 6c y c i i cv a r i a t i o no fn i t r o g e nc o m p o u n d s c o n c e n t r a t i o ni nr 2 陀t o r 第三章移动床s b r 系统运行效能研究 3 2 4 分析与讨论 由该阶段试验研究发现，所选运行条件下移动床s b r 系统氨氮去除效果良 好，在曝气4 5 h 后即可基本去除，因此可以适当缩短运行周期，以节省能耗， 提高效率；整个试验过程中观察到填料上附着生物量较少，生物膜较薄且容易 脱落，这可能是由于c o d 较低，对多数细菌生长不利，而硝化细菌世代周期 较长，生长缓慢，另外曝气量过大也会对填料表面微生物附着产生影响，因此 可以考虑培养初期增加碳源浓度以丰富微生物量，后期再慢慢降低来富集硝化 细菌，同时适当减小曝气量，以填料可以自由充分流动为准即可：移动床s b