好氧顆粒污泥形成過(guò)程和穩(wěn)定性控制優(yōu)化研究.pdf

1、與傳統(tǒng)活性污泥相比，好氧顆粒污泥具有沉降性能好、生物累積量大、生物多樣性高、可處理毒性物質(zhì)和高負(fù)荷廢水等優(yōu)勢(shì)，因此，好氧顆粒污泥被列為一項(xiàng)具有前景的污水處理技術(shù)。然而，顆?；^(guò)程中影響因子眾多、關(guān)鍵影響因子難以辨識(shí)，且長(zhǎng)期運(yùn)行中好氧顆粒污泥易破碎、功能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，限制其實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)以上問(wèn)題，本論文采用人工配水模擬低強(qiáng)度生活污水，通過(guò)灰關(guān)聯(lián)分析(Grey Relational Analysis，GRA)和環(huán)境參數(shù)優(yōu)化好氧顆粒污泥的培

2、養(yǎng)條件，并嘗試從控制粒徑的角度提高其長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定性。
　　為判定好氧顆粒污泥形成過(guò)程中關(guān)鍵影響因子，本研究利用GRA研究影響因子與好氧顆粒污泥形成過(guò)程的關(guān)聯(lián)程度，并對(duì)其影響順序進(jìn)行評(píng)估。研究結(jié)果顯示沉降時(shí)間(Settling Time，ST)、曝氣時(shí)間(Aeration Time，AT)、表觀氣體流速(Superficial GasVelocity，SGV)、高徑比(Height/diameter ratio，H/D rat

3、io)和有機(jī)負(fù)荷(Organic LoadingRates，OLR)是好氧顆粒污泥形成過(guò)程的關(guān)鍵影響因子。依據(jù)灰熵關(guān)聯(lián)度判定五個(gè)影響因子對(duì)污泥體積指數(shù)(Sludge Volume Index，SVI)的影響順序: SGV(0.9935)＞AT(0.9921)＞OLR(0.9894)＞ST(0.9876)＞H/D ratio(0.9857)，對(duì)顆粒化時(shí)長(zhǎng)的影響順序:SGV(0.9928)＞H/D ratio(0.9914)＞AT(0.99

4、09)＞OLR(0.9897)＞ST(0.9878)。相對(duì)SVI而言，相對(duì)較高的SGV和H/D ratio有利于加速顆粒化過(guò)程。
　　為進(jìn)一步優(yōu)化顆粒化過(guò)程的周期時(shí)長(zhǎng)設(shè)置，本研究通過(guò)關(guān)聯(lián)環(huán)境參數(shù)[pH、氧化還原電位(Oxidation-Reduction Potential，ORP)和溶解氧(Dissovled Oxygen，DO)]與生化反應(yīng)，對(duì)培養(yǎng)反硝化除磷好氧顆粒污泥的厭氧、好氧和缺氧時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化。研究結(jié)果顯示，pH和ORP

5、曲線出現(xiàn)平臺(tái)指示厭氧和好氧環(huán)境下相關(guān)生化反應(yīng)終止，DO耗盡后ORP迅速下降、pH下降速率減緩出現(xiàn)拐點(diǎn)可作為缺氧時(shí)長(zhǎng)的指示終點(diǎn)。以此為優(yōu)化依據(jù)，好氧顆粒污泥的平均粒徑在運(yùn)行至60天時(shí)增至630μm，經(jīng)過(guò)75天污泥實(shí)現(xiàn)完全顆?；?。運(yùn)行至50天時(shí)，出水中幾乎檢測(cè)不到含氮化合物和磷酸鹽(PO43-P)，自此到實(shí)驗(yàn)結(jié)束，反應(yīng)器保持著優(yōu)異的脫氮除磷效果。另外，基于環(huán)境參數(shù)調(diào)整周期設(shè)置和進(jìn)水組成，解決污泥的非絲狀菌膨脹問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)其顆?；^(guò)程。經(jīng)調(diào)整后

6、，松散結(jié)合型胞外多糖的積累量得以控制，緊密結(jié)合型胞外多糖和緊密結(jié)合型胞外蛋白的分泌量顯著增加，45天后獲得平均粒徑為600μm的反硝化除磷好氧顆粒污泥。
　　好氧顆粒污泥成熟后易破碎，長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程穩(wěn)定性差。粒徑的不斷增大是誘發(fā)好氧顆粒污泥破碎的原因之一?；谝陨涎芯拷Y(jié)果，篩選出限制粒徑增長(zhǎng)的耦合選擇壓[低強(qiáng)度廢水(COD:200±40 mg/L)、低水力剪切力（表觀氣體流速:0.55cm/s，攪拌速率:180 rpm)、顆粒形成前

7、后不同的排泥方式、交替厭氧-好氧-缺氧的運(yùn)行模式]，提高好氧顆粒污泥長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。好氧顆粒污泥形成過(guò)程歷時(shí)40天。成熟好氧顆粒污泥的粒徑在整個(gè)運(yùn)行期間(220天)始終低于800μm，沒(méi)有出現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的現(xiàn)象。隨著好氧顆粒污泥的形成，胞外多糖和胞外蛋白的比值逐漸增加，此比值在好氧顆粒污泥形成后維持穩(wěn)定。FISH顯示成熟好氧顆粒污泥中富集慢速生長(zhǎng)的亞硝化菌、硝化菌、聚磷菌和聚糖菌。成熟好氧顆粒污泥對(duì)COD、氨氮、總氮(Total nitr

8、ogen，TN)和PO43--P去除率分別達(dá)到99％、98％、90％和99％，且大部分TN在好氧階段去除。
　　針對(duì)好氧顆粒污泥中反硝化除磷微生物活性的測(cè)定方法進(jìn)行深入研究，改進(jìn)傳統(tǒng)測(cè)定好氧顆粒污泥中反硝化除磷菌體活性的實(shí)驗(yàn)方法。研究結(jié)果顯示，污泥中微生物在好氧環(huán)境下發(fā)生了好氧吸磷、好氧反硝化吸磷和好氧反硝化反應(yīng)，在缺氧環(huán)境下發(fā)生了缺氧反硝化除磷和缺氧反硝化反應(yīng)。好氧環(huán)境下投加亞硝氮(NO2--N，＜4.8 mg/L)或硝氮(NO

9、3--N，～30 mg/L)均能提高PAOs整體除磷性能，證實(shí)傳統(tǒng)方法中僅以O(shè)2作為電子受體評(píng)估整體PAOs活性存在不精確性并予以修正。另外，在缺氧環(huán)境中不提供PO43--P的條件下，污泥中檢測(cè)到可以利用NO3--N或NO2--N進(jìn)行反硝化的微生物，說(shuō)明系統(tǒng)內(nèi)除了反硝化聚磷菌(denitrifying phosphorus accumulating organisms，DNPAOs)，也存在其它具有反硝化功能的菌體，如自養(yǎng)反硝化菌和反硝