基質(zhì)限制條件下好氧硝化顆粒污泥的穩(wěn)定性及熱力學研究.pdf

1、近年來，好氧顆粒污泥技術(shù)得到了越來越多的重視與關(guān)注。然而，好氧顆粒污泥較差的穩(wěn)定性仍然是限制其實際應(yīng)用的重要因素。盡管人們已認識到諸多因素在顆粒污泥的形成和穩(wěn)定性中的重要作用，但對于顆粒污泥微生物之間的相互作用仍缺乏定量的描述;對顆粒污泥的解體機制還缺乏深入的研究和透徹的理解。本研究通過zeta電勢和接觸角兩種表面熱力學指標的測定，以及比耗氧速率、粒徑分布、EPS、三維熒光、傅里葉紅外、掃描電鏡等多種分析手段，結(jié)合DLVO理論計算方法，

2、深入探討微生物之間的相互作用及其對好氧顆粒污泥穩(wěn)定性的影響。本研究不僅可以豐富對微生物作用機制的理解，而且對于預(yù)測好氧顆粒污泥穩(wěn)定性的變化具有著重要意義。本論文對于硝化菌大量富集、穩(wěn)定性良好、能同時除碳脫氮的好氧硝化顆粒污泥在基質(zhì)限制條件下穩(wěn)定性和熱力學特性進行了研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　 (1)研究了有機碳源限制條件下，好氧硝化顆粒污泥穩(wěn)定性及熱力學性質(zhì)的變化。結(jié)果表明，基質(zhì)碳源限制條件下，好氧硝化顆粒污泥中的異養(yǎng)微

3、生物的活性逐步受到抑制。由于失去了異養(yǎng)微生物的競爭，自養(yǎng)硝化菌AOB和NOB的活性明顯提高。好氧硝化顆粒污泥中EPS含量升高但不明顯，PN/PS值明顯降低。三維熒光結(jié)果表明，EPS中熒光物質(zhì)以類蛋白質(zhì)類物質(zhì)為主。隨著時間的增長，EPS中的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了輕微的改變。顆粒污泥表面的官能團結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，羥基和氨基數(shù)量增多，導致顆粒污泥親水性增強。顆粒污泥表面熱力學性質(zhì)發(fā)生了改變，微生物之間結(jié)合所需跨越的斥力勢壘由最初的680KT上升為1

4、950KT，從而微生物之間的絮凝性能下降，導致顆粒污泥穩(wěn)定性變差。吉布斯自由能計算結(jié)果表明，微生物之間的作用由一開始的強吸附作用逐漸演變?yōu)樽詈蟮膹娕懦庾饔?。最終位于顆粒污泥表層的微生物在外界水利剪切力作用下脫落，并隨出水排出系統(tǒng)，導致出水懸浮固體濃度升高。粒徑分布結(jié)果表明，系統(tǒng)中顆粒由以2.36-3.35mm大顆粒為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐?.00-1.18mm的小顆粒為主。綜上，系統(tǒng)達到了新的平衡，好氧硝化顆粒污泥由先前的混合型轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆责B(yǎng)型。整

5、個過程中，顆粒污泥破裂現(xiàn)象少有發(fā)生，說明本研究所應(yīng)用的顆粒污泥強度很高，抑制顆粒污泥中的異養(yǎng)菌株的活性對顆粒污泥的結(jié)構(gòu)完整性并沒有明顯的影響。
　　 (2)研究了氮源限制條件下，好氧硝化顆粒污泥穩(wěn)定性及熱力學性質(zhì)的變化。結(jié)果表明，基質(zhì)氮源限制條件下，好氧硝化顆粒污泥中的自養(yǎng)硝化菌在失去了氮源的供應(yīng)后很活性大幅降低，同時異養(yǎng)菌的活性提高。自養(yǎng)硝化菌活性的衰弱使得顆粒污泥的結(jié)構(gòu)強度下降，很快部分較大的顆粒便出現(xiàn)了破裂現(xiàn)象，并且隨著時

6、間的增長越來越多的顆粒污泥解體，在第50天左右反應(yīng)器中的懸浮固體濃度已降低到一個相當?shù)偷乃?。最后，系統(tǒng)中顆粒污泥由以粒徑范圍2.36-3.35mm的大顆粒為主變?yōu)橐粤椒秶?.43-0.85的顆粒碎片和絮體為主。顆粒污泥表面羥基和氨基數(shù)量下降，而羰基等不飽和疏水性基團增多，導致顆粒污泥疏水性提高。然而，由于EPS含量大幅降低，顆粒污泥微生物間的粘合作用逐漸減弱甚至消失。根據(jù)所得結(jié)果，DLVO理論無法合理解釋氮源限制條件下顆粒污泥解體的

7、熱力學機制，有必要將EPS的影響考慮到DLVO理論計算過程中，對結(jié)果進行重新擬合。
　　 (3)綜上，去除進水中有機碳源后，DLVO理論能很好的預(yù)測顆粒污泥的穩(wěn)定性的變化;而當去除進水中無機氮源后，DLVO理論卻無法解釋顆粒污泥解體的原因。這主要是因為氮源限制條件下，顆粒污泥胞外聚合物含量快速下降，微生物之間粘合作用減弱，顆粒污泥結(jié)構(gòu)性變差，在外界水力剪切力條件下，顆粒污泥發(fā)生破裂。而DLVO理論并沒有將這一部分因素考慮進去，從