富藻水處理工藝優(yōu)化及其機理研究.pdf

1、水體富營養(yǎng)化及其導致的藍藻水華是目前及今后我國眾多湖泊和水庫面臨的重大水環(huán)境問題。藍藻水華大面積暴發(fā)時，及時收集與打撈藍藻能夠迅速去除水體中氮磷等營養(yǎng)元素，并有效緩解水體富營養(yǎng)化。然而打撈出的富藻水（藍藻與水的混合體，含水率一般在99％左右）如果得不到及時有效地處理，將腐爛發(fā)臭，不僅嚴重影響周邊環(huán)境，而且會釋放藻毒素威脅飲用水安全。本文以實現(xiàn)富藻水減量化、資源化、無害化為目標，開展了富藻水的高效厭氧發(fā)酵技術、沼液處理與資源化技術研究。從

2、富藻水生物質(zhì)充分利用的角度出發(fā)，改進了傳統(tǒng)的厭氧反應器，并通過試驗考察了兩種反應器用于富藻水發(fā)酵工藝特性及微生物群落特性，同時研究了以氮磷資源化利用為目的的富藻水沼液生態(tài)處理技術及農(nóng)田回用技術，從而實現(xiàn)了富藻水資源化處理處置的優(yōu)化。主要的研究成果如下:
　　通過小試試驗考察了腐熟時間、攪拌條件對藍藻厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣性能的影響，進而優(yōu)化厭氧發(fā)酵工藝參數(shù)。試驗結果表明:藍藻經(jīng)過腐熟水解預處理后，可溶性有機質(zhì)（蛋白質(zhì)和多糖等）從固相轉(zhuǎn)移到液

3、相，有效提高了藍藻的產(chǎn)氣速率。在腐熟藍藻厭氧發(fā)酵小試中，反應初期，蛋白酶、輔酶F420活性隨腐熟時間的延長而升高;反應過程中腐熟7d藍藻系統(tǒng)中TTC-脫氫酶最高。腐熟7d的藍藻厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷量最高，其產(chǎn)甲烷潛力為248.1 mLCH4/gVS。
　　藍藻厭氧發(fā)酵過程中，攪拌強度對其產(chǎn)氣影響最大，攪拌周期其次，攪拌持續(xù)時間影響最小。攪拌強度大、攪拌頻繁將會破壞特定厭氧微生物生長的“微環(huán)境”，使系統(tǒng)中不同種屬厭氧微生物的協(xié)同作用受到局

4、部破壞，導致系統(tǒng)中污泥的蛋白酶、脫氫酶及輔酶F420活性下降，產(chǎn)氣率降低;而攪拌強度過小、攪拌周期長，藍藻容易上浮，與污泥中微生物的有效接觸將減少，最終導致藍藻降解速率降低。采用響應曲面法確定藍藻厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣最佳攪拌條件為攪拌強度56r/min、攪拌周期6h、持續(xù)時間20min/次。
　　對傳統(tǒng)上流式厭氧污泥床反應器(UASB)和厭氧折流板反應器(ABR)加以改進，分別增加自動攪拌裝置和彈性填料。采用“投加接種污泥、階梯提高進水負

5、荷”的方式可在35d左右實現(xiàn)改進型反應器處理富藻水的成功啟動。改進型外循環(huán)UASB所增加的自動攪拌系統(tǒng)，有效控制了因藍藻上浮引起結殼，產(chǎn)氣效率降低的現(xiàn)象。同時攪拌系統(tǒng)具有強化傳質(zhì)的效果，從而縮短反應器啟動時間。成功啟動后，反應器內(nèi)顆粒污泥中微生物形態(tài)多樣，以球菌、絲狀菌為主，同時顆粒污泥中蛋白酶及輔酶F420的活性較強。改進型ABR中彈性填料在處理富藻水中起到關鍵作用，其有利于生物膜的形成，加速反應器中顆粒污泥的馴化，促進反應器格室中微

6、生物群落合理有序空間分布，從而使反應器具有明顯的相分離特征。反應器內(nèi)格室中污泥的蛋白酶活性沿程遞減，而輔酶F420活性沿程遞增。改進型外循環(huán)UASB和改進型ABR對富藻水具有較好的處理效能。
　　利用熒光原位雜交技術(FISH)和變性梯度凝膠電泳(DGGE)技術對兩種改進型厭氧反應器內(nèi)微生物群落進行分析。檢測結果表明，改進型外循環(huán)UASB在顆粒污泥中主要的優(yōu)勢產(chǎn)甲烷古菌在啟動期和穩(wěn)定運行期發(fā)生了變化，出現(xiàn)明顯的生態(tài)位分離。穩(wěn)定時期

7、反應器中優(yōu)勢產(chǎn)甲烷古菌為:Methanolinea，Thermogymnomonas，Methanoregula，Methanobacterium，Methanosaeta， Methanoculleus。改進型ABR具有明顯的相分離特征，前端格室中細菌數(shù)量較多，后續(xù)格室中古菌較多。隨著反應時間的延長，改進型ABR各個格室中古菌種群的結構和數(shù)量都發(fā)生了變化。各個格室中微生物群落通過自身的調(diào)節(jié)適應能力發(fā)生協(xié)同進化，從而達到新的平衡狀態(tài)。在

8、穩(wěn)定運行期，反應器中古菌主要屬于產(chǎn)甲烷菌群，其中包括:Methanoregula, Methanobacteriaceae, Methanosaeta, Methanoculleu and Thermogymnomonas。
　　三階式接觸氧化池與水生蔬菜人工濕地組合工藝用于處理富藻水沼液時，出水COD、NH4-N、TN、TP能夠達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級排放標準。富藻水沼液經(jīng)過三階式接觸

9、氧化池處理后，減少了后續(xù)單元的處理壓力。水生蔬菜人工濕地中水生蔬菜發(fā)達的根系具有強大的表面積，為攔截顆粒物和富集微生物提供了場所。三階式接觸氧化池能夠有效去除富藻水沼液中烷烴、芳烴及雜環(huán)類等難降解有機物。三階式接觸氧化池與水生蔬菜人工濕地組合工藝對富藻水沼液中的藻毒素有顯著的去除效果，組合工藝富集的大量微生物協(xié)同降解是去除藻毒素的主要原因。
　　開展富藻水沼液農(nóng)田回用技術研究。采用富藻水沼液配置低濃度肥水澆灌小白菜時，其產(chǎn)量與對照