改性PVA包埋活性污泥強(qiáng)化脫氮與微生物群落特性.pdf

1、為進(jìn)一步遏制水體富營養(yǎng)化，我國污水處理出水氨氮與總氮排放限值和水環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格，進(jìn)行水中氮素污染物的強(qiáng)化去除已成為目前水污染防治領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一。目前，許多城鎮(zhèn)污水處理廠總氮處理效率欠穩(wěn)定，提標(biāo)難度大的情況普遍存在，城市黑臭水體中氮的削減也是污染控制的關(guān)鍵。如何進(jìn)一步強(qiáng)化污染水體或污水處理設(shè)施現(xiàn)狀出水中氨氮和總氮的穩(wěn)定去除，是現(xiàn)階段水環(huán)境氮負(fù)荷削減的緊迫任務(wù)。近年來，微生物包埋固定化技術(shù)已成為廢水生物處理領(lǐng)域的研究方向之一，具

2、有抵御環(huán)境因素對微生物的不利影響，維持反應(yīng)器內(nèi)較高的微生物濃度，提高廢水中污染物的去除效能等優(yōu)點(diǎn)。
　　基于改善包埋顆粒的水溶膨脹性，提高顆粒的機(jī)械強(qiáng)度的層面，論文采用超聲輔助納米氧化鋁（ALNPs）對聚乙烯醇-海藻酸鈉（PVA-SA）載體進(jìn)行改性處理，包埋固定化硝化功能良好的活性污泥，針對不同初始氨氮濃度（5～40mg/L）的模擬廢水，基于序批式間歇反應(yīng)器的小試實(shí)驗(yàn)，探討了改性包埋顆粒的硝化和脫氮效能、理化特性和微生物特性。

3、r>　　本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　?、俑男园耦w粒的制備及優(yōu)化
　　基于確保良好傳質(zhì)能力條件下，包埋顆粒機(jī)械強(qiáng)度的增強(qiáng)，通過添加ALNPs進(jìn)行超聲輔助（PVA-SA）改性包埋顆粒的制備，采用單因素實(shí)驗(yàn)，對比了不同體積分?jǐn)?shù)的ALNPs包埋顆粒的表觀特性和氨氮降解效果。結(jié)果表明，ALNPs體積分?jǐn)?shù)為0.5％時，包埋顆粒穩(wěn)定期氨氮去除率達(dá)99%，且穩(wěn)定期包埋顆粒的顆粒形態(tài)保持良好，確定0.5%的ALNPs為最佳添加比。制備

4、的改性包埋顆粒呈淺灰色，具有彈性良好、易流化等特點(diǎn)。
　?、诟男园耦w粒的理化特性分析
　　對改性前后包埋顆粒進(jìn)行官能團(tuán)結(jié)構(gòu)、比表面積與孔徑大小等理化性質(zhì)的對比分析。結(jié)果表明，經(jīng)超聲輔助ALNPs改性后，包埋顆粒的官能團(tuán)發(fā)生顯著變化，改性載體材料的強(qiáng)度和水溶膨脹性得以改善。改性前后包埋顆粒的比表面積分別為11.7631m2/g和9.9997m2/g，平均孔徑分別為110.309?和75.092?，改性包埋顆?？讖礁。欣?/p>

5、截留微生物以及保護(hù)微生物免受水力的擾動，包埋顆粒中的微生物活性的維持能力有所增強(qiáng)。
　　③改性包埋顆粒的氮去除過程特性分析
　　實(shí)驗(yàn)在系列0.5L的反應(yīng)器中以間歇方式運(yùn)行。在改性包埋顆粒體積填充率為10%，溫度為10～15℃，pH為7.5～8.5，DO為2～4mg/L的條件下，處理初始氨氮、總氮、COD濃度分別為5～40mg/L、10～45mg/L和80～100mg/L，C/N比為1.78～10的模擬廢水。結(jié)果表明：不同初始

6、氨氮濃度的反應(yīng)器中，改性包埋顆粒穩(wěn)定期最大氨氮去除負(fù)荷分別為9.63、25.02、41.90、60.83mg/(L·h)，氨氮、總氮去除率范圍為89～100%、22.25～44.93%。當(dāng)初始氨氮濃度為5mg/L時，硝化反應(yīng)符合一級反應(yīng)動力學(xué)；當(dāng)初始氨氮濃度為15～40mg/L時，硝化反應(yīng)符合零級反應(yīng)動力學(xué)。掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，包埋顆粒具有較好的孔隙結(jié)構(gòu)，且顆粒內(nèi)部與表面均存在微生物附著生長，說明包埋顆粒已成為微生物的良好載體。較未改性包埋顆

7、粒，改性包埋顆粒具有更好的操作穩(wěn)定性，其顆粒強(qiáng)度與水溶膨脹性得到改善，一定時期的反應(yīng)過程中，顆粒形態(tài)保持良好。
　?、芙臃N活性污泥與改性包埋顆粒的微生物群落多樣性研究
　　針對接種活性污泥與改性包埋顆粒內(nèi)外的微生物特性進(jìn)行了高通量測序分析，以探討微生物種屬的演替與群落構(gòu)成的多樣性特征。結(jié)果表明，較新鮮包埋污泥，經(jīng)過連續(xù)的反應(yīng)過程，包埋顆粒的微生物群落構(gòu)成在各個分類水平下發(fā)生了顯著變化。包埋顆粒內(nèi)外的微生物多樣性良好，包埋顆粒

8、成為一種良好的載體，且顆粒中脫氮菌屬優(yōu)勢明顯。包埋顆粒中存在異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌屬，提升了包埋顆粒內(nèi)非傳統(tǒng)生物脫氮途徑的潛能。主成分分析（PCA）結(jié)果表明，經(jīng)過馴化與數(shù)個周期的反應(yīng)過程，包埋顆粒內(nèi)演替形成了新的微生物群落結(jié)構(gòu)，各組包埋顆粒雖具有相似的門類細(xì)菌，但由于各反應(yīng)器內(nèi)C/N比的不同和顆粒內(nèi)外存在DO濃度梯度，包埋顆粒的屬類細(xì)菌差異性較大，表明包埋顆粒對于優(yōu)勢菌屬的篩選具有重要影響，反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行與包埋顆粒內(nèi)微生物群落良好的微