（环境工程专业论文）carrousel+2000型氧化沟工艺调试过程中微生物学研究.pdf

塑型叁：! | ! 堡堂笪笙奎 ! ! ! ：! ! ! ! ! ! ! ! ! 型墨垡塑! ：苎塑堕整矍! 堂竺塑堂! 堕 中文摘要 本文以郑州市五龙口污水处理厂c a n d u s e l2 0 0 0 氧化沟工艺为研究对象，对 工程的概况进行简要论述，通过查阅国内外大量文献，从微生物学方面对工艺进 行了研究。本文重点研究了c a “d u s e l2 0 0 0 氧化沟工艺中有机污染物的高效降解 菌的分离、筛选和定性分析；用p c r d g g e 方法对工程启动、调试、稳定运行 三个阶段进行了微生物种群多样性变化进行了分析，得出微生物多样性与实际运 行水质的对应关系，并从微生物学方面对两种相似的c a r r o u s e l 氧化沟工艺进行 了比较研究。 郑州市五龙口污水处理厂于2 0 0 5 年3 月开始启动运行，运行2 个月后对s s 、 b o d 。c o d 、n h 4 + n 、t p 的去除率分别为9 4 、9 4 、 8 5 、9 9 、5 5 左 右。本研究共跟踪实验了6 个月时间。 首先对五龙口污水处理厂水样进行镜检，以肉膏蛋白胨培养基为基质进行接 种培养，并且对水样中的菌落总数进行测定。分离纯化得到的菌株进行c o d 降 解实验，筛选出5 株具有较高降解能力的细菌，经过二次复筛得到3 株能高效降 解废水且降解效果稳定的细菌，通过实验可以看出，大多数的细菌在1 8 h 左右降 解效率达到最高值。其后对筛选出的高效菌种做交互实验( 高效菌之间交互；高 效菌和活性污泥之间在入厂原水中的交互实验；高效菌和活性污泥之间在氧化沟 废水中的交互实验) ，与单一菌种对废水中有机污染物降解能力作比较。最后对 筛选出的高效菌种进行革兰氏染色，并对其进行生物形态方面的观察研究。 然后，在调试运行的3 个阶段。即：4 月份的启动阶段、5 6 月份的调试阶 段和8 月份的稳定运行阶段。在每个阶段中，每周在生物反应池中取一次样，通 过细胞裂解直接提取活性污泥的基因组d n a ，以细菌1 6 sr d n a 基因通用引物 ( 艮? g c 与r - 。) 进行v 3 高变异区的p c r 扩增，得到片段长约2 3 0 b p 的p c r 产 物经d g g e 分离后，获得微生物群落的特征d n a 指纹图谱。实验结果表明，不 同时期各池中微生物群落存在各自的特异种属，群落结构和优势种群数量具有时 序动态性，微生物呈现出协同变化的特征。微生物之阳j 的相似性逐渐升高，氧化 郑州人学硕十学位论文 c a r r 。u s e l2 0 0 0 璎氧化沟i 。艺调试过程中微生物学研究 沟中微生物群落相似性最大值为4 月份6 8 9 ，5 6 月份7 0 8 ，8 月份7 3 o 。至8 月份，微生物已经基本形成了稳定的微生物种群。结合运行数据分析， n h 。+ n 、进水有机负荷对微生物种群的影响最为明显。另外，本研究还对两种 结构功能相似的c a r r o u s e l 氧化沟中微生物种群多样性进行了对比研究。 从微生物学方面来看，c 姗u s e l2 0 0 0 氧化沟工艺是一种稳定、高效的城市 污水处理工艺，具有很大的发展和应用前景。 关键词：城市污水处理； c a 玎0 u s e l2 0 0 0 氧化沟； 高效降解菌；分离；筛选； p c r ；d g g e ；微生物相似性比较 塑型叁堂堡主堂生堕苎! 竺! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 型墨些塑l ：苎塑堕塾壁主坐竺塑兰塑壅 a b s t r a c t t h cc a 丌o u s e l2 0 0 0o x i d i t i o nd i t c hp r o c e s si n w u l o n g k o um l u l i c i p a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n ti nz h e n g z h o uw a ss t u d i e di nt h i sp 印e l m i c r o b i o l o g yc h a r a c t e r so f t h e p r o c e s sw e r ea i l a l y s e dt h r o u g hq u a i l t i t i e so fl i t e m t u r e 。t h ep 印e rm a i n l y 咖d i e d s 印a r a t i o n 、f i l t r a t i o na 1 1 dq u a l i t a t i v ea i l a l y s i so f 也es p e c i a ls u 伍c i e n tb a c t e r i a l s w h i c hc o u l db i o d e g r a d a t ec o di nt h cp r o c e s s a tt h es a m et i m e ，p o l y n e r a s ec h a i n r e a c t i o n ( p c r ) - d e n a t u r i n g 伊a d i e n tg e le l e c 仃o p h o r e s i s ( d g o e ) w 船叩p l i e d t oa 1 1 a l y s e m i c r o b i a lc o m m u n i t yd i v e r s i t yi nt h ea c t i v a t e ds l u d g eo f 也ed i 丑e r e n ts t a g e t l l r e e s t a g e s w e r es t a r t - u p 、d e b u g g i n ga n ds t a b l ec i r c u l a t i o n t h er e l a t i o nb e t w e e n m i c r o b i a lc o m m u n i t yd i v e r s i t ya n dw a t e rq u a l i t yw a so b t a i n e d i na d d i t i o n ，m i c r o b i a l c o m m u n j t yd i v e r s i t yf r o mt h et w os i m i l 盯m l s c a l ec a 玎o u s e lo x i d i t i o nd i t c hp r o c e s s w e r ec o m p a r e d t h es t a r t u po fw u l o n g k o u 、v a s t e w a t e rt r e a t n l e n tp l a n ti nz h e 掣1 z h o ub e g a ni n m a r c h2 0 0 5 a 丘e rt w om o n m so f c i r c u l a t i o n ，t h er e m o v a lr a t eo f s s 、b o d 5 、c o d 、 n h 4 + 一n 、t pw e r ea b o u t9 4 、9 4 、 8 5 、9 9 、5 5 n i ss t u d y h a d t r a c k e d t h eo p e r a t i o nf o r6m o n t h s f i r s t l y ，m i c r o s c o p i ce x 锄i n a t i o nf o rt h ea c t i v a t e ds l u d g es 锄p l ew a so p e r a t e d ， i n o c u l a t e da n dc u l t u r e dt h em i c r o b i a li nt h es 锄p l ew i t he x t r a c tb m ma ss u b s t r a t e ， a n dt h e nd e t e h n i n e dt h et o t a ln u m b e ro f b a c t e r i a l s b a c t e r i a l sw h i c hc o u l dd e g r a d e c o dw e r ef i l t r a t e do u ta 1 1 d p u r i f i e d f i v eb a c t e r i a l sw h i c hh a ds o m e b i o d e g r a d a b i l i t yf o rc o d w e r e 五l t r a t e do u t 出e rt w ot i m e sc o m p o l u l d 五t r a t e d ，t 1 1 r e e b a c t e r i a l sw e r es e p e r a t e dw h i c hc o u l dd e g r a d ew a s t e w a t e rs u f f i c i e n t i ya n dt h e d e g r a m n gr e s u l t sw e r es t a b l e a n dt h ee x a m i n a t i o na l s os h o w e dt h a tt h ed e g r a d i n g r a t eo fm o s ts t r a i n sr e a c h e dh i g h e s tp o i n ta ta b o u t18h o u r s a n dt h e n ，t h ec r o s s e x a m i n a t i o n 、v a sc o n d u c t e df o rt l l es u m c i e n td e 掣a d i n gb a c t e r i a sw h i c hw e r en l t r a t e d ( b e t w e e ns u 伍c i e n td e g r a d i n gb a c t e r i a s ) a n db e t w e e ns u f f i c i e n td e g r a d i n gb a c t e r i a s v 郑州人学硕七学位论文 c a r r o u s e l2 0 0 0 型氧化沟i 艺调试过释中微生物学研究 a n da c t i v a t e ds l u d g ei nm ei n p u tw a t e r ，a n db e t w e e ns u 衢c i e n td e g m d i n gb a c t e r i a s a n da c t i v a t e ds l u d g ei nt h ew a s t e w a t e ro fo x i d a t i o nd i t c h ，c o m p a r e dw i ms i n 9 1 e b a c t e r i a sd e g r a d i n ga b i l i t yt o 也eo r g a n i cp o l l u t a l l t si nt h ew a s t e w a t e r a tl a s t ，t h e g r 锄s t a i n i n gw a sc o n d u c t e df o rt h es u f h c i e n td e g r a d i n gb a c t e r i a sw h i c hw e r e f i l t r a t e d ，o b s e r v e da n ds t u d i e da tt h ea s p e c to fo r g a l l i s mf o r m s e c o n d l y s l u d g ei nd i 髓r e n tp e r i o d a st h es t a n u pi na p i r l ，t h ed e b u 鹊i n g a t a g ed u r i n gm a ya n dj u i l e ，s t a b l ec i r c u l a t i o ns t a g ei na u ”s tw e r es a m p l e da n d t 1 1 e r eg e n o m i cd n a o fm i c r o b i a lc o m m u n i t yw a se x 把址t e dd i r e c t l y a f t e rp u r m c a t i o n o ft h eg e n o m i cd n a u s i n gd n ag e lr e c o v e r yk i t ，t h e l6 sr r n ag e n e s ( v 3r e g i o n ) w e r e 锄p l i f i e db yu s i n g 啪i v e r s a l p r i n l e r s ( f 3 5 7 g c 与r 5 18 ) ，t h ep c r p r o d u c t s w e r e a b o u t2 3 0 b p t h e s e 锄p l i f i e dd n af r a g m e m sw e r es e p a r a t e db yd g o ew i t ht h e d e n a m 砌t ( u r e aa n df o r n l 锄j d e ) 肋m3 5 t o5 5 t h ep r 0 6 l eo f d g g es h o w e dn l a t d i 恐r c ms l u d g eh a dd i 脏r e n tb a i l d s p a t t e m s i nt h ep m f i l e so f d g g e ，t h e r ee x i s t s o m ec o r m o nb a n d si n 也es a m er e a c t o ro fe a c hp e r i o d o nt h eo t h e rh a l l d ，m e s p e c i 丘cb a l l d si ns o m es i u d g es h o 、v e d 也a td i f e r e n tr e a c t o rh a dt h e r eo w ns p e c i f i c m i c r o o 唱a 工1 i s m s d y n 锄i c so fc o m m u n i t y s t n 】c t u r e锄d锄o u n to fd o m i n a n t p o p u l a t i o n s 、v e r er e s p o n s i b l et o d i f l e r e n tr e a c t o ra r l dd i 丘宅r e n tp e r i o d s h i ro f m i c r o b i a ld i v e r s i t yc o r r e s p o n dt o p e r i o do fr u n n i n gr e a c t o ls i m i l a r i 妙b e t w e e n c o i 眦u n i t yg r a d u a l l yi n c r e a s e d ，i no x i d i t i o n ，m em a x i m u mo f曲es i m i l a r i t yw a s 6 8 9 i na p i r l ，7 0 8 i nm a yt oj u n e ，7 3 o i na u g u s t a n dm i c r o b i a lc o m m u n j t y h a db e e ns t a b l et i l la u g u s t b a s e do nt 1 1 em 衄i n gd a t ao ft h ep r o c e s s ，n h 4 + - n 、f m h a dg r e a te f f e c to nt 1 1 em i a c o b i a lc o m m u n i t 弘i na d d i t i o n ，m i c r o b i a lc o m m u n i t yi nm e t w os i m i l a rc a r r o u s e lo x i d i t i o np r o c e s sw a ss t u d i e di nt h i sp a p e l f m mm i c r o b i 0 1 0 9 y i ts h o w e d 也a tc a r r o u s e l2 0 0 0o x i d i t i o nd i t c hi sak i n do f s t a b l e ，s u f f i c i e n tp r o c e s sf o rm u n i c i p l ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，s oi th a sap r o m i s i n g f u t u r ei nw a s t e w a t e rd i s p o s a 】f j e l d k e ) 7 w o r d s ：m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ； c a r r o u s e l2 0 0 0o x i d i t i o nd i t c h ： s u f f i c i e n td e g r a d i n gb a c t e r i a s ； s e p a m “o n ；f l l t r i o n ；p c r ：d g g e ： s i m i i a r i t yo f m i c r o b i a lc o m m u n i t y ； c o m p a r e v 邵州人学硕 ? 学妞论文 c a r 珊u se l2 o 拟氧化淘l 艺调试过徉中微生物学 i f f 究 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学 位论文没有票l 窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行 为，否则，本人愿意承担由此产生的一切法律责任和法律后 果，特此郑重声明。 学位论文作者：诸詹勿 2 0 0 6 年5 月1 6 曰 郑州火学硕十学位论文 c a r r o u s e l2 0 0 0 型氧化沟【艺调试过程中微生物学婴蜜 引言 c a r r o u s e l 氧化沟是1 9 6 7 年由荷兰的d h v 公司研制。在原c a 玎o u s e l 氧化沟 的基础上d h v 公司和其在美国的专利特许公司e i m c o 又发明了c a r r d u s e l2 0 0 0 系统，实现了更高要求的生物脱氮和除磷功能。至今世界上已有8 5 0 多座 c a r r o u s e l 氧化沟和c a 圩o u s e l2 0 0 0 系统正在运行。 郑州市五龙口城市污水处理厂于2 0 0 4 年底建成，2 0 0 5 年3 月开始调试运行。 该厂生物处理段采用三组平行运行的缺氧池+ 厌氧池+ c a 玎o u s e l 氧化沟的 c a 玎o u s e l2 0 0 0 氧化沟工艺。通过近一年的运行，本工艺s s 、b o d 5 、c o d 、 n h 。+ - n 的去除率分别为9 4 、9 4 、8 5 、9 9 。污水出水水质可达到污 水综合排放标准( g b 8 9 7 8 一1 9 9 6 ) 中的一级排放标准。对总磷的去除率在5 5 左右，出水可达污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 一1 9 9 6 ) 中的二级排放标准。充 分证明了工艺的优越性。 本课题从微生物学方面对c a r r o u s e l2 0 0 0 氧化沟工艺进行了研究。本文重点 研究了c 姗u s c l2 0 0 0 氧化沟工艺中有机污染物的高效降解菌的分离、筛选和定 性分析，并用p c r d g g e 方法对工程启动、调试、稳定运行三个阶段进行了微 生物种群多样性变化进行了分析，得出微生物多样性与实际运行水质的对应关 系。并从微生物学方面对两种相似的c a r r 伽b e l 氧化沟工艺进行了比较研究。 从微生物学方面来看，c 锄u s e l2 0 0 0 氧化沟工艺是一种稳定、高效的城市 污水处理工艺，具有很大的发展和应用前景。 郑州人学硕十学何论文 c a r r o u s e l2 0 0 0 础氧化沟j 艺凋试过程中微生物学研究 第一章绪论 1 1 我国污水处理技术现状及主要问题 我国污水处理的历史始于1 9 2 1 年，直至改革开放近二十年来才取得迅速的 发展，但仍滞后于城市发展的需要。据1 9 9 9 年统计，我国污水排放量6 0 6 亿m 3 a 处理量为1 0 3 4 亿m 3 a ，处理率不足2 0 。我国现有6 6 8 座城市中，仅有1 2 3 个城市的3 0 7 座不同处理等级的污水处理厂，其中城市污水二级处理率1 0 左 右。据悉，截至2 0 0 5 年6 月底，全国还有2 9 7 个城市没有建成污水处理厂。根 据建设部通报的全国污水处理情况，2 0 0 6 年全国6 6 1 个设市城市建有污水处理 厂7 0 8 座，处理能力为4 9 1 2 万m 3 d ，是2 0 0 0 年的两倍多。全年城市污水处理 量1 6 2 8 亿m 3 ，比2 0 0 0 年增加了4 3 ，城市污水处理率达4 5 7 。总体来看， 东部地区污水处理厂建设情况较好，东北和西部地区建设相对缓慢，部分建成的 污水处理厂没有充分发挥效益。而西方发达的国家如美国1 9 7 8 年就有1 5 0 0 0 座污水处理厂，1 9 8 0 年污水处理率就达8 0 ，德国1 9 7 9 年达8 0 ，英国为 8 2 。显而易见，我国城市污水处理的普及率同国外发达国家相比，尚有很大的 差距。近一二十年来，我国经济的飞速发展举世瞩目。尽管在发展的同时加紧了 环境污染的治理，但由于种种原因。环境污染仍在加剧。我国水污染现状是“局 部有所改善，整体仍在恶化，川。 目前，在我国城市污水处理厂中普遍采用的是生物处理。在生物法中，主要 有悬浮生长型、附着生长型以及两者结合的类型。悬浮生长型中活性污泥法占绝 大多数，活性污泥法有多种形式，使用最广泛的主要有传统活性污泥法、a 0 及 a 2 o 、各种类型的氧化沟工艺、s b r 工艺、a b 法等。这些工艺基本上是在欧、 美等发达国家经历长时间实践和研究发展起来的，符合工业化国家经济的国情， 这决定了污水处理厂建设投资、运转费用高昂，与我国经济相对落后、污水处理 资会短缺的客观情况是很不相符的。更值得注意的是，我国近几年新建的污水处 理厂，资金来源主要是国内和国外参与相结合。国外参与资金主要以设备形式引 进，这极大地增加建设成本，同时也制约了我国污水处理技术的发展和国产化设 备的丌发和推广。因此，确定以高效节能、一体化为核心的适合我国国情的污水 处理技术路线研究和开发对传统工艺的改造和替代的新工艺，发展具有独立自 郑卅【人学硕十学位论文 c a r r o u s e l2 0 0 0 璀氧化沟r 艺凋试过程中微生塑。兰婴壅 主知识产权的国有技术，是我国当前污水治理领域的一项艰巨任务h 1 。 氧化沟的发展和演化f 是顺应时代的要求而不断完善，经历了从简单到复杂 再到简单的螺旋式发展过程，这主要表现在池型构造、运行方式、功能效用等几 个方面。 传统氧化沟利用环式反应池，污水和活性污泥的混合液通过曝气装置特定的 定位布置而产生曝气和推动，因此结合推流和完全混合的特征，有利于克服短流 和并提高缓冲能力。氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度，可以创造硝化一反硝化 环境，特别适合当今社会对污水脱氮的要求。氧化沟流程简化，一般不需设初沉 池和污泥消化池。另外，氧化沟的整体体积功率低，可节省能量。 另外，根据处理目的的不同又发展了很多改进形式，常见的氧化沟类型主要 有卡罗赛尔氧化沟、奥贝尔氧化沟、t 型氧化沟【”、d e 型氧化沟、一体化氧化 划等。其中卡罗赛尔氧化沟以其在城市污水处理方面的独特优势获得了快速发 展。 1 2c a r r o u s e l 氧化沟的发展及其特点 c a h d u s e l 氧化沟是1 9 6 7 年由荷兰的d h v 公司研制。在原c a n d u s e l 氧化沟 的基础上d h v 公司和其在美国的专利特许公司e i m c o 又发明了c a r r o u s e l2 0 0 0 系统，实现了更高要求的生物脱氮和除磷功能。至今世界上已有8 5 0 多座 c a r m u s e l 氧化沟和c a 玎o u s e l2 0 0 0 系统正在运行n 1 2 1普通c a r m u s e l 氧化沟 最普通的c a r r o u s e l 氧化沟的工艺中污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系 统。表面曝气机使混合液中溶解氧d o 的浓度增加到2 3 m l 。在这种充分掺 氧的条件下，微生物得到足够的溶解氧来去除b o d ；同时，氨也被氧化为亚硝 酸盐和硝酸盐，此时，混合液处于有氧状态。在曝气机下游，水流由曝气区的湍 流状态变成之后的平流状态，水流维持在最小流速，保证活性污泥处于悬浮状态 ( 平均流速至o 3 州s ) 。微生物的氧化过程消耗了水中的溶解氧，直至d o 值降 为零，混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用，混合液进入有氧区，完成 一次循环。该系统中，b o d 降解是一个连续过程，硝化作用和反硝化作用发生 在同一池中。由于结构的限制，这种氧化沟虽然可以有效的去除b o d ，但脱氮 除磷的能力有限。 郑州大学硕十学位论文 c a r r 。u s e l2 0 0 0 删氧化沟l ? 艺调试过徉中微生物学研究 1 2 2c a r r o u s e i2 0 0 0 系统 为了取得更好的脱氮除磷效果，发展了c a r r o u s e l2 0 0 0 系统。这种系统是在 c 脚u s e l 氧化沟前增加了一个缺氧区和厌氧区。全部回流污泥和l o 3 0 的 污水进入缺氧区，可将回流污泥中残留的硝酸氮在缺氧和l o 3 0 碳源条件 下完成反硝化，为以后的厌氧池创造绝氧条件。同时，缺氧区中的兼性细菌将可 溶性b o d 转化成v f a ，聚磷菌获得v f a 将其同化成p h b 所需能量来源于聚磷 的水解并导致磷酸盐的释放。缺氧区出水进入内部安装由搅拌器的厌氧区，在厌 氧区池子里，混合液既无分子氧也无化合物氧( 硝酸根) ，此时，7 0 9 0 的 污水可提供足够的碳源，使聚磷菌能充分释磷。厌氧区后接普通c a 盯o u s e l 系统， 进一步完成去除b o d 、脱氮和除磷。最后，混合液在富氧区排出，在富氧环境 下聚磷菌过量吸磷，将磷从水中转移到污泥中，剩余污泥排出系统。这样，在 c a d u s e l2 0 0 0 系统内，较好的同时完成了去除b o d 、c o d 和脱氮除磷。 1 2 3 微孔曝气型c a r m u s e l2 0 0 0 系统 微孔曝气型c a 玎d u s e l2 0 0 0 系统采用微孔曝气( 供氧设备为鼓风机) ，微孔 曝气器可产生大量直径为l m m 左右的微小气泡，这大大提高了气泡的表面积， 使得在池容积一定的情况下氧转移总量增大( 如池深增加则其传质效率将更 高) m j 。根据目前鼓风机生产厂家的技术能力，池的有效深度最大可达8 m ，因 此可根据不同的工艺要求选取合适的水深。传统氧化沟的推流是利用转刷、转碟 或倒伞型表曝机实现的，其设备利用率低、动力消耗大。微孔曝气型c a r r o u s e l 2 0 0 0 系统则采用水下推流的方式，即把潜水推进器叶轮产生的推动力直接作用 于水体，在起推流作用的同时又可有效防止污泥的沉降。因而，采用潜水推进器 既降低了动力消耗，又使泥水得到了充分混合。 从水力特性来看，微孔曝气型c a r r o u s e l2 0 0 0 系统为环状折流池型，兼有推 流式和完全混合式的流态。就整个氧化沟来看，可认为氧化沟是一个完全混合型 曝气池，其浓度变化系数极小甚至可以忽略不计，进水迅速得到稀释，因此它具 有很强的抗冲击负荷能力。但对于氧化沟中某一段则具有某些推流式的特征，即 在曝气器下游附近地段d o 浓度较高，但随着与曝气器距离的不断增加则d o 浓 度不断降低( 出现缺氧区) 。这种构造方式使缺氧区和好氧区在个构筑物内， 充分利用了其水力特性，达到了高效生物脱氮的目的。 郑州人学硕十学位论文 c a r r o u s e l2 0 0 0 喇氧化沟1 。艺调试过程中微生物学研究 微孔曝气型c a 盯o u s e l2 0 0 0 系统尽管具有充氧能力强、除磷效果好、占地面 积小和能耗低等优点，但同时它也存在微孔曝气设备维修问题。目前，国内微孔 曝气器的使用寿命为4 5 年，好的可达8 l o 年，但与进口微孔曝气器相比还 有一定的差距。曝气器的维修不像表曝设备那样方便，它需要干池才能检修。一 般微孔曝气型氧化沟可采用提升装置或平行设置2 3 组即可解决问题。 微孔曝气与表面曝气卡鲁塞尔2 0 0 0 型氧化沟工艺比较见表1 1 。 表1 1 微孔曝气与表面曝气卡鲁塞尔2 0 0 0 型氧化沟工艺比较”l 1 2 4c a r m u s e l3 0 0 0 系统 c a d u s e l3 0 0 0 系统是在c a h d u s e l2 0 0 0 系统前再加上一个生物选择区。该生 物选择区是利用高有机负荷筛选菌种，抑制丝状菌的增长，提高各污染物的去除 率，其后的工艺同c a r r o u s e l2 0 0 0 系统。 c a h d u s e l3 0 0 0 氧化沟的较大提高表现在：一是增加了池深，可达7 5 8 m ， 同心圆式，池壁共用，减少了占地面积，降低造价同时提高了耐低温能力( 可达 7 ) ；二是曝气设备的巧妙设计，表曝机下安装导流筒，抽吸缺氧的混合液，采 用水下推进器解决流速问题；三是使用了先进的曝气控制o u t e ( 它采用一种多 变量控制模式) ：四是采用一体化设计，从中心开始，包括以下环状连续工艺单 元：进水井和用于回流活性污泥的分水器：分别由四部分组成的选择池和厌氧池。 这之外是有三个曝气器和一个预反硝化池的c a 玎o u s e i2 0 0 0 系统；五是圆形一体 化的设计使得氧化沟不需设计额外的管线，即可实现回流污泥在不同工艺单元问 的分配。 郑州人学硕十学位论文 c a r r o u s e l2 0 0 0 型氧化沟i 艺调试过样中微生物学研究 1 3 氧化沟工艺的未来发展方向 a 发展生物除磷脱氮技术。至今氧化沟系统多为活性污泥法，可 以借鉴生物膜理论，提高单位反应器的微生物总量，从而提高有机负荷，但需着重 解决水力设计问题。 b 提高氧化沟中微生物的活性。在氧化沟中投加专一菌种、投入铁盐使微 生物驯化成生物铁，投入活性炭增强菌胶团的形成并提高耐毒性冲击等都是氧化 沟技术的研究方向。 c 提高氧化沟设备性能和监控技术使氧化沟系统进一步节能。提高表面曝 气机、水下推进器的性能，减少维修工作量；利用do ，orp 等多目标监控技术及 变频技术是今后氧化沟科学运行的必由之路。 d ，提高氧化沟的耐寒、耐毒性能，减少占地面积和工程造价【10 1 。 1 4 本研究的工程背景 1 4 1 设计概况 郑州市五龙口城市污水处理厂于2 0 0 4 年底建成，2 0 0 5 年3 月开始调试运行。 该厂设计污水处理量为1 0 1 0 4m 3 d ，服务面积2 7 k m 2 月艮务人口3 5 2 6 万人，总 投资1 6 0 8 4 万元。生物处理段采用三组平行运行的缺氧池+ 厌氧池+ c a r r o l l s e l 氧化沟的c a 玎o u s e l2 0 0 0 氧化沟工艺。设计水温1 5 。 1 4 2 设计进出水水质 根据对五龙口泵站水质进行监测以及该服务区总体污染源的调查( 见表1 2 ， 1 3 ) ，确定了本厂污水处理的设计进出水水质，见下表1 4 。 z冀菩 k 工 z 冀罾 冀荽 z u 冀罾 盔篓萎 蜊 撼 篓罾 糕 耋萎 葛 哼 。 墓 篓营 工 山 萋警 客 g 一 蓑罾 砉 墨苎 8 冀鲁 8 一 账 艘 !赫谁靠 辎 螺 口塑詈 窭 拭 一nn 一 口口口 瓷啻瀣 爿增 舶 口 爨 蹈蹈珀 皂蠹蠹 霉 、t * 蹈 l举 越 蛭骧 l霹l ll l 、 争 糯器岳咯 暖 臣 鬟 蚓 裂 l 、 l曼 螫 联手 + 1 姐 熏啦山 王匿 嚣骡1 ) ；上：_ l = 三隧 l 粤 簧爱 h 景 _ - j 王廿一垛最 琳挺赫爨枨般爿剞瞰州栽吲 n i 噼 跃富扣霉刊长导凄蜊僖器树r爨基旃爵。=【。sn。28 戗磐牮扑+匿龄辜景 z萋苎 k 工 z 篓罾 z羹芒 u 篓营 鑫 墼菩 趟 鞋 冀营 粼 型婪 景 冀曹 士 山 矍苎 夏 。： 篓奢 型苎 凸 o u 鏊罾 暮 峥 n 苫 口 口口口 已 口口口口口丑口口e口工口 毯 硇躜*u 罩 *甚确 舶 描 函 躅 蹈 羽均 盎 竹 。n n 基 慧 一 一 嚣。 一 臻 梃鲁 蕊 器- 茹鹫争 避。 蒜 匹 ，) 晕葛eg 螺 墨 = _ 辜 要 蠕辑 二j 缸 错 丰景弓毛 车登 ； * 鲁 h 疑 彝 最号 谴荣 簧壬景 芒疑 黠 懈柩擐爨稞蜒割躺瞰州挺旧 踩毒扑s划强d】婴翊簿晷桐一露基l】骞截 ooonojoh-日u 议磐牮扑+匿静车毁 郑州人学硕十学位论文c a r r o u s e 2 0 0 0 碰氧化沟i 。艺调试过程中微生物学研究 表l 一4 设计进出水水质与出水执行标准( 单位：m g ，l ) 水质指标 c o d b o d s s sn h a nt p 设计进水 5 0 02 2 02 5 04 04 0 出水执行标准 兰1 2 0璺o 3 0盟5 1 1 0 五龙口污水处理厂处理后出水排入五龙口明沟，继而汇入贾鲁河，再流入沙颖河后进 入淮河。按郑州市地面水环境功能划分，贾鲁河为地面水v 类水体，根据国家污水综合 排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) ，要求排入地面、v 类水体的城市污水处理厂出水水质 执行二级标准，如表中所示。 1 4 3 工艺流程 工艺流程图如图1 3 ： 冁 进水 困一圈 卜1 饿。 y 胃水并田 污掘瞳赢 囊蛹蠢 出水 圈l 3 五龙口污水处理工艺流程 1 粗格栅间( 利用原有构筑物更新设备) 粗格栅间设1 座。其中回转式机械粗格栅2 台，格栅宽度为b = 2 0 0 0 r n m ，栅条间 隙b 2 2 0 r r m ，过栅流量q = 1 5 0 m 3 s ，过栅流速为v = 0 6 r 1 1 s ，格栅的倾角e = 7 5 。粗格栅 主要去除较大的悬浮物或漂浮物，如纤维、碎皮、毛发、木屑、果皮、蔬菜、塑料制品等， 以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。 2 进水泵房 利用原有士建部分更新设备设进水泵房1 座，干式安装污水泵4 台，3 用一备。流 量q 2 2 1 7 0 m 3 i l ，扬程h = 1 2 m ，功率为9 5 k w 。本厂采用全厂污水一次提升，其他各构筑物 依次为重力流方式运行。 3 细格栅 细格栅采用2 台螺旋式固液分离机，格栅宽b = 1 8 0 0 m m ，栅条宽度s ：6 m m 栅条间隙 q 郑州人学硕十学位论文 c a r r o u s e l2 0 0 0 型氧化沟i 艺凋试过程中微生物学研究 b = 6 m m ，过栅流量q = o 7 5m 3 s ，过栅流速v = o 7 5 州s ，栅前水深h - 1 5 0 m 。 4 旋流沉砂池 共设2 座旋流沉砂池，单池直径d = 5 4 8 m ，流量为q = 5 4 2 0m 。内部各设l 套螺 旋浆搅拌器和l 套专用泵提砂系统，泵提砂量q = 2 3m ，扬程h = 6 m ，2 台砂水分离器， 流量为0 = 2 5m 3 1 1 。 5 生物反应池 生物反应池共设3 套系统，每套由回流污泥反硝化池、厌氧池与c a r r o u l 氧化沟组 成，以下分别介绍每套系统的单池情况。 ( 1 ) 回流污泥反硝化段 为避免回流污泥中含有的硝酸盐氮对聚磷菌厌氧条件释磷的影响，在厌氧池的前端设 置缺氧反硝化池。反硝化池接收全部的回流污泥和1 0 的进水，此时活性污泥中的兼性 细菌将污水中的可溶性b o d 转化成挥发性有机脂肪酸( v f a ) ，污泥中的硝酸盐在缺氧 条件下被反硝化细菌还原为气态氮。从而为厌氧池中聚磷菌创造良好的释磷条件。 每座反硝化池的单池尺寸为l b h = 1 7 5 m 7 6 2 m 7 5 m ，单池有效容积v = 8 0 0 m 3 ， 水力停留时间t = 3 0 m i n ，泥龄为s r t = o 4 d ，每池中设2 套推进器，功率为1 5 k w 。 ( 2 ) 厌氧段 来自缺氧池的混合液在推进器的作用下进入厌氧池，同时与9 0 的进水汇合。聚磷 菌在严格的厌氧条件下才能有效释磷，在此条件下，聚磷菌获得v f a 并将其同化成p h b ， 所需能量来源于聚磷的水解并导致磷酸盐的释放。每座厌氧池的尺寸l b h = 4 0 3 8 m 1 7 5 m 7 5 m ，单池有效容积为v = 4 2 4 0 m 3 ，水力停留时间t = 1 5 h ，泥龄为 s r t = 1 9 5 d ，每池中设4 套推进器，功率为4 0 k w 。 ( 3 ) 氧化沟段 氧化沟兼有推流型和完全混合型反应池两者的特性，完成一次循环所需时间约为 5 2 0 m i n ，而总的停留时间却很长。氧化沟中有好氧、缺氧交替出现的区域，具有硝化、 反硝化、生物吸磷的条件。污水中的氨氮被亚硝酸菌、硝酸菌转化为亚硝酸盐和硝酸盐。 在氧化沟的好氧区聚磷菌除了吸收、利用污水中的可生物降解有机物外，主要是分解体内 储积的p h b ，产生的能量可供自身生长繁殖，此外还可主动吸收周围环境中的溶解磷， 并以聚磷的形式在体内超量储积。将污水中的磷转化到剩余污泥中，是污水得以除磷。 每座氧化沟的尺寸为l b h = 8 3 m 4 8 m 7 5 m ，单池有效容积为v = 2 3 9 0 4 m 3 ，泥龄 郑州大学硕十学位论文 c a r r 。u s “2 0 0 0 刑氧化沟i 艺调试过程中微生物学研究 为s r t = 1 1 0 d ，污泥负荷f m = o 0 8 7 k g b o d 5 k g m l s s d ，容积负荷f r = 0 3 0 3 k g b o d 5 m j d ， 混合液污泥浓度m l s s = 3 5 9 l ，产泥率y t = 1 0 5 k g s s l 【g b o d 5 ，水力停留时徊jt 2 1 7 2 h 。 在每沟的直段设平铺式微孔曝气装置，共安装膜式曝气头1 5 5 0 0 个，每个弯段以及中间共 设推进器1 9 台，每台功率为5 4 k w 。 6 二沉池 每组生物反应池各对应1 座沉淀池，均为圆形辐流式沉淀池。各设全桥式刮泥机 l 台，桥长4 8 4 m 。沉淀池的单池直径d = 4 8 m ，流量q = 5 4 2 0m 3 ，i l ，有效水深h = 3 6 m ， 表面负荷q = 1 0 m 3 m 2 h ，沉淀时间为3 o h 。 7 鼓风机房 鼓风机房尺寸l b h = 2 l m x l 2 m 6 5 m ，设离心鼓风机3 台，2 用1 各，风量 0 = 3 2 3 m 3 m i n ，风压h = 7 m ，功率5 0 0 k w 。 8 污泥回流及剩余污泥泵房 设污泥泵房一座，泵房尺寸l b h = 1 2 m 6 m 4 o m ，内设4 台污泥回流泵，3 用l 各，设计污泥回流量o = 3 9 0 l s ，扬程为h = 1 0 m ，功率4 7 k w 。另设剩余污泥泵2 台，1 用1 各。设计剩余污泥量为q = 3 3 l s ，扬程为h = 1 3 m ，功率为7 5 k w 。 塑型叁堂堡主! 兰堡笙茎! 竺：! ! ! ! ! 翌! ! ! 墨垡塑! ：苎塑堕塾壁主堕兰塑兰婴墨 一 第二章废水生物处理微生物学研究方法概述 2 1 废水生物处理中的微生物 2 1 1 微生物的种类 废水处理中的重要微生物有细菌、真菌、藻类、原生动物、轮虫及甲壳动物等舭。 细菌是废水处理厂中最常见的微生物种群，属于以溶解性物质为食的单细胞微生物。真菌 是多细胞的异氧型微生物真菌对氮的需求仅为细菌的一半，因此，在缺氮的废水中，真 菌比细菌占有优势。原生动物为单细胞的生物，大多为好氧的化能异氧型生物，并以细菌 为食物。由于原生动物可吞食细菌，因此希望其存在于出水中。轮虫与甲壳动物均为好氧、 多细胞的化能异氧型生物。轮虫的食物为细菌及细小的有机颗粒物。除了在低有机负荷的 氧化塘处理系统外，甲壳动物在一般的废水处理系统中不常见，当其存在是则表明溶解氧 很高且有机物浓度很低。 2 1 2 微生物的特点 微生物是由于其体形都极其微小，因而导致了一系列与之密切相关的五个重要共性。 体积小，面积大：吸收多，转化快；生长旺，繁殖快；适应强，易变异；分布广，种类 多 1 3 】。 2 1 3