【摘要】：厭氧生物處理技術(shù)具有能耗低、可回收利用沼氣資源、剩余污泥量少、耐沖擊負荷等優(yōu)點,已成為高濃度有機廢水及城市污水處理的常用方法。污泥顆�；鳛閰捬跎锾幚硐到y(tǒng)高效運行的關(guān)鍵問題之一,研究其形成、結(jié)構(gòu)及微生物代謝和增殖特性對于提高厭氧生物處理系統(tǒng)的性能具有重要意義。有關(guān)厭氧顆粒污泥的形成、結(jié)構(gòu)及種群分布特性的研究主要集中于上流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器或類似的高效反應(yīng)器。厭氧序批式反應(yīng)器(ASBR)和完全混合式反應(yīng)器(CSTR)具有結(jié)構(gòu)簡單,不存在配水系統(tǒng)堵塞,操作靈活,在處理高懸浮固體濃度廢水方面具有明顯優(yōu)勢。因此,研究這兩種典型的厭氧反應(yīng)器中污泥形態(tài)、結(jié)構(gòu)、種群分布以及微生物增殖特性對于反應(yīng)器的設(shè)計、運行和管理具有重要意義。本研究以ASBR和CSTR反應(yīng)器為對象,以操作方式(序批式和連續(xù)流)和營養(yǎng)物對厭氧污泥形態(tài)、種群結(jié)構(gòu)及增殖特性的影響為主線,首先探討氫利用速率(Hydrogen Utilization Rate,HUR)對厭氧體系氫分壓的調(diào)控作用,并作為關(guān)鍵性指標用以評價厭氧系統(tǒng)處理性能;其次,通過抑制甲烷菌誘導(dǎo)反應(yīng)器酸化,探討酸化進程及快速恢復(fù)策略;以葡萄糖為基質(zhì),利用熒光原位雜交(Fluorescence In Situ Hybridization,FISH)技術(shù),探討兩種反應(yīng)器中污泥的顆粒化、形態(tài)、結(jié)構(gòu)及種群分布;通過測定氨氮的消耗,運用活性污泥模型對微生物增長動力學(xué)進行表征;通過測定污泥產(chǎn)率系數(shù)和衰減速率,建立污泥增長與基質(zhì)利用之間的動力學(xué)關(guān)系;最后,采用間歇試驗法,研究了CSTR和UASB兩種連續(xù)流反應(yīng)器中的污泥在不同營養(yǎng)狀態(tài)下的儲存特性。主要的研究結(jié)果如下:1.污泥濃度對HUR測定有較大影響,濃度越高,氫的傳質(zhì)速率越小,測定的HUR與最大HUR的偏差越大。通過方法優(yōu)化,確定最大HUR測定的臨界污泥濃度為1 g VSS/L;通過對5種處理不同廢水的厭氧系統(tǒng)研究對比,表明HUR可作為厭氧生物處理系統(tǒng)性能的關(guān)鍵性指標,HUR越大,越有利于維持體系較低的氫分壓,從而促進丙酸和丁酸的降解,增強污泥的總產(chǎn)甲烷活性,保證厭氧生物處理的高效性。2.ASBR反應(yīng)器中投加BES后,反應(yīng)器快速酸化,具體表現(xiàn)為出水COD和VFA濃度升高,日均產(chǎn)氣量、氣體中甲烷含量及混合液p H降低,這些指標均可作為厭氧反應(yīng)器酸化的判斷依據(jù)。提出了污泥淘洗、p H調(diào)節(jié)和逐步提高進水濃度的三步恢復(fù)策略,加快污泥恢復(fù)進程,經(jīng)過50天后,ASBR反應(yīng)器完全恢復(fù)。3.攪拌方式和強度對污泥顆粒化進程有重要影響。與磁力攪拌方式比較,軸流式攪拌不但剪切力溫和,而且能夠維持反應(yīng)器中良好的混合液循環(huán),從而為顆粒污泥的形成提供良好的水力條件。采用ASBR和CSTR反應(yīng)器,分別經(jīng)過45天和60天成功培養(yǎng)出厭氧顆粒污泥,隨著污泥的顆�；�,體系的氫分壓顯著降低,污泥的產(chǎn)甲烷活性逐漸增強。EPS和絲狀菌均在污泥顆�；M程中發(fā)揮重要作用,污泥表面的絲狀菌相互交錯成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),將其它形態(tài)的厭氧微生物(球菌、桿菌等)包裹其中,從而可有效抵御水力沖擊;EPS以“針狀”和“鞘形”兩種結(jié)構(gòu)形式存在,前者主要分布于ASBR反應(yīng)器,而后者在兩種反應(yīng)器中均有存在;操作方式對顆粒污泥結(jié)構(gòu)、種群分布及優(yōu)勢菌群均有重要影響。在連續(xù)流操作方式下,顆粒污泥中微生物種群呈層狀分布(Layered stucture),外層主要為發(fā)酵產(chǎn)酸菌,內(nèi)層為甲烷菌,乙酸營養(yǎng)型甲烷菌以絲狀菌為主;而在間歇條件下,顆粒污泥中微生物種群呈群聚結(jié)構(gòu)(Clustered structure),乙酸營養(yǎng)型甲烷菌主要為甲烷球菌,且均以單體存在。造成兩種種群分布差異的原因為不同操作條件下不同的基質(zhì)濃度梯度。4.基于厭氧微生物增殖對氨氮的利用,發(fā)現(xiàn)氨氮對ASBR中微生物生長的影響大于CSTR;產(chǎn)酸菌的比增長速率大于甲烷菌,氨氮對產(chǎn)酸菌的影響大于甲烷菌;測定了厭氧污泥產(chǎn)率系數(shù)和衰減速率,并建立了污泥增長與基質(zhì)利用間的動力學(xué)關(guān)系。不同的操作方式下,厭氧微生物中蛋白質(zhì)的含量及其分子量分布存在較大差異,ASBR反應(yīng)器中污泥蛋白質(zhì)含量為482 mg/g VSS,而CSTR反應(yīng)器中為650 mg/g VSS,ASBR中厭氧微生物胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分子量分布較CSTR更廣泛,即ASBR中部分蛋白質(zhì)分子量較高,大分子量蛋白質(zhì)使得ASBR中污泥的衰減速率較小。5.通過間歇試驗,證實了CSTR和UASB兩種連續(xù)流反應(yīng)器中的微生物均具有儲存潛力。在不同的氮磷營養(yǎng)條件下,微生物的糖原儲存能力不同,其中無氮條件下微生物儲存能力表現(xiàn)最強,無磷條件下次之,同時無氮磷時最小;營養(yǎng)物限制條件下的糖原儲存量均大于營養(yǎng)平衡條件下的糖原儲存量,說明營養(yǎng)物缺乏能夠激發(fā)微生物的儲存潛能,通過儲存,以抵御營養(yǎng)缺乏對自身的不利影響并維持自身細胞結(jié)構(gòu)和代謝。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：X703

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 薛旭東;彭黨聰;;厭氧條件下序批式間歇反應(yīng)系統(tǒng)與完全混合反應(yīng)系統(tǒng)對氫分壓的影響[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2012年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 牛琪;序批操作條件下厭氧活性污泥中糖原的儲存研究[D];西安建筑科技大學(xué);2009年

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本文編號：2693643