內(nèi)置篩網(wǎng)型好氧顆粒污泥反應(yīng)器性能強化研究.pdf

1、自上世紀(jì)90年代初研究者在上流式污泥床反應(yīng)器內(nèi)發(fā)現(xiàn)好氧污泥顆粒化現(xiàn)象以來，好氧顆粒污泥因其致密的顆粒結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的沉降性能、較高的生物持留、多功能菌群分區(qū)定殖等特點，受到國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。然而，好氧顆粒污泥工藝運行過程存在啟動周期長、運行不穩(wěn)定等問題，其工業(yè)化應(yīng)用仍面臨較大的技術(shù)瓶頸。論文從污泥顆粒粒徑優(yōu)化、系統(tǒng)節(jié)能降耗角度出發(fā)，開展不同孔徑篩網(wǎng)、曝氣方式對內(nèi)置篩網(wǎng)型好氧顆粒污泥反應(yīng)器運行性能的影響研究，初步探究強化好氧顆粒污泥工藝穩(wěn)定

2、運行的微生物學(xué)機制。主要研究結(jié)論如下:
　　1、通過研究四組內(nèi)置不同孔徑篩網(wǎng)的好氧顆粒污泥反應(yīng)器（R1為對照組，R2、R3、R4分別內(nèi)置孔徑為1.5mm、2.5mm、3.5mm的篩網(wǎng)）運行性能，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器連續(xù)運行120d后內(nèi)置2.5mm孔徑篩網(wǎng)的R3反應(yīng)器獲得較高的污泥濃度（MLSS達(dá)8.2±0.2g·L-1）與良好的顆粒沉降性能（SVI穩(wěn)定在30mL·g-1以下），形成的成熟顆粒污泥結(jié)構(gòu)致密，平均顆粒粒徑達(dá)1850±28μm;相

3、比而言，內(nèi)置1.5mm孔徑篩網(wǎng)的R2反應(yīng)器污泥持留量較低、平均顆粒粒徑較小，而R1、R4反應(yīng)器形成的顆粒污泥結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、最終以絮體污泥為主。污染物去除方面，在進(jìn)水COD為1006±15mg L-1，有機負(fù)荷率3 kg COD m-3 d-1條件下，R3反應(yīng)器的污染物去除性能最佳，COD、氨氮、總氮去除率分別達(dá)96.1±1.6％、98.6±0.8％、83.9±1.2％，R2反應(yīng)器的污染物去除率明顯降低，R1和R4反應(yīng)器的COD、氨氮、總氮

4、去除率則僅為73.4％-75.5％、25.6％-40.3％、22.4％-28.2％。
　　分析好氧顆粒污泥反應(yīng)器批運行周期氮素變化發(fā)現(xiàn)，四組反應(yīng)器的進(jìn)水氨氮（進(jìn)水氨氮負(fù)荷為0.15 kg m-3 d-1）在120min內(nèi)得到基本去除，硝酸鹽濃度則出現(xiàn)不同程度的增加。其中，R3反應(yīng)器硝酸鹽增幅不明顯，僅為2.3±0.1mg·L-1，而其它反應(yīng)器的硝酸鹽增幅達(dá)8.1-13.4 mg·L-1。四組反應(yīng)器的總氮去除率依次為:R3(83.9

5、±1.2％)＞R2(75.6±1.6％)＞R1(65.3±1.7％)＞R4(22.4±3.1％)，表明內(nèi)置2.5mm孔徑篩網(wǎng)有利于顆粒污泥粒徑控制與系統(tǒng)脫氮性能提升。
　　2、從系統(tǒng)節(jié)能降耗角度出發(fā)，研究不同曝氣方式對顆粒污泥反應(yīng)器運行性能的影響結(jié)果表明，曝氣裝置分別設(shè)置在底部、距底部1/6處的R1、R2反應(yīng)器均獲得較高的污泥濃度(8.1-8.3mg·L-1)與較大的平均顆粒粒徑（1813-1852μm），而曝氣裝置設(shè)置在距底部1

6、/3處的R3反應(yīng)器運行一周后污泥大量洗出。污染物去除方面，在進(jìn)水COD為1006±15 mg L-1，有機負(fù)荷率3 kg COD m-3 d-1條件下，R2反應(yīng)器運行20d后COD、氨氮、總氮去除率分別達(dá)到97.2±0.3％、98.1±0.1％、82.3±0.3％，R1反應(yīng)器的COD、氨氮、總氮去除率則在運行25d后方達(dá)到96％、98％、82％以上，而R3反應(yīng)器因污泥大量流失導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
　　分析周期內(nèi)反應(yīng)器不同位置溶解氧分布發(fā)

7、現(xiàn)，R1反應(yīng)器底部的溶解氧飽和度高達(dá)37.2±0.5％，R3反應(yīng)器底部缺氧，相比R2反應(yīng)器底部溶解氧飽和度穩(wěn)定在20.1±0.1％，賦予反應(yīng)器良好的同步硝化反硝化條件。計算系統(tǒng)功耗發(fā)現(xiàn)，三組反應(yīng)器的曝氣能耗分別為17.25W、14.60W、11.55W;與常規(guī)反應(yīng)器R1相比，R2反應(yīng)器的曝氣能耗降低16％左右，實現(xiàn)好氧顆粒污泥工藝強化脫氮與系統(tǒng)節(jié)能降耗。
　　3、應(yīng)用分子技術(shù)分析內(nèi)置不同孔徑篩網(wǎng)的顆粒污泥發(fā)現(xiàn)，R3反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥

8、微生物種群豐富度（香濃指數(shù)）最高，達(dá)6.91;四組反應(yīng)器的優(yōu)勢菌群主要為Proteobacteria、Bacteroidetes等，其中Proteobacteria比例分別從接種污泥的40.2％增至59.6％、59.0％、70.2％、42.1％，擬桿菌門Bacteroidetes比例則從接種污泥的35.4％變化為29.8％、20.3％、17.4％、40.3％。通過屬水平熱圖分析發(fā)現(xiàn)，R3反應(yīng)器污泥微生物以Zoogloea spp.占優(yōu)勢

9、（豐度為50.5％），其次為Thauera spp.（豐度為6.1％）和Paracoccus spp.（豐度占3.6％），推測具有EPS分泌功能的Zoogloea spp.以及具有反硝化脫氮能力的Thauera spp.在顆粒污泥粒徑優(yōu)化過程實現(xiàn)了定向富集。研究還發(fā)現(xiàn)，R1、R4反應(yīng)器污泥中Leadbetterella spp.豐度分別占15％與35％，其存在會導(dǎo)致多糖過度分泌，造成EPS比例失衡，導(dǎo)致顆粒污泥解體。
　　研究發(fā)現(xiàn)

10、，曝氣裝置布設(shè)在距底部1/6處的顆粒污泥反應(yīng)器污泥微生物多樣性最高，其香濃指數(shù)達(dá)6.83，優(yōu)勢菌群中Proteobacteria比例高達(dá)74.5％。通過屬水平熱圖分析發(fā)現(xiàn)，顆粒污泥Zoogloea spp.、Paracoccus spp.、Thauera spp.豐度分別達(dá)40.4％、11.3％、7.9％，其中Paracoccus spp.、Thauera spp.大量富集利于好氧顆粒污泥工藝在節(jié)能降耗的同時，脫氮性能得到明顯強化。