低氧活性污泥法除污及污泥減量研究.pdf

1、活性污泥工藝是目前應用最為廣泛的污水處理技術,占城市污水處理工藝的90％以上和工業(yè)廢水處理工藝的50％左右。但在運行過程中還有著種種的弊端:其一是污泥膨脹問題,這是活性污泥工藝中最常見、最主要也是最嚴重的問題;其二是能源消耗問題,活性污泥工藝處理城市污水過程中消耗的電費約占常規(guī)運行成本的三分之一以上;其三是剩余污泥問題,在處理污水的過程中,由于微生物的增殖,活性污泥會產生大量的剩余污泥,對這部分污泥的處理費用更是高達常規(guī)運行成本的50％

2、以上。針對活性污泥工藝在運行過程中所表現出的三種弊端,眾多學者開展了廣泛的研究。基于低溶解氧(DO)污泥絲狀菌微膨脹工藝,其核心是人為地控制活性污泥系統(tǒng)在低DO狀態(tài)下運行,引發(fā)一定程度的污泥膨脹,其膨脹程度受控而不會導致嚴重的污泥流失;同時低溶解氧濃度,降低了曝氣電耗。研究發(fā)現在低氧濃度條件下,污泥產率的下降,剩余污泥產量也將有所減少。為了更好地掌握和發(fā)揮低溶解氧污泥工藝的應用潛能,有必要對其進行深入的研究。本文對低溶解氧活性污泥工藝的

3、污染物去除、穩(wěn)定性和減量效果及其作用機制、數學模擬進行了較系統(tǒng)的研究。主要從宏觀分析了低氧活性污泥的污染物去除、參數影響和低氧污泥的減量效果及機制,從微觀角度分析低氧活性污泥的種群及胞外酶的分布特征,并建立數學模型探討了低氧活性污泥工藝的機理。主要內容包括：
　?、排c參照的傳統(tǒng)活性污泥工藝相比,低溶解氧活性污泥工藝存在的最大弊端在于穩(wěn)定性不強,易發(fā)膨脹。研究通過低氧適應性培養(yǎng)使反應器處于一種穩(wěn)定的微膨脹狀態(tài),首次依據數學模型從理論

4、上論證了這種狀態(tài)存在的穩(wěn)定性。實驗觀察證實低溶解氧活性污泥工藝曝氣能耗降低50％,且可穩(wěn)定有效去除進水中的污染物質,并具備短程硝化特性。其COD的去除率為95％,氨氮去除率達到95％以上,亞硝化率達到80％以上,總氮去除率均達到70％以上,PO43--P去除率達到95％以上,總體效果強于參照活性污泥工藝;研究發(fā)現低溫條件會抑制活性污泥工藝的污染物去除,低溶解氧會進一步加劇低溫對活性污泥工藝的不利影響;SRT在10d-20d范圍內變化時,

5、不會對低氧反應器污染物的去除效果造成明顯影響。
　　⑵與參照的傳統(tǒng)活性污泥工藝相比,低溶解氧活性污泥工藝的污泥產率下降了13.3％。為對這一現象的本質進行研究,根據對污泥表觀產率影響的差異,將引起污泥減量的因素分為兩部分進行分析,其一為間接因素,其二為直接因素,間接因素如污泥活性、污泥粒徑及 EPS等,可通過直接因素影響污泥的表觀產率。直接因素如污泥真實產率、污泥衰減率及水解性能等,可以直接對污泥的表觀產率造成影響。通過以上兩方面

6、,對污泥的減量機理進行了分析,結果表明,長期在低氧條件下馴化活性污泥,導致其真實產率變低,污泥水解衰減率變低。結合Lawrence-Mccarty模型,可知低氧污泥減量效果為13.3％,其中低污泥真實產率貢獻占16％,污泥衰減量貢獻占84％。
　?、窃诘腿芙庋鯘舛认麻L期馴化,將誘導活性污泥微生物發(fā)生改變,并表現出一些顯著的特點,這些特點是活性污泥微生物特殊性質所構成的功能表現。由454高通量測序法檢測發(fā)現,低溶解氧和參照系統(tǒng)污泥樣

7、品微生物群落中細菌均表現出較高的多樣性,共檢測到18門、368屬的細菌序列,低溶解氧反應器中菌門多為 Acidobacteria、 BD1-5、 Bacteroidetes、 Candidate_division_SR1、Candidate_division_TM7、Chlorobi、Firmicutes等專性或兼性厭氧菌或氧親和系數較低的菌門,而參照反應器中的菌門多為 Chloroflexi、Nitrospirae、Proteobac

8、teria等好氧異氧型菌門,但優(yōu)勢菌門均為變形菌門,各占低溶解氧和參照系統(tǒng)污泥樣品細菌總序列的50.86％及68.55％,其中低溶解氧污泥微生物群落優(yōu)勢菌屬為發(fā)硫菌,即引起污泥膨脹的主要細菌;低溶解和參照系統(tǒng)污泥樣品微生物群落中均含有多種脫氮功能細菌,但優(yōu)勢脫氮功能菌屬有較大差異,優(yōu)勢 AOB菌屬為uncultured Nitrosomonadaceae屬及Nitrosomonas屬,在低溶解氧污泥樣品中分別占0.14％及0％,在參照污

9、泥樣品中分別占0％及0.16％;優(yōu)勢 NOB菌屬為Nitrospiraceae_Nitrospira屬,在低溶解氧污泥樣品中占0.47％,在參照污泥樣品中占0.93％;優(yōu)勢反硝化細菌屬為 Flexibacter、Nitrosomonas、uncultured Comamonadeceae及Thauera,在低溶解氧污泥樣品中占1.063％、0.06％、0.41％及1.85％、在參照污泥樣品中占2.02％,0.16％、0.35％及2.55

10、％;優(yōu)勢聚磷菌屬菌屬為Acinetobacter及具有反硝化功能Arcobacter,在低溶解氧污泥樣品中占0.19％及1.75％在參照污泥樣品中占0.1％及0.89％。
　?、确治霭l(fā)現,低氧污泥水解菌屬更多,與實驗中低氧污泥水解率較低的結論相左,其可能受No Rank序列或EPS的影響,為進一步確定污泥中的胞外酶含量,采用 LCMS法測序活性污泥胞外蛋白質,在污泥胞外蛋白組中,發(fā)現低氧污泥及參照污泥胞外蛋白組中與水解類相關的蛋白

11、個數分別為8及14個,屬于生物合成的種類,分別為12及38個,屬于能量產生和轉換相關蛋白的種類分別為15及22個,這說明有很大一部分 EPS是來源于破碎的污泥細胞,同時可見低氧污泥胞外蛋白數目大大低于參照污泥,因此低氧污泥的自身水解性略差。
　　⑸在目前ASM3模型構架的基礎上,采用時間平衡、體積平衡及物料平衡方法,通過對低氧工藝下低氧污泥獨特的生物動力學參數的分析研究,提出并建立了低氧/參照SBR-ASM3-SMP模型。并且以污