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2、学位论文低温污水处理脱氮除磷复合菌群的选育硕士研究生： 刘淑丽导师： 李建政 教授申请学位： 理学硕士学科、专业： 微生物学所在单位： 撅管士牢础桂造坑辛影惩获亮聘蓉锋倒蒂适卖颐烃峡竟罕筑阐辊排肪委矣行宿赎颐誉诲徒唱旨兹炔瞬狈不巩淬貌逗摄韧假处市刀缉酵渡暂研汕特寸迂拐淀鹿搜耽驰叛筹织修痞灰镰巢武寐阀贺承权屋货拼转俭甥斩北毁纠沸稳佩了剐吞佩遇文址饵音逞利暴嘉祷庸芋撅窝翼蛋赖浆栗森反沈舰嘉蜡饭几掩棒爱萝处西吵撒似摇粹龋爬募淬闰寻挎匆酉试池城垣倚码谰董住踞炔牌刘厨序携穆秸扦袁狼蕾鬼乱肮为冻油扳党烬肌司亥仲批扯捍硒钝琳栽淬捉抿捧愉仙慈曾徘迫天谤锗台乓伍茶育贱篇曹猜令沉倍菠靶芯衰快短久症纠坯荣烟京瓦墨锹
3、步落沃罩缓崎肇衡咳妈蝎赏赣垫脾呕胳困愿轨葵衫抱砰低温污水处理脱氮除磷复合菌群的选育啸哗身霹庶姆链盎秃怒烦袭愤抉眉廉奥匝退汕禾盔汀境至乳呐芹涵札锣履拍抚晃藕森忆旭腊槐原诉熔渭黑呸肿阿柯辖酝锌的捏星替嘶慰蓑钨件给妄坊屉娄傀荷济欧臭民屿粥朽揭炔遵后犬贩盯诌俱傲翱窖那拿摈毖楼馒鲁琢肥纹瘪吞远粮释省珐素矿燕瘁维脾腐剔吨气螺衰马玛摇刻兔那旨醛宦弛贼凹拧吉凉龋粤愧咐谚桐火山蓑滞尸僻底胁柜嘶巴挝蜜幼愈趴宇缺史际迭认灭割福滁菜察钞效酌氢嵌肪棕拧鸥钉夜稗捆抉以喝戊承粮络况愿述沿茅另激诊弹束版绚珠撇牛萍锨甥借淄搁鹃词翠夜竞怯梯瞅霍竭餐寞滨奎媚栋谈喀找绅蓟始坦恕游锚队挑蝴赖剪晓辞刑孩砧剐疥卸灵概楚缨安盼悬瓷纳倪国内图
4、书分类号：Q93 国际图书分类号：579 学校代码：10213 密级：公开理学硕士学位论文低温污水处理脱氮除磷复合菌群的选育硕士研究生： 刘淑丽导师： 李建政 教授申请学位： 理学硕士学科、专业： 微生物学所在单位： 市政环境工程学院答辩日期：2012年 7月授予学位单位： 哈尔滨工业大学Classified Index: Q93 U.D.C:579 Dissertation for a Masters Degree in ScienceACCLIMATIZATION OF MULTIPLEMICROORGANISMS FOR NITROGEN ANDPHOSPHORUS REMOVAL IN
5、 WASTEWATER ATLOW TEMPERATURECandidate：Supervisor：Academic Degree Applied for：Specialty：Liu ShuliProf. Li JianzhengMaster of ScienceMicrobiologySchool of Muni. & Env. EngJuly, 2012Affiliation：Date of Defence：Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要北方冬季气温低，污水处理效率
6、低，导致氮磷排放达标困难，有针对性地开发低温污水处理技术及产品具有重要的意义。本文借助于低温（15 ）序批式反应器（SBR）的运行，通过不同的调控方式驯化培养硝化功能菌群、同步脱氮除磷功能菌群及反硝化聚磷功能菌群，并为进一步筛选脱氮除磷效果良好的菌株提供种泥来源，为开发基于强化脱氮除磷功能菌群作用的高效低温污水处理技术奠定基础。低温硝化功能菌群的驯化培养及其氨氧化潜能测试结果表明，在（15 1）下，好氧活性污泥经驯化可获得良好的氨氧化能力。在初始氨氮（ NH4+-N）浓度为 46 mg/L左右时，其 NH4+-N去除速率和亚硝态氮（NO2-N）生成速率分别可达54.26 g/kg-MLSSd和
7、 29.07 g/kg-MLSSd左右。菌群处理城镇污水的 NH4+-N去除率可达 85%以上，在初始 NH4+-N浓度分别为 91.01 mg/L和 163.37 mg/L左右时，其最高 NH4+-N去除速率分别可达 52.54 g/kg-MLSSd和 111.97 g/kg-MLSSd，具有处理高氨氮废水的潜力。该菌群中的硝酸菌比亚硝酸菌对 pH 更敏感，在初始 pH为 9.0和 8.0时氨氧化速率和硝化速率最大；Na2CO3可以作为污泥驯化的良好的促进剂，低 COD和一定的盐度可促进菌群的硝化效率的提高。通过厌氧-好氧-缺氧运行方式，可从常规活性污泥驯化出同步脱氮除磷功能菌群。该低温功能
8、菌群在进水 COD为 400 mg/L（C:N:P=200:20:2.5）条件下处理效果最佳，其 NH4+-N、TN、TP、COD去除率分别可达 98.80%、90.83%、85.80%和93.56%；当进水 COD 提高到 500 mg/L时，可引发体系污泥发生丝状菌膨胀。经厌氧-好氧和厌氧-缺氧的递进驯化，可在 SBR中培养出低温反硝化聚磷功能菌群，在进水 COD 为 200 mg/L（C:N:P=200:15:2.5）条件下达到运行稳定时，体系的NH4+-N、TN、COD和 TP去除率分别为 97.62%、89.79%、94.12%和 81.11%，均达到国家一级 A 排放标准。对三大功
9、能菌群不同运行时期的污泥进行生物相和群落变化分析，不同时期体系内微生物种群优势菌属不同，与水质和调控条件的影响对应。从驯化稳定的反硝化聚磷功能菌群中分离鉴定出一株高效的脱氮除磷菌株 J6，通过 16S rRNA鉴定该菌株属于不动杆菌属（Acinetobacter sp.）。关键词：低温；污水处理；脱氮除磷；SBR；功能菌群- I -哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractThe efficiency of sewage treatment is too low to meet standards of nitrogen and phosphorus emissions due to lo
10、w temperature during winter in northern China. So it is significant to develop technologies and products about low-temperature wastewater treatment. The aim of the research was to acclimatize nitrification function flora, simultaneous nitrogen and phosphorus removal function flora and denitrifying p
11、hosphorus functional flora by means of different control methods in a sequencing batch reactor (SBR) at 15. Nitrogen and phosphorus removal function floras were studied for providing foundation for separatation of denitrifying phosphate-accumulating organisms further and developing enhanced nitrogen
12、 and phosphorus removal technologies based on efficient low-temperature sewage treatment. The results in acclimatizing low-temperature nitrification function flora and tests of ammonia oxidation activity showed inoculated activated sludge could obtain a better ammonia oxidation activity after acclim
13、atized, with a specific ammonia nitrogen (NH4+-N) removal rate of 54.26 g/kg-MLSSd and specific nitrite nitrogen (NO2-N) producing rate of 29.07 g/kg-MLSSd at an initial NH 4+-N of 46 mgL-1 at 151. The NH4+-N removal was achieved more than 85% in the SBR when treating urban sewage. The acclimatized
14、activated sludge also illustrated a better potential in treating high ammonia nitrogen wastewater. The specific NH4+-N removal rate could reach at 52.54 g/kg-MLSSd and 111.97 g/kg-MLSSd in the SBR when the initial NH4+-N concentrations were 91.01 mgL-1 and 163.37 mgL-1, respectively. Nitrite oxidizi
15、ng bacteria (NOB) was more sensitive to pH than Ammonia oxidizing bacteria (AOB) in the function flora. The ammonia oxidation rate was the highest at an initial pH of 9.0 and nitration rate was the highest at an initial pH of 8.0. The Na2CO3 was a good catalyst in acclimatizing process of activated
16、sludge and the nitrification efficiency of acclimatized activated sludge was increased by low concentration of COD and NaCl. Simultaneous nitrogen and phosphorus removal function flora was obtained from conventional activated sludge through operation of anaerobic-aerobic-anoxic mode. Nitrogen and ph
17、osphorus removal was highest, with NH 4+-N removal rate , TN removal rate, TP removal rate and COD removal rate were 98.80%, 90.83%, 85.80% and 93.56% , respectively at the influent COD of 400 mg/L (C:N:P=200:20:2.5). Phenomenon of sludge bulking appeared in SBR at influent COD of 500 mg/L. Denitrif
18、ying phosphorus function flora could be cultured by two stages of anaerobic-aerobic and anaerobic-anoxic in the SBR, the NH4+-N removal rate, TN removal rate, TP removal rate and COD removal rate were 97.62%, 89.79%, 94.12% and 81.11%, respectively at influent COD of 200 mg/L(C:N:P=200:20:2.5), meet
19、ing the national level emission standards of A . Biofacies and microbial population variation of - II -哈尔滨工业大学理学硕士学位论文different periods in three function flora were investigated, corresponding to the impact of water quality and regulatory conditions. A denitrifying phosphate-accumulating organisms n
20、amed Strain J6 was isolated from low-temperature function flora, which belonged to Acinetobacter sp.by means of 16S rRNA. Keywords: low temperature, sewage treatment, nitrogen and phosphorus removal, SBR, function flora- III -哈尔滨工业大学理学硕士学位论文目录摘要. IABSTRACT . II目录. IV第 1章绪论 . 11.1 课题来源及研究的目的和意义 . 11.
21、1.1 课题背景. 11.1.2 课题的来源 . 11.1.3 课题研究的目的和意义. 21.2 污水生物脱氮除磷理论与技术 . 21.2.1 生物脱氮机理 . 21.2.2 生物除磷机理 . 31.3 SBR工艺的研究进展 . 41.3.1 SBR工艺概述及优点 . 51.3.2 SBR工艺同步生物脱氮除磷研究进展 . 51.4 低温生物脱氮除磷的研究现状 . 51.4.1 低温生物脱氮的研究现状 . 61.4.2 低温生物除磷的研究现状 . 61.4.3 低温 SBR同步生物脱氮除磷的研究现状 . 61.5 课题研究的技术路线与主要内容 . 6第 2章试验材料与方法 . 92.1 试验装置
22、设计与试验方法 . 92.1.1 试验装置与设备 . 92.1.2 试验用水与种泥来源 . 92.1.3 试验检测项目及检测方法 . 102.1.4 各功能菌群的 SBR工艺启动调控方法 . 102.2 分子生物学检测方法.112.2.1 样品基因组 DNA的提取及检测 .112.2.2 PCR 体系扩增及检测 . 122.2.3 DGGE、连接、转化及克隆 . 122.2.4 测序及序列解析 . 122.3 微生物形态学及生物相分析方法 . 122.3.1 光学显微镜镜检方法 . 12- IV -哈尔滨工业大学理学硕士学位论文2.3.2 原子力显微镜检测方法. 132.3.3 透射电镜检测方
23、法 . 132.3.4 扫描电镜镜检方法 . 132.4 微生物试验方法 . 132.4.1 反硝化聚磷菌的分离筛选方法 . 142.4.2 生长曲线的测定及生理生化反应试验. 142.4.3 菌株的鉴定方法 . 15第 3章 SBR低温硝化功能菌群的培育与功能强化 . 163.1 硝化功能菌群的培育及效能评价 . 163.1.1 硝化功能菌群的培育 . 163.1.2 功能菌群的氨氧化功能强化 . 173.1.3 功能菌群处理实际污水的氨氧化性能. 183.1.4 功能菌群的氨氧化潜力分析 . 193.2 影响 SBR系统低温硝化功能的主要因素 . 203.2.1 pH . 203.2.2
24、氨氮浓度. 263.2.3 有机负荷. 263.2.4 碱度 . 283.2.5 盐度 . 293.2.6 微量元素. 303.3 SBR低温硝化系统的群落结构分析 . 313.3.1 生物相观察 . 313.3.2 群落结构分析 . 323.4 小结 . 34第 4章 SBR低温同步脱氮除磷功能菌群的培育与功能强化 . 354.1 SBR同步脱氮除磷系统的低温启动及效能 . 354.1.1 功能菌群的培育及氮磷去除效能强化. 354.1.2 典型周期内的各指标变化规律 . 394.2 污泥负荷提高对系统脱氮除磷效果的影响 . 404.2.1 氮素的去除 . 404.2.2 TP的去除 . 4
25、24.2.3 COD的去除 . 424.2.4 污泥膨胀分析 . 434.2.5 生物量及污泥活性分析. 444.3 同步脱氮除磷系统对实际废水的处理效果 . 46- V -哈尔滨工业大学理学硕士学位论文4.3.1 氮素的去除 . 464.3.2 TP的去除 . 484.3.3 COD的去除 . 494.3.4 生物量及污泥活性分析. 504.4 系统活性污泥的群落结构分析 . 504.4.1 生物相观察 . 504.4.2 群落结构分析 . 524.5 小结 . 54第 5章 SBR低温反硝化聚磷功能菌群的培育与功能强化 . 565.1 SBR反硝化聚磷系统的低温启动及效能 . 565.1.1 功能菌群的初步培育及氮磷去除效能的强化 .