低强度磁场对污水处理的效应研究

论文摘要

利用磁场辅助降解水中的污染物是一项新型的水处理技术,它可以单独使用也可以与其它水处理技术联合使用,并具有降低污染物降解过程能耗、易于操作、无二次污染且成本低等优点,具有广阔的发展前景。本研究采用序批式活性污泥法(SBR)工艺,以几组永磁铁作为磁场发生装置,以磁感应强度、磁场位型等作为调节参数(投加磁粉时以磁粉数量为调节参数),以zeta电位,污泥好氧速率(OUR)以及脱氢酶活性作为污泥胶体稳定性及活性评价指标,系统地研究了磁化处理、磁场作用形式及磁场强度等因素对活性污泥的性质及其降解污染物效率的影响。研究结果表明,在一定强度的磁场作用下,水中污染物COD、氨氮、以及硝氮的去除率有所提高,当磁场强度介于90~120mT之间时,COD去除效果明显提高,而当磁感应强度处于30~60mT之间时,对氨氮的去除有促进作用。磁场对好氧反硝化过程作用比较明显,从0~150 mT范围内,随着磁场强度的增加,硝氮的去除率也有逐渐上升趋势。在外加磁场的作用下,污泥的性质发生改变。其中,磁场降低了污泥颗粒zeta电位,由此也促进了污泥的沉降速率的提高,实验中的外加磁场为60mT时,污泥的沉降速率提高了23.8%;在实验设置的磁场范围内,污泥菌体的脱氢酶活性随着磁场梯度的增加呈现出比较明显的增加趋势。另外,磁场对于污染物质COD、氨氮及硝氮的去除率起促进作用的强度范围与磁场位型(相吸、相斥)的变化无关。对于同等强度磁场,相吸磁场对污泥活性指标,如脱氢酶活性的提高效果要优于相斥磁场。同时,相对于平行磁铁构成的磁场,投加磁粉对COD及氨氮降解过程没有明显的促进作用,但污泥的沉降速率随磁粉投加量的增加逐渐上升,当磁粉量为2.5g/L时,沉降速率提高幅度达66.7%。同时,利用DGGE指纹图谱技术,对磁效应对系统微生物菌群群落结构演替影响进行了初步研究。DGGE指纹图谱相似性和聚类分析显示,对照组的丰富度较加磁的反应器的微生物丰富度指数较高,加磁的样品趋向于聚为一类,磁效应导致适应磁环境的细菌生物活性增强,种群演替较快,系统内磁适力差的无用菌群被淘汰,优势菌群更为明显,丰富度降低,相对对照组更容易形成稳定的群落结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 我国水污染现状
• 1.1.2 传统污水生物处理技术概述
• 1.2 磁场对微生物的作用机理
• 1.2.1 磁致蛋白质效应
• 1.2.2 磁场对生物膜的效应
• 1.2.3 磁场对微生物分子结构的影响
• 1.3 磁场对水中有机物降解的作用机理
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 磁场对水中微生物的作用
• 1.4.2 磁场对污染物去除效率的实验研究
• 1.5 SBR 工艺的流程、特点及主要因素
• 1.5.1 SBR 法的工艺流程
• 1.5.2 SBR 法工艺特点
• 1.5.3 SBR 工艺的影响因素
• 1.6 本课题研究的目的、意义及主要内容
• 1.6.1 课题来源
• 1.6.2 本课题研究的目的、意义
• 1.6.3 研究的主要内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 污水性质及来源
• 2.2 磁场产生装置
• 2.2.1 磁铁的选择
• 2.2.2 辅助装置
• 2.3 磁场调节参数
• 2.3.1 调节磁场强度
• 2.3.2 调节磁场类型
• 2.4 水质分析项目及方法
• 2.5 污泥性质参数的测定方法
• 2.5.1 污泥沉降速率的测定
• 2.5.2 污泥好氧速率（OUR）的测定
• 2.5.3 污泥浓度MLSS
• 2.5.4 污泥脱氢酶活性的测定
• 2.6 DGGE 分子生物学分析原理与方法
• 2.6.1 PCR-DGGE 技术原理
• 2.6.2 PCR-DGGE 操作步骤
• 2.7 相关实验仪器和药剂
• 第3章 磁场对活性污泥降解污染物效率的影响研究
• 3.1 磁场设置
• 3.2 磁化处理对COD 降解效果影响研究
• 3.2.1 不同磁场强度对COD 降解效果的影响研究
• 3.2.2 连续运行SBR 反应器中的COD 降解效果研究
• 3.3 磁化处理对硝化作用影响研究
• 3.3.1 不同磁场强度对氨氮降解效果的影响研究
• 3.3.2 连续运行SBR 反应器中的氨氮降解效果研究
• 3.4 磁化处理对反硝化作用的影响研究
• 3.4.1 好氧反硝化机理探讨
• 3.4.2 磁场对好氧反硝化过程的影响研究
• 3.5 不同磁作用方式对污水处理效果的影响
• 3.5.1 相斥磁场
• 3.5.2 两种磁场位型的作用结果比较
• 3.5.3 投加磁粉
• 3.6 反应器内生物群落结构分析
• 3.6.1 DGGE 图谱分析
• 3.6.2 PCR-DGGE 指纹图谱分析
• 3.6.3 DGGE 的图谱分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 磁场对活性污泥性质的影响研究
• 4.1 磁场对污泥胶体zeta 电位的影响
• 4.2 磁场对活性污泥耗氧速率的影响
• 4.3 磁场对活性污泥聚沉速率的影响
• 4.4 磁场对活性污泥脱氢酶活性的影响
• 4.4.1 脱氢酶活性
• 4.4.2 实验结果与分析
• 4.5 不同磁作用方式对污泥性质的影响
• 4.5.1 相斥磁场
• 4.5.2 投加磁粉
• 4.6 污泥形态变化
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢