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1、近年來(lái),好氧顆粒污泥技術(shù)得到了越來(lái)越多的重視與關(guān)注。然而,好氧顆粒污泥較差的穩(wěn)定性仍然是限制其實(shí)際應(yīng)用的重要因素。盡管人們已認(rèn)識(shí)到諸多因素在顆粒污泥的形成和穩(wěn)定性中的重要作用,但對(duì)于顆粒污泥微生物之間的相互作用仍缺乏定量的描述;對(duì)顆粒污泥的解體機(jī)制還缺乏深入的研究和透徹的理解。本研究通過zeta電勢(shì)和接觸角兩種表面熱力學(xué)指標(biāo)的測(cè)定,以及比耗氧速率、粒徑分布、EPS、三維熒光、傅里葉紅外、掃描電鏡等多種分析手段,結(jié)合DLVO理論計(jì)算方法,
2、深入探討微生物之間的相互作用及其對(duì)好氧顆粒污泥穩(wěn)定性的影響。本研究不僅可以豐富對(duì)微生物作用機(jī)制的理解,而且對(duì)于預(yù)測(cè)好氧顆粒污泥穩(wěn)定性的變化具有著重要意義。本論文對(duì)于硝化菌大量富集、穩(wěn)定性良好、能同時(shí)除碳脫氮的好氧硝化顆粒污泥在基質(zhì)限制條件下穩(wěn)定性和熱力學(xué)特性進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
(1)研究了有機(jī)碳源限制條件下,好氧硝化顆粒污泥穩(wěn)定性及熱力學(xué)性質(zhì)的變化。結(jié)果表明,基質(zhì)碳源限制條件下,好氧硝化顆粒污泥中的異養(yǎng)微
3、生物的活性逐步受到抑制。由于失去了異養(yǎng)微生物的競(jìng)爭(zhēng),自養(yǎng)硝化菌AOB和NOB的活性明顯提高。好氧硝化顆粒污泥中EPS含量升高但不明顯,PN/PS值明顯降低。三維熒光結(jié)果表明,EPS中熒光物質(zhì)以類蛋白質(zhì)類物質(zhì)為主。隨著時(shí)間的增長(zhǎng),EPS中的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了輕微的改變。顆粒污泥表面的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,羥基和氨基數(shù)量增多,導(dǎo)致顆粒污泥親水性增強(qiáng)。顆粒污泥表面熱力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了改變,微生物之間結(jié)合所需跨越的斥力勢(shì)壘由最初的680KT上升為1
4、950KT,從而微生物之間的絮凝性能下降,導(dǎo)致顆粒污泥穩(wěn)定性變差。吉布斯自由能計(jì)算結(jié)果表明,微生物之間的作用由一開始的強(qiáng)吸附作用逐漸演變?yōu)樽詈蟮膹?qiáng)排斥作用。最終位于顆粒污泥表層的微生物在外界水利剪切力作用下脫落,并隨出水排出系統(tǒng),導(dǎo)致出水懸浮固體濃度升高。粒徑分布結(jié)果表明,系統(tǒng)中顆粒由以2.36-3.35mm大顆粒為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐?.00-1.18mm的小顆粒為主。綜上,系統(tǒng)達(dá)到了新的平衡,好氧硝化顆粒污泥由先前的混合型轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆责B(yǎng)型。整
5、個(gè)過程中,顆粒污泥破裂現(xiàn)象少有發(fā)生,說明本研究所應(yīng)用的顆粒污泥強(qiáng)度很高,抑制顆粒污泥中的異養(yǎng)菌株的活性對(duì)顆粒污泥的結(jié)構(gòu)完整性并沒有明顯的影響。
(2)研究了氮源限制條件下,好氧硝化顆粒污泥穩(wěn)定性及熱力學(xué)性質(zhì)的變化。結(jié)果表明,基質(zhì)氮源限制條件下,好氧硝化顆粒污泥中的自養(yǎng)硝化菌在失去了氮源的供應(yīng)后很活性大幅降低,同時(shí)異養(yǎng)菌的活性提高。自養(yǎng)硝化菌活性的衰弱使得顆粒污泥的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降,很快部分較大的顆粒便出現(xiàn)了破裂現(xiàn)象,并且隨著時(shí)
6、間的增長(zhǎng)越來(lái)越多的顆粒污泥解體,在第50天左右反應(yīng)器中的懸浮固體濃度已降低到一個(gè)相當(dāng)?shù)偷乃?。最后,系統(tǒng)中顆粒污泥由以粒徑范圍2.36-3.35mm的大顆粒為主變?yōu)橐粤椒秶?.43-0.85的顆粒碎片和絮體為主。顆粒污泥表面羥基和氨基數(shù)量下降,而羰基等不飽和疏水性基團(tuán)增多,導(dǎo)致顆粒污泥疏水性提高。然而,由于EPS含量大幅降低,顆粒污泥微生物間的粘合作用逐漸減弱甚至消失。根據(jù)所得結(jié)果,DLVO理論無(wú)法合理解釋氮源限制條件下顆粒污泥解體的
7、熱力學(xué)機(jī)制,有必要將EPS的影響考慮到DLVO理論計(jì)算過程中,對(duì)結(jié)果進(jìn)行重新擬合。
(3)綜上,去除進(jìn)水中有機(jī)碳源后,DLVO理論能很好的預(yù)測(cè)顆粒污泥的穩(wěn)定性的變化;而當(dāng)去除進(jìn)水中無(wú)機(jī)氮源后,DLVO理論卻無(wú)法解釋顆粒污泥解體的原因。這主要是因?yàn)榈聪拗茥l件下,顆粒污泥胞外聚合物含量快速下降,微生物之間粘合作用減弱,顆粒污泥結(jié)構(gòu)性變差,在外界水力剪切力條件下,顆粒污泥發(fā)生破裂。而DLVO理論并沒有將這一部分因素考慮進(jìn)去,從
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