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1、曝氣生物濾池氮遷移轉化研究重慶大學碩士學位論文（學術學位）學生姓名：劉體淼指導教師：何強教授專業(yè)：市政工程學科門類：工學重慶大學城市建設與環(huán)境工程學院二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脫氮在于氮元素的價態(tài)、形態(tài)的變化，氮元素最終以氮氣的形式脫離水體。目前對于生物膜法脫氮的研究多集中于填料選擇、工況優(yōu)化等宏觀領域，由于缺乏試驗方法，難以實現(xiàn)對生物膜內部微觀領域的研究。微電極由于可以進行微米層
3、面的檢測，且測量精度高，為生物膜原位檢測提供了有力技術支持，對建立生物膜法微觀理論具有重要意義。本文圍繞上向流曝氣生物濾池的氮遷移轉化，在試驗裝置安裝完成后，通過控制反應器在不同工況下運行，探尋曝氣生物濾池穩(wěn)定處理效能的典型優(yōu)化工況，然后針對典型工況下的曝氣生物濾池，分析氮元素的沿程液相分布規(guī)律，并利用微電極技術對沿程生物膜內氮元素形態(tài)規(guī)律進行研究，利用電子顯微鏡及PCR-DGGE技術對微生物分布進行研究，為曝氣生物濾池工藝及其他生物膜廢水處理工藝的脫氮處理及優(yōu)化調控提供理論依據(jù)。在反應器內生物膜達到成熟階段后，通過調節(jié)單
4、一工況變量，對濾池的出水+COD、NH4和TN進行檢測，研究不同工況下處理效能的變化，得出曝氣生物濾池反應器的典型優(yōu)化工況：水力停留時間4h、氣水比5:1、進水碳氮比5:1、進水堿度投加量50mg/L（以CaCO3表示）。通過拉絲毛細玻璃管，在其尖端注入離子交換膜、內部注入電解液，并利用Ag/AgCl絲傳播信號，自制離子選擇膜型電壓微電極。通過5個階梯濃度試驗，得+--出自制NH4、NO2、NO3離子選擇性微電極的能斯特響應曲線線性相關系數(shù)分別為0.9947、0.9939、0.9966，達到定量分析使用要求。對曝氣生物濾池
5、進行宏觀液相氮分布及微觀生物膜內氮分布試驗，發(fā)現(xiàn)濾池沿程生物膜內部結構不同，且沿程不同區(qū)間對于污染物降解貢獻不同，COD濃度、TN濃度等并不隨高度的增加均勻變化，降解規(guī)律呈現(xiàn)區(qū)域性。其中濾池進水段生物膜內部基本為缺氧、厭氧環(huán)境，不適宜硝化細菌的生長，此區(qū)間對于污染物的+去除主要表現(xiàn)為對有機物的吸收，生物膜內未發(fā)生硝化作用，NH4在生物膜內逐漸累積；中前段生物膜內部形成完整的好氧區(qū)、缺氧區(qū)，區(qū)間發(fā)生同步硝化反硝+化反應，TN降解量在此區(qū)間達到最大NH4在進入生物膜后，經過硝化作用轉化---為NO3，而在生物膜底，發(fā)生反硝化作
6、用，NO3濃度降低，硝化作用減弱，NO2微量積累；中后段溶解氧穿透生物膜，生物膜內部完全處于好氧狀態(tài)，不適宜反硝化菌的新陳代謝，同步硝化反硝化作用逐漸停止，但由于氣水接觸充分，溶解+--氧上升至較大值，硝化作用逐漸加強，NH4進入生物膜后，快速轉化為NO3，NO3+逐漸積累，NH4降解量在此區(qū)間達到最大；出水段也具有極強氧化性，但由于填I重慶大學碩士學位論文料量的降低，污染物的降解均逐漸變緩，并穩(wěn)定至出水濃度。通過電鏡對沿程不同位置陶粒生物膜的表面形態(tài)結構觀察，發(fā)現(xiàn)曝氣生物濾池前段、中段、后段生物膜上的微生物量不同，且呈現(xiàn)
7、減少趨勢，電鏡下觀察三者代表微生物分別為絲狀菌、球菌、桿菌。通過PCR-DGGE技術對生物膜的種群多樣性進行研究后發(fā)現(xiàn)曝氣生物濾池前半段多樣性指數(shù)最高，其生物膜內微生物種群結構最為豐富。通過對生物膜的種群戴斯系數(shù)分析、聚類分析、PCA分析后發(fā)現(xiàn)，曝氣生物濾池中前段微觀環(huán)境較相似，中后段微觀環(huán)境較相似，且其生物膜上微生物種群結構分別相似。在構建了曝氣生物濾池的系統(tǒng)發(fā)育樹后，對系統(tǒng)特異性細菌種群分析，發(fā)現(xiàn)曝氣生物濾池前段主要優(yōu)勢菌群有Lacibacterium屬、Lacibacterium屬、Sulfurimonas屬、Epi
8、stylis屬；中段優(yōu)勢菌群為亞硝化單胞菌屬、Epistylis屬、Lysobacter屬；后段主要的優(yōu)勢菌群為Epistylis屬、Lysobacter屬、Reyranella屬。關鍵詞：曝氣生物濾池，生物膜，微電極，氮遷移轉化II英文摘要ABSTRACTWastewaterbiologicalden
