《飲用水生物預處理工藝快速啟動及微觀機制研究》是依託哈爾濱工業大學，由趙志偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：飲用水生物預處理工藝快速啟動及微觀機制研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙志偉
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於投資的運行費用低廉，生物膜飲用水預處理技術在開發中國家有廣闊的套用前景。但是目前針對生物膜飲用水預處理技術研究仍停留在反應器強化運行等巨觀領域，針對微觀領域生物相的研究不夠深入，生物膜結構的變化、以低底物、難降解有機物和重金屬離子為主要污染物條件下反應器內的微生物時間、空間分布規律和種群變化，分離、培養優勢菌種等方面的研究還處於空白階段。本研究針對以上問題，從反應器內部的微生物入手，開展以下研究：（1）從微觀角度探索低底物條件下生物膜反應器快速啟動的方法；（2）分析生物膜結構和微生物種群對反應器操作條件和水源水中特徵污染物的不同回響；（3）分離、培養處理難降解、有毒污染物的特徵優勢菌種，從微生物角度研究其特性和新陳代謝機理；（4）動力學模型的建立。為反應器的巨觀運行提供微觀理論支持，為生物膜預處理技術的工程套用打下良好的基礎。
結題摘要
在基金研究內容的基礎上，對實驗方案進行了進一步細化和擴展，基金中的研究內容全部完成。首先，流化填料表面的聚乳酸改性可以實現生物膜的快速啟動，同時快速啟動成功後，改性後的生物穩定性也較高，對氨氮和有機物都有較好的去除效能。輕質載體/沸石雙層曝氣生物濾池相比於單層曝氣生物濾池來說具有更短的啟動周期，並且其在低溫條件下除氨氮具有很好的效能，下層選用輕質載體，填充率80%左右，上層選用沸石填料，粒徑2～3mm。雙層濾池在10℃以下，通過生物和離子交換作用氨氮平均去除率為75.11%。沸石的離子交換作用占整體對氨氮去除比例的20～40%。在高氨氮污染負荷下，濾池仍保持去除效果。 在此基礎上，探討了不同溫度、不同C/N條件下生物膜對運行條件變化的微觀回響。試驗中溫度條件為15℃、25℃、30℃，C/N為3和5，巨觀考察了氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、TOC、TN的處理情況，微觀考察了生物膜的形成情況及相應的生物量，利用PCR-DGGE技術分析了不同運行條件下的微生物菌群結構變化。25℃時，反應器的處理效果最優，30℃時生物膜上異養菌的生長逐漸呈現優勢，15℃時硝化細菌活性減弱。此外，高C/N條件下生物膜掛膜速度快，菌群結構複雜，穩定運行40d後形成三維立體結構。經鑑定反應器中均存在硝化細菌，並發現變形菌、噬甲基菌屬、噬氫菌、易撓屈撓桿菌、伯克氏菌等其他細菌類型，證明微污染水源水形成的生物膜中細菌種群也較為複雜。 針對微污染源水中含有的少量苯酚、鐵錳的有毒、難降解的污染物，分離篩選及鑑定了苯酚降解菌和鐵錳氧化菌。在分離篩選的9種苯酚降解菌中，挑選出生長速度快、苯酚降解率高的5種菌，分別為FY-1、FY-2、FY-3、FY-4、FY-5，測定了其生長曲線及苯酚降解率，對菌種FY-2和FY-4進行了細菌鑑定，分別為克雷伯菌和奇異變形桿菌。常規反應器運行15d後投加苯酚降解菌，各運行參數在短暫波動後恢復原有的去除水平。篩選獲得的3種鐵錳氧化菌，分析了其鐵錳去除情況及鐵錳氧化能力，初步鑑定出菌種FZ-1、FZ-2、FZ-3為具有鐵錳氧化能力的純菌，在反應器運行時發揮了部分的去除效果。 結合生物預處理工藝的結構特點和微生物特性，以莫諾方程為基礎，通過適當的簡化建立了反應器的底物降解和微生物增長動力學模型，並通過參考其他文獻和結合試驗結果確定了動力學模型中的各個參數的取值。通過模型的計算結果和
