了得網工業技術_城市污水高效生物處理新方法及其技術原理

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污水高效生物處理新方法，創新，實用

內容簡介

《城市污水高效生物處理新方法及其技術原理》主要內容來自作者主持的國家自然科學基金、國家“863”計劃和重大水專項等項目，它從資源化利用污泥來提高污水生物處理效果的角度，將污水高效生物除磷脫氮及污泥資源化利用作為一個整體進行考慮，建立了污水除磷脫氮微生物和污泥發酵產除磷脫氮優質碳源的生長代謝理論和調控新方法，揭示了污水處理廠內部實現高效除磷脫氮和污泥資源化利用的一體化處理新技術和原理，為污水處理廠高效、可持續運行提供理論基礎和技術支撐。

作者簡介

陳銀廣，同濟大學環境學院教授、博士生導師。1998年12月畢業於無錫輕工大學（今江南大學）微生物發酵工程專業，獲博士學位；1999年4月至2003年7月先後在同濟大學環境學院、美國中佛羅裡達大學土木與環境工程繫、美國弗吉尼亞理大學生物繫統工程繫從事博士後研究；2003年12月作為國外引進人纔到同濟大學環境學院工作並被聘為教授；2004年12月被批準為博士研究生導師。曾獲上海市曙光學者、*新世紀優秀人纔、*科技進步二等獎等榮譽。主要從事污水及污泥生物處理及資源化的研究。

第1篇城市污水生物除磷脫氮原理與調控新技術及其原理
1污水除磷脫氮理論
1.1增強生物除磷
1.1.1生物除磷的基本原理
1.1.2胞內聚合物
1.1.3增強生物除磷繫統中的微生物
1.1.4增強生物除磷繫統的主要微生物酶
1.2生物脫氮
1.2.1生物脫氮的基本原理
1.2.2生物脫氮過程中的關鍵酶
1.2.3非傳統的生物脫氮技術
2基於污水短鏈脂肪酸組成優化的高效生物除磷
2.1丙酸/乙酸對聚磷菌富集繫統的影響
2.1.1馴化過程對除磷效果的影響第1篇城市污水生物除磷脫氮原理與調控新技術及其原理

1污水除磷脫氮理論

1.1增強生物除磷

1.1.1生物除磷的基本原理

1.1.2胞內聚合物

1.1.3增強生物除磷繫統中的微生物

1.1.4增強生物除磷繫統的主要微生物酶

1.2生物脫氮

1.2.1生物脫氮的基本原理

1.2.2生物脫氮過程中的關鍵酶

1.2.3非傳統的生物脫氮技術

2基於污水短鏈脂肪酸組成優化的高效生物除磷

2.1丙酸/乙酸對聚磷菌富集繫統的影響

2.1.1馴化過程對除磷效果的影響

2.1.2丙酸/乙酸對聚磷菌繫統的物質轉化影響

2.2丙酸/乙酸對聚糖菌富集繫統的影響

2.2.1聚糖菌的培養馴化策略

2.2.2馴化過程中各反應器的變化特征

2.2.3丙酸/乙酸對聚糖菌繫統的物質轉化影響

2.3丙酸與乙酸混合酸作為碳源對聚磷菌和聚糖菌厭氧代謝計量學影響

2.3.1聚磷菌胞內的基本反應

2.3.2聚糖菌胞內的基本反應

2.3.3混合酸作為碳源時聚磷菌的厭氧代謝途徑和計量學

2.3.4混合酸作為碳源時聚糖菌的厭氧代謝途徑和計量學

2.3.5模型驗證

2.4丙酸與乙酸混合酸作碳源時的聚磷菌和聚糖菌代謝的動力學

2.4.1厭氧動力學過程

2.4.2PAO動力學模型的描述

2.4.3GAO動力學模型的描述

2.4.4代謝過程動力學模擬

2.4.5動力學模型的意義

3基於污水pH值優化的高效生物除磷

3.1起始pH的變化對聚磷菌富集繫統的短期影響

3.1.1反應器中pH的變化

3.1.2起始pH對各種物質代謝的影響

3.2起始pH的變化對聚糖菌富集繫統的短期影響

3.3不同起始pH長期馴化對PAO和GAO影響的比較

3.3.1pH變化的比較

3.3.2對短鏈脂肪酸吸收的影響

3.3.3對聚羥基烷酸和糖原代謝的影響

3.3.4對PAO繫統溶解性正磷酸鹽代謝的影響

3.3.5對關鍵酶活性的影響

|iv|4厭氧.低氧同時高效生物除磷脫氮

4.1進水短鏈脂肪酸組成對厭氧.低氧生物除磷脫氮繫統的影響

4.1.1厭氧.低氧生物除磷脫氮繫統的啟動

4.1.2馴化穩定後在一個運行周期內主要物質的變化特征

4.1.3短鏈脂肪酸組成對COD、氮和磷去除的影響

4.1.4PHA組成與除磷脫氮的內在聯繫

4.1.5厭氧.低氧繫統中反硝化微生物的研究

4.2充水比的影響

4.2.1充水比對短鏈脂肪酸、PHA及糖原代謝的影響

4.2.2充水比對硝化、反硝化及氮去除的影響

第2篇污水處理廠污泥轉化為除磷脫氮優質碳源的理論與技術

5污泥發酵產酸概述

5.1污泥發酵產酸的意義

5.2污泥厭氧發酵的基本原理

5.3參與污泥厭氧發酵的主要微生物

5.3.1水解和酸化階段的主要微生物

5.3.2產氫產乙酸階段的主要微生物

5.3.3產甲烷階段的主要微生物

5.4參與污泥厭氧水解和發酵產酸的關鍵酶

5.4.1污泥厭氧水解的關鍵酶

5.4.2與產酸相關的關鍵酶

5.5污泥厭氧發酵的影響因素

5.6提高污泥水解速率的方法

6堿性條件強化剩餘污泥發酵產酸

6.1常溫條件下pH對剩餘污泥厭氧發酵的影響與機理

6.1.1pH對溶解性COD的影響

6.1.2pH對總SCFAs的影響

6.1.3pH對單個SCFAs的影響

6.1.4堿性pH促進剩餘污泥發酵產酸的機理

6.1.5不同pH短期預處理對剩餘污泥厭氧發酵的影響

6.1.6恆定pH 10條件下半連續流反應器中污泥厭氧發酵的研究

6.2中溫及高溫條件下pH對剩餘污泥厭氧發酵的影響與機理

6.2.1pH對剩餘污泥中溫及高溫厭氧發酵的影響

6.2.2中溫及高溫條件下堿性pH促進剩餘污泥厭氧發酵產酸的機理

6.2.3pH對污泥VSS減量的影響

6.2.4pH對污泥厭氧發酵繫統碳平衡的影響

6.2.5pH對NH+4.N和PO3-4.P釋放的影響

|v|7表面活性劑促進剩餘污泥發酵產酸

7.1不同表面活性劑對剩餘污泥發酵產酸量的影響

7.2陰離子表面活性劑對剩餘污泥厭氧發酵的影響

7.2.1表面活性劑投加量對總SCFAs濃度的影響

7.2.2表面活性劑投加量時各種SCFAs的濃度分布

7.2.3表面活性劑投加量對剩餘污泥厭氧發酵過程中NH+4.N和PO3-4.P

釋放的影響

7.2.4剩餘污泥在厭氧發酵過程中pH的變化

7.2.5剩餘污泥厭氧發酵過程中的污泥濃度變化

7.3中溫及高溫條件下表面活性劑促進剩餘污泥厭氧發酵產酸的研究

7.3.1表面活性劑加入量對發酵產酸量的影響

7.3.2表面活性劑加入量對發酵產生的SCFAs組分的影響

7.3.3表面活性劑加入量對VSS減量的影響

7.3.4不同表面活性劑投加量下污泥厭氧發酵繫統的碳平衡

7.4pH對表面活性劑促進剩餘污泥厭氧發酵的影響

7.4.1pH對表面活性劑促進剩餘污泥厭氧發酵產酸量的影響

7.4.2pH對表面活性劑促進剩餘污泥厭氧發酵產生的SCFAs組分的影響

7.5表面活性劑促進剩餘污泥發酵產酸的機理

7.5.1表面活性劑對剩餘污泥中顆粒態有機物溶解的影響

7.5.2表面活性劑對溶解態大分子有機物水解的影響

7.5.3表面活性劑對水解產物降解及發酵產酸的影響

7.5.4表面活性劑對酸化產物甲烷化的影響

7.5.5表面活性劑促進剩餘污泥發酵產酸主要是生物作用還是化學作用的驗證

7.5.6表面活性劑對污泥水解酶活力的影響

7.5.7表面活性劑在厭氧發酵過程中的自身降解

|vi|7.5.8表面活性劑促進剩餘污泥發酵產酸的機理小結

8pH及表面活性劑對剩餘污泥發酵產酸動力學的影響

8.1試驗方法

8.1.1堿性pH促進剩餘污泥厭氧發酵產酸的動力學試驗

8.1.2表面活性劑促進剩餘污泥厭氧發酵產酸的動力學試驗

8.2剩餘污泥厭氧產酸動力學模型

8.2.1模型描述

8.2.2靈敏度分析

8.2.3動力學參數估算

8.3堿性pH促進剩餘污泥厭氧產酸動力學

8.3.1動力學參數的確定

8.3.2動力學模型的驗證

8.4表面活性劑促進剩餘污泥發酵產酸動力學

8.4.1動力學參數的確定

8.4.2動力學模型的驗證

9pH及表面活性劑對剩餘污泥發酵產酸微生物的影響

9.1pH對剩餘污泥厭氧發酵微生物活性的影響

9.2表面活性劑對剩餘污泥厭氧發酵微生物活性的影響

9.3室溫、中溫和高溫堿性發酵繫統微生物群落結構分析

9.3.1室溫、中溫和高溫堿性發酵繫統的微生物群落物種數量分布

9.3.2室溫、中溫和高溫堿性發酵繫統的微生物群落組成

10投加碳水化合物促進剩餘污泥發酵產酸

10.1投加碳水化合物改變C/N對剩餘污泥發酵產酸的影響

10.1.1C/N對總SCFAs產生的影響

10.1.2C/N對SCFAs組成的影響

10.1.3C/N對溶解性蛋白質濃度的影響

10.1.4C/N對溶解性碳水化合物濃度的影響

10.1.5C/N對NH+4.N釋放的影響

10.1.6C/N對PO3-4.P釋放的影響

10.1.7C/N對剩餘污泥發酵減量化的影響

10.2C/N時pH及溫度對剩餘污泥發酵產酸的影響

10.2.1pH的影響

10.2.2溫度的影響

10.3投加碳水化合物促進剩餘污泥發酵產酸機理及微生物學研究

10.3.1發酵產酸過程中底物之間的協同作用研究

10.3.2發酵過程中甲烷產生的研究

10.3.3發酵產酸過程中關鍵酶活性的研究

10.3.4發酵產酸過程中的微生物學研究

10.4剩餘污泥和城市易腐有機廢物聯合發酵產酸的研究

10.5半連續流反應器中投加碳水化合物促進剩餘污泥發酵產酸

|vii|第3篇污泥產生的碳源用於增強污水生物除磷脫氮

11堿性發酵污泥的泥水分離技術

11.1堿性發酵污泥的基本性質

11.2堿性發酵污泥調理方法的研究

11.2.1酸處理和熱處理

11.2.2鹽處理

11.3污泥堿性發酵繫統的泥水分離

11.3.1從污泥堿性發酵繫統中同時回收氮和磷

11.3.2同時回收氮磷工藝條件的優化

11.3.3同時回收氮磷後污泥固相成分分析

11.3.4同時回收氮磷對堿性發酵污泥脫水性能的影響

11.4同時回收氮磷提高污泥堿性發酵污泥性能的機理

11.4.1ζ電位

11.4.2鎂離子

11.4.3聚合物

11.4.4鳥糞石

12剩餘污泥發酵液作為污水增強生物除磷微生物的碳源

12.1剩餘污泥堿性發酵液與乙酸作為增強生物除磷微生物碳源的比較

12.1.1對磷釋放的影響

12.1.2對磷吸收的影響

12.1.3SOP的去除效果對比及SOP、糖原和PHA的轉化

12.1.4一個反應周期內BOD、COD、蛋白質和碳水化合物濃度的變化

12.1.5pH的變化

12.1.6兩個反應器內的污泥性質比較

12.1.7污泥發酵液作碳源對出水重金屬離子的影響

12.2剩餘污泥堿性發酵液作碳源時的微生物毒性研究

12.2.1脫氫酶活性

12.2.2活性污泥的耗氧速率

12.3剩餘污泥堿性發酵液作為實際城市污水增強生物除磷工藝的補充碳源

12.3.1發酵液投加量的確定

12.3.2發酵液投加量下的反應器內各物質轉化

12.3.3發酵液投加量下的污水處理效果

13剩餘污泥發酵液作為污水短程硝化.反硝化脫氮除磷微生物的碳源

13.1乙酸作碳源對短程硝化.反硝化及反硝化除磷的影響

13.1.1污泥馴化及一個周期內各物質的變化

13.1.2短程硝化.反硝化和反硝化除磷的研究

13.2污泥堿性發酵液對短程硝化.反硝化及反硝化除磷的影響

13.2.1各物質在一個運行周期內的變化

13.2.2污泥發酵液中腐殖酸對厭氧釋磷及好氧吸磷的影響

13.2.3污泥發酵液主要有機組分對短程硝化的影響

13.3污泥發酵液作碳源對微生物及關鍵酶活性的影響

13.3.1對微生物群落組成的影響

13.3.2對主要微生物種群數量分布及關鍵酶活性的影響

在線試讀

第1篇城市污水生物除磷脫氮
原理與調控新技術及其原理|||||城市污水高效生物處理新方法及其技術原理||1|污水除磷脫氮理論

1
污水除磷脫氮理論

1?1增強生物除磷1?1?1生物除磷的基本原理污水中大量的氮和磷排入水體，是導致富營養化的關鍵因素之一。早期Srinath等在一次偶然的機會發現了生物“超量吸磷”現像，隨後人們對生物除磷的基本原理和微生物種群進行了廣泛和深入的研究，認為要實現增強生物除磷(enhanced biological phosphorus removal,EBPR)，利用活性污泥法進行污水生物處理的工藝需包含厭氧環境和好氧環境，經過聚磷菌(phosphorus accumulating organisms,PAO)的厭氧釋磷和好氧吸磷處理後，達到超量吸磷的目的，這一過程包含多個化學物質的生物轉化(圖1?1)。在厭氧條件下，聚磷菌吸收污水中的易降解有機物，如揮發性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)或短鏈脂肪酸(short?chain fatty acids,SCFAs)，並將其儲存為胞內儲能物質聚羥基烷酸(polyhydro?xyalkanoates,PHA)，這個過程需要的能量主要來源於聚磷(Poly?P)的水解，因而在厭氧階段反應器中的溶解性正磷酸鹽(soluble orthophosphate,SOP)濃度不斷增加(圖1?2)。由於PHA是比SCFAs還原性更強的物質，因而在合成PHA時需要有還原力(NADH2)，它可由SCFAs通過三羧酸(tri?carboxylic acid,TCA)循環或由糖原(glycogen)經EMP(embden?meyerhof?parnas)或ED(entner?doudoroff) 途徑提供。同時，細胞內糖原(glycogen)的降解提供了另外一小部分能量以及合成PHA所需要的還原力NADH2。在好氧條件下，聚磷菌氧化胞內儲存的PHA，用於提供好氧吸磷所需的能量、合成糖原以及維持細胞生長。在正常的EBPR繫統中，PAO好氧吸磷量遠遠大於厭氧釋磷量，通過排放污泥便可達到去除污水中磷的目的。
圖1?1聚磷菌(無×)和聚糖菌(有×)的厭氧和好氧代謝特征比較
圖1?2一個厭氧?好氧周期內EBPR繫統中關鍵物質的代謝變化示意圖第1篇城市污水生物除磷脫氮

原理與調控新技術及其原理|||||城市污水高效生物處理新方法及其技術原理||1|污水除磷脫氮理論

1

污水除磷脫氮理論

1?1增強生物除磷1?1?1生物除磷的基本原理污水中大量的氮和磷排入水體，是導致富營養化的關鍵因素之一。早期Srinath等在一次偶然的機會發現了生物“超量吸磷”現像，隨後人們對生物除磷的基本原理和微生物種群進行了廣泛和深入的研究，認為要實現增強生物除磷(enhanced biological phosphorus removal,EBPR)，利用活性污泥法進行污水生物處理的工藝需包含厭氧環境和好氧環境，經過聚磷菌(phosphorus accumulating organisms,PAO)的厭氧釋磷和好氧吸磷處理後，達到超量吸磷的目的，這一過程包含多個化學物質的生物轉化(圖1?1)。在厭氧條件下，聚磷菌吸收污水中的易降解有機物，如揮發性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)或短鏈脂肪酸(short?chain fatty acids,SCFAs)，並將其儲存為胞內儲能物質聚羥基烷酸(polyhydro?xyalkanoates,PHA)，這個過程需要的能量主要來源於聚磷(Poly?P)的水解，因而在厭氧階段反應器中的溶解性正磷酸鹽(soluble orthophosphate,SOP)濃度不斷增加(圖1?2)。由於PHA是比SCFAs還原性更強的物質，因而在合成PHA時需要有還原力(NADH2)，它可由SCFAs通過三羧酸(tri?carboxylic acid,TCA)循環或由糖原(glycogen)經EMP(embden?meyerhof?parnas)或ED(entner?doudoroff) 途徑提供。同時，細胞內糖原(glycogen)的降解提供了另外一小部分能量以及合成PHA所需要的還原力NADH2。在好氧條件下，聚磷菌氧化胞內儲存的PHA，用於提供好氧吸磷所需的能量、合成糖原以及維持細胞生長。在正常的EBPR繫統中，PAO好氧吸磷量遠遠大於厭氧釋磷量，通過排放污泥便可達到去除污水中磷的目的。

圖1?1聚磷菌(無×)和聚糖菌(有×)的厭氧和好氧代謝特征比較

圖1?2一個厭氧?好氧周期內EBPR繫統中關鍵物質的代謝變化示意圖

然而，在某些情況下，即使是外界環境有利於聚磷菌的生長，

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