A+OSA污泥減量工藝物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化及其微生態(tài)特性研究.pdf

1、目前在世界范圍內(nèi)，剩余污泥的處理和處置已成為制約城市污水處理行業(yè)發(fā)展的一個(gè)瓶頸。如何從根本上突破剩余污泥的技術(shù)和管理問題，是目前環(huán)保工作者迫切需要解決的難題之一。剩余污泥源頭減量化技術(shù)是目前解決剩余污泥問題的重要途徑，已經(jīng)成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。前期研究表明：改進(jìn)的OSA工藝(A+OSA工藝)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物的去除及對(duì)剩余污泥的源頭減量，且發(fā)現(xiàn)該工藝低污泥產(chǎn)率是貯泥池和主體反應(yīng)區(qū)(缺氧、好氧池)共同作用的結(jié)果。為了深層次解析該類反應(yīng)器實(shí)

2、現(xiàn)污泥源頭減量的機(jī)理，本文在考察A+OSA工藝性能的基礎(chǔ)上，分別考察了A+OSA工藝及其參照系統(tǒng)污泥特征、微生物群落結(jié)構(gòu)及其代謝產(chǎn)物變化規(guī)律，并研究了好氧/厭氧反復(fù)耦合條件下對(duì)菌體合成特點(diǎn)及其污泥減量的關(guān)系，最后從物質(zhì)和能量利用角度研究其物質(zhì)及能量遷移轉(zhuǎn)化特征。
　　 研究發(fā)現(xiàn)：與A/O工藝參照相比，A+OSA工藝可減少剩余污泥13％～27％，且并沒有對(duì)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物去除產(chǎn)生明顯的影響。其中，貯泥池水力停留時(shí)間(HRT)是影響該工藝

3、污泥減量效果的最重要參數(shù)，且系統(tǒng)存在一個(gè)最佳HRT，約在5.56h附近。就A+OSA工藝整體而言，工藝條件不同，各因素貢獻(xiàn)率亦不同。當(dāng)HRT低于某個(gè)值時(shí)，主體反應(yīng)區(qū)表現(xiàn)為污泥的低產(chǎn)率，但HRT越長(zhǎng)，貯泥池污泥衰減程度越高，而主體反應(yīng)區(qū)污泥產(chǎn)率增長(zhǎng)越明顯。且HRT不同，對(duì)貯泥池污泥產(chǎn)率影響的主導(dǎo)因素也存在差異，貯泥池HRT越長(zhǎng)，污泥衰減對(duì)貯泥池污泥減量的貢獻(xiàn)越大，低產(chǎn)率微生物的貢獻(xiàn)越小。當(dāng)HRT為7.14h時(shí)，低產(chǎn)率微生物的貢獻(xiàn)約為12.

4、59％左右。
　　 顯微結(jié)果發(fā)現(xiàn)：A+OSA工藝活性污泥內(nèi)部生物空隙更加發(fā)達(dá)，絮體外圍絲狀菌較少，有利于污泥沉降性能的提高。分子生物學(xué)研究表明：貯泥池的插入可以明顯改變系統(tǒng)微生物的群落結(jié)構(gòu)，且隨著貯泥池HRT延長(zhǎng)，系統(tǒng)中部分微生物被“淘洗”，微生物豐富度和多樣性指數(shù)均有所降低。相似性分析表明：參照系統(tǒng)和A+OSA工藝分屬于兩個(gè)不同的集群，但在A+OSA工藝內(nèi)部各反應(yīng)池樣品間具有較高的相似性，且各反應(yīng)池在HRI為5.56h、7.1

5、4h時(shí)，表現(xiàn)為顯著相似。A+OSA反應(yīng)器以β-proteobacteria(β-變形菌綱)最為豐富，Bacteroidetes(擬桿菌門)次之，Chloroflexi(綠彎菌門)占第三位。系統(tǒng)微生物多為兼性菌，其中水解酸化、產(chǎn)甲烷、反硝化除磷等慢速生長(zhǎng)微生物是A+OSA工藝污泥低產(chǎn)率的重要參與者。
　　 試驗(yàn)以從反應(yīng)器中分離得到的B.subtilis菌為研究對(duì)象，研究了其在批次好氧、厭氧及間歇好氧以及連續(xù)好氧及OSA運(yùn)行模式下，

6、菌體產(chǎn)率及其能量利用情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：好氧/厭氧交替對(duì)B.subtilis產(chǎn)率有明顯影響，在批次間歇好氧時(shí)菌體產(chǎn)率較低，為0.283 g.干重/g.葡萄糖，低于參照系統(tǒng)20.7％；在連續(xù)運(yùn)行模式下，菌體比生長(zhǎng)速率較快，同樣OSA模式菌體產(chǎn)率較低，為0.439 g.干重/g.葡萄糖，低于參照系統(tǒng)11.7％，由此可認(rèn)為代謝途徑的變化是其產(chǎn)率低的重要因素。研究還發(fā)現(xiàn)厭氧段的厭氧時(shí)間及底物情況是決定各影響因子對(duì)OSA污泥減量工藝貢獻(xiàn)的重要參數(shù)。<

7、br>　　 環(huán)境變化影響微生物代謝，研究發(fā)現(xiàn)：貯泥池上清液中蛋白質(zhì)、多糖及金屬離子的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他反應(yīng)區(qū)。對(duì)EPS檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：由于基質(zhì)缺乏，ORP較低，貯泥池，微生物為了維持其生存，會(huì)加速生成胞外聚合物以保護(hù)自身。當(dāng)貯泥池污泥混合液回流至主體反應(yīng)區(qū)后，污泥上清液及污泥EPS微生物重新利用，是A+OSA工藝污泥減量的途徑之一。另外，對(duì)好氧/厭氧過程EPS的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：厭氧過程中EPS中的部分蛋白質(zhì)、多糖作為基質(zhì)為微生物提供碳源；隨

8、厭氧時(shí)間延長(zhǎng)，EPS中的金屬離子(如Fe3+、Ca2+及Mg2+)則呈下降趨勢(shì)，說明會(huì)發(fā)生不同程度的離解過程。在好氧過程中EPS中金屬離子含量增加，說明污泥中EPS重新聚合。EPS的重新聚合引起的能量損耗對(duì)A+OSA工藝污泥減量是有利的。
　　 元素分析結(jié)果顯示：A/O工藝和A+OSA工藝相應(yīng)反應(yīng)區(qū)元素的組成存在差異，且同一工藝中好氧污泥、缺氧污泥及厭氧污泥的成分亦不同。碳元素平衡分析表明：貯泥池出水中碳元素的含量低于其進(jìn)水，以

9、氣態(tài)形式釋放到空氣中的碳以CO2為主，CH4占20％左右，且溢出的碳元素隨HRT呈指數(shù)增長(zhǎng)。A+OSA減量工藝主體反應(yīng)區(qū)消耗單位碳轉(zhuǎn)化為氣態(tài)碳的量高于A/O參照系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化單位碳合成菌體的量較低。但A+OSA系統(tǒng)主體反應(yīng)區(qū)菌體合成速率較快，以氣態(tài)碳散失的量卻較少。能量分析表明：和A/O工藝相比，A+OSA工藝用于生物體合成的能量較低。由于貯泥池增加了A+OSA工藝微生物濃度，且其泥齡較長(zhǎng)，因此，A+OSA工藝維持能較高。A/O系統(tǒng)反應(yīng)過程