【摘要】： 好氧顆粒污泥是一種用于廢水處理的新型微生物聚集體,是微生物在各種選擇壓的作用下自發(fā)凝聚而形成的結(jié)構(gòu)致密、沉降性能良好、生物協(xié)作性強(qiáng)的生物顆粒。好氧顆粒污泥具有能夠同時(shí)去除廢水中的COD、N和P的特殊性能,是一項(xiàng)很有應(yīng)用潛力的廢水生物處理技術(shù)。本論文采用逐步提高選擇壓的培養(yǎng)策略,成功的培養(yǎng)了硝化菌大量富集、穩(wěn)定性良好、能同時(shí)除碳脫氮的好氧硝化顆粒污泥,系統(tǒng)考察了好氧硝化顆粒污泥的培養(yǎng)形成過程、儲存過程和解體過程,研究了儲存和解體后恢復(fù)顆粒污泥性能的自修復(fù)行為,并驗(yàn)證了好氧硝化顆粒污泥處理高氨氮催化劑廢水的可行性。主要研究內(nèi)容如下: (1)研究逐步提高底物NH_4~+-N濃度選擇壓的培養(yǎng)策略的優(yōu)勢和形成的好氧硝化顆粒污泥的性能。結(jié)果表明,在底物NH_4~+-N濃度為200 mg/L的條件下無法完成好氧顆�；^程;而底物NH_4~+-N濃度為50 mg/L條件下培養(yǎng)的好氧顆粒污泥以異養(yǎng)菌為主,結(jié)構(gòu)松散,絲狀菌大量繁殖,穩(wěn)定性差,反應(yīng)器運(yùn)行131天顆粒污泥就開始解體。將底物NH_4~+-N濃度從50mg/L逐步提高到200 mg/L的培養(yǎng)策略使顆粒污泥內(nèi)的硝化菌逐漸富集,最終形成了能同時(shí)去除COD和NH_4~+-N并具有一定反硝化能力的好氧硝化顆粒污泥。逐步提高選擇壓的培養(yǎng)策略使好氧硝化顆粒污泥的性能得到逐步改善,反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度(MLSS)和顆粒粒徑逐步提高,顆粒沉降性能和硝化反硝化活性逐步得到強(qiáng)化。同時(shí),硝化菌的大量富集抑制了絲狀菌的生長,形成的好氧硝化顆粒污泥以桿菌為主,顆粒結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性能良好,反應(yīng)器運(yùn)行283天未出現(xiàn)明顯顆粒解體現(xiàn)象。在進(jìn)水COD和NH_4~+-N濃度分別為500和200 mg/L時(shí),COD、NH_4~+-N和總氮(TN)平均去除率分別達(dá)到82%、98%和50%。 (2)考察短期儲存2個(gè)月對好氧硝化顆粒污泥的影響,并研究儲存后的自修復(fù)階段的操作條件對硝化菌活性恢復(fù)的影響。結(jié)果表明,儲存2個(gè)月對好氧硝化顆粒污泥的物理性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性都沒有明顯影響。采用儲存前的操作條件進(jìn)行活性恢復(fù),即較低的剪切力(0.9cm/s)和循環(huán)時(shí)間(4h)條件下,異養(yǎng)菌活性恢復(fù)最快,5天后COD去除率基本恢復(fù)并穩(wěn)定在80%以上;而亞硝酸菌和硝酸菌的比耗氧速率(SOUR)只能分別恢復(fù)至儲存前的88%和82%,NH_4~+-N去除率僅在80%～90%之間:第41天剪切力提高至1.8cm/s后,亞硝酸菌活性完全恢復(fù),NH_4~+-N去除率達(dá)到98%以上,但硝酸菌的SOUR仍只有儲存前的92%;第65天將循環(huán)時(shí)間延長至6h,硝酸菌活性完全恢復(fù)。 (3)研究好氧硝化顆粒污泥長期儲存7個(gè)月過程中的性能、結(jié)構(gòu)和菌群衰減變化以及儲存后的自修復(fù)行為。結(jié)果表明,長期儲存使好氧硝化顆粒污泥的VSS/SS值下降,沉降性能惡化,顆粒表面出現(xiàn)較多孔穴和褶皺,但顆粒污泥并未發(fā)生明顯解體現(xiàn)象,仍保持其形態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。好氧硝化顆粒污泥儲存后,硝化菌和異養(yǎng)菌的活性都有明顯的衰減,但硝化菌的衰減速度較慢。在儲存階段,微生物首先利用胞外聚合物(EPS)和混合液中殘留的溶解氧(DO)進(jìn)行代謝生長,隨后分泌越來越多的EPS(尤其是多糖)。好氧硝化顆粒污泥內(nèi)硝化菌的衰減速度慢以及EPS的大量分泌是其在長期儲存階段能保持形態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要原因。在自修復(fù)階段,好氧硝化顆粒污泥的物理性能和微生物活性都迅速恢復(fù),經(jīng)過1個(gè)月的時(shí)間,其結(jié)構(gòu)、VSS含量、沉降性能等都完全恢復(fù)甚至優(yōu)于儲存前的水平。在剪切力為1.8cm/s,循環(huán)時(shí)間為6 h的條件下,好氧硝化顆粒污泥內(nèi)的硝化菌和異養(yǎng)菌活性分別經(jīng)11天和16天即可完全恢復(fù)。 (4)對好氧硝化顆粒污泥的解體機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)研究。結(jié)果表明,隨著好氧硝化顆粒污泥粒徑的增長,顆粒污泥內(nèi)部底物和DO的傳質(zhì)限制是導(dǎo)致顆粒解體的根本原因。解體過程主要包括以下三個(gè)階段:①顆粒污泥內(nèi)部底物和DO的傳質(zhì)通道被堵塞,中心空穴區(qū)域逐漸擴(kuò)大,最終顆粒污泥形成明顯的中空結(jié)構(gòu);②反硝化以及有機(jī)物厭氧分解產(chǎn)生的氣體在顆粒內(nèi)部難以排出,顆粒內(nèi)部產(chǎn)生較大氣壓,從而導(dǎo)致顆粒外層出現(xiàn)裂痕;③顆粒碎片沿顆粒裂痕處脫落,顆粒污泥完全解體。 (5)考察加入新的活性污泥促進(jìn)解體好氧硝化顆粒污泥完成自修復(fù)的可行性。結(jié)果表明,解體顆粒污泥的空穴能逐漸吸附新加入的活性污泥,并與之形成一個(gè)有機(jī)的整體。大約3周時(shí)間,解體顆粒污泥完全修復(fù),被修復(fù)后的顆粒污泥結(jié)構(gòu)規(guī)則,微生物相致密,顆粒污泥的沉降性能和強(qiáng)度都得到了極大的改善。剩余活性污泥在各種選擇壓的作用下形成新的顆粒污泥。由修復(fù)的和新形成的顆粒污泥組成的系統(tǒng)對COD和NH_4~+-N都具有高效穩(wěn)定的去除效果,在進(jìn)水COD和NH_4~+-N濃度分別為500和150mg/L時(shí),COD、NH_4~+-N和TN去除率分別穩(wěn)定在90%、99%和50%左右。 (6)研究好氧硝化顆粒污泥處理高氨氮催化劑廢水的可行性。結(jié)果表明,好氧硝化顆粒污泥適合處理高氨氮催化劑廢水,而且具有很好的抗沖擊負(fù)荷能力。在循環(huán)時(shí)間為4h,NH_4~+-N濃度為600 mg/L時(shí),NH_4~+-N容積負(fù)荷達(dá)到1.8kg/m~3·d,NH_4~+-N去除率達(dá)到98%以上。在模擬廢水鹽度為15g/L,COD和NH_4~+-N濃度分別在100～400 mg/L和300～600 mg/L之間波動時(shí),COD去除率在75%～90%之間,NH_4~+-N去除率在97%以上,出水都能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 8978-1996)》一級標(biāo)準(zhǔn)的要求。
【圖文】：

鹽橋作用而促使細(xì)胞間凝聚形成菌膠團(tuán)。(3)胞外聚合物(EPS)假說。不少學(xué)者認(rèn)為EPS是污泥顆粒形成的關(guān)鍵性因素。PS主要由多糖和蛋白質(zhì)組成，影響著細(xì)菌表面的性質(zhì)和顆粒污泥的物理性質(zhì)。細(xì)菌個(gè)是帶負(fù)電荷的，EPS的產(chǎn)生可以改變細(xì)胞之間的靜電斥力，從而產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象。(4)選擇壓假說。對于好氧顆�；^程來說，，選擇壓假說越來越受到學(xué)者們的認(rèn)。好氧顆�；谋举|(zhì)是選擇壓驅(qū)動下的細(xì)胞間自我固定化過程【’2]，目前選擇壓被認(rèn)為影響顆粒形成及其特性的最重要的作用力[l3】。選擇壓分為水力選擇壓和微生物選擇壓種，前者是通過控制反應(yīng)器結(jié)構(gòu)特性和水力條件等將性能差的污泥淘汰出反應(yīng)體系，者通過改變混合液中營養(yǎng)成分的負(fù)荷來使適應(yīng)此負(fù)荷的微生物生存下來而不能適應(yīng)微生物逐步消退。(5)SPaghetti理論。該理論認(rèn)為顆粒污泥的形成是選擇壓等物理作用對微生物進(jìn)選擇的過程。在外界條件作用下，細(xì)菌會自然生長成為小聚集體或附著于其他物質(zhì)上，樣有利于細(xì)菌的聚團(tuán)，新生顆粒會由于自身菌體的生長或豁附一些游離的細(xì)菌而不斷長。Beun等[l41曾提出沒有載體時(shí)好氧顆粒污泥的形成過程，過程模擬如圖1.1所示。

種類具有明顯的差異。好氧顆粒污泥內(nèi)的微生物主要由生長在表層的異養(yǎng)細(xì)菌，中間層的硝化細(xì)菌以及最內(nèi)層的反硝化細(xì)菌和聚磷菌等組成。微生物分布受氧氣在顆粒內(nèi)擴(kuò)散能力的限制，在好氧顆粒污泥內(nèi)呈層狀結(jié)構(gòu)，如圖1.2所示。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：X703

【引證文獻(xiàn)】

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7 沈娜;好氧硝化顆粒污泥的快速培養(yǎng)與運(yùn)行穩(wěn)定性的研究[D];華中科技大學(xué);2013年

本文編號：2614804