好氧硝化顆粒污泥的性能及儲存與解體后的自修復行為研究.pdf

1、本論文采用逐步提高選擇壓的培養(yǎng)策略，成功的培養(yǎng)了硝化菌大量富集、穩(wěn)定性良好、能同時除碳脫氮的好氧硝化顆粒污泥，系統(tǒng)考察了好氧硝化顆粒污泥的培養(yǎng)形成過程、儲存過程和解體過程，研究了儲存和解體后恢復顆粒污泥性能的自修復行為，并驗證了好氧硝化顆粒污泥處理高氨氮催化劑廢水的可行性。主要研究內(nèi)容如下： (1)研究逐步提高底物NH4+-N濃度選擇壓的培養(yǎng)策略的優(yōu)勢和形成的好氧硝化顆粒污泥的性能。結果表明，在底物NH4+-N濃度為200mg/

2、L的條件下無法完成好氧顆?；^程；而底物NH4+-N濃度為50mg/L條件下培養(yǎng)的好氧顆粒污泥以異養(yǎng)菌為主，結構松散，絲狀菌大量繁殖，穩(wěn)定性差，反應器運行131天顆粒污泥就開始解體。將底物NH4+-N濃度從50mg/L逐步提高到200mg/L的培養(yǎng)策略使顆粒污泥內(nèi)的硝化菌逐漸富集，最終形成了能同時去除COD和NH4+-并具有一定反硝化能力的好氧硝化顆粒污泥。逐步提高選擇壓的培養(yǎng)策略使好氧硝化顆粒污泥的性能得到逐步改善，反應器內(nèi)污泥濃度(

3、MLSS)和顆粒粒徑逐步提高，顆粒沉降性能和硝化反硝化活性逐步得到強化。同時，硝化菌的大量富集抑制了絲狀菌的生長，形成的好氧硝化顆粒污泥以桿菌為主，顆粒結構緊湊、穩(wěn)定性能良好，反應器運行283天未出現(xiàn)明顯顆粒解體現(xiàn)象。在進水COD和NH4+-N濃度分別為500和200mg/L時，COD、NH4+-N和總氮(TN)平均去除率分別達到82％、98％和50％。 (2)考察短期儲存2個月對好氧硝化顆粒污泥的影響，并研究儲存后的自修復階段

4、的操作條件對硝化菌活性恢復的影響。結果表明，儲存2個月對好氧硝化顆粒污泥的物理性能和結構穩(wěn)定性都沒有明顯影響。采用儲存前的操作條件進行活性恢復，即較低的剪切力(0.9cm/s)和循環(huán)時間(4h)條件下，異養(yǎng)菌活性恢復最快，5天后COD去除率基本恢復并穩(wěn)定在80％以上；而亞硝酸菌和硝酸菌的比耗氧速率(SOUR)只能分別恢復至儲存前的88％和82％，NH4+-N去除率僅在80％～90％之間；第41天剪切力提高至1.8cm/s后，亞硝酸菌活性

5、完全恢復，NH4+-N去除率達到98％以上，但硝酸菌的SOUR仍只有儲存前的92％；第65天將循環(huán)時間延長至6h，硝酸菌活性完全恢復。 (3)研究好氧硝化顆粒污泥長期儲存7個月過程中的性能、結構和菌群衰減變化以及儲存后的自修復行為。結果表明，長期儲存使好氧硝化顆粒污泥的VSS/SS值下降，沉降性能惡化，顆粒表面出現(xiàn)較多孔穴和褶皺，但顆粒污泥并未發(fā)生明顯解體現(xiàn)象，仍保持其形態(tài)結構的穩(wěn)定性。好氧硝化顆粒污泥儲存后，硝化菌和異養(yǎng)菌的活

6、性都有明顯的衰減，但硝化菌的衰減速度較慢。在儲存階段，微生物首先利用胞外聚合物(EPS)和混合液中殘留的溶解氧(DO)進行代謝生長，隨后分泌越來越多的EPS(尤其是多糖)。好氧硝化顆粒污泥內(nèi)硝化菌的衰減速度慢以及EPS的大量分泌是其在長期儲存階段能保持形態(tài)結構穩(wěn)定性的重要原因。在自修復階段，好氧硝化顆粒污泥的物理性能和微生物活性都迅速恢復，經(jīng)過1個月的時間，其結構、VSS含量、沉降性能等都完全恢復甚至優(yōu)于儲存前的水平。在剪切力為1.8c

7、m/s，循環(huán)時間為6h的條件下，好氧硝化顆粒污泥內(nèi)的硝化菌和異養(yǎng)菌活性分別經(jīng)11天和16天即可完全恢復。 (4)對好氧硝化顆粒污泥的解體機制進行系統(tǒng)研究。結果表明，隨著好氧硝化顆粒污泥粒徑的增長，顆粒污泥內(nèi)部底物和DO的傳質(zhì)限制是導致顆粒解體的根本原因。解體過程主要包括以下三個階段：①顆粒污泥內(nèi)部底物和DO的傳質(zhì)通道被堵塞，中心空穴區(qū)域逐漸擴大，最終顆粒污泥形成明顯的中空結構；②反硝化以及有機物厭氧分解產(chǎn)生的氣體在顆粒內(nèi)部難以排

8、出，顆粒內(nèi)部產(chǎn)生較大氣壓，從而導致顆粒外層出現(xiàn)裂痕；③顆粒碎片沿顆粒裂痕處脫落，顆粒污泥完全解體。 (5)考察加入新的活性污泥促進解體好氧硝化顆粒污泥完成自修復的可行性。結果表明，解體顆粒污泥的空穴能逐漸吸附新加入的活性污泥，并與之形成一個有機的整體。大約3周時間，解體顆粒污泥完全修復，被修復后的顆粒污泥結構規(guī)則，微生物相致密，顆粒污泥的沉降性能和強度都得到了極大的改善。剩余活性污泥在各種選擇壓的作用下形成新的顆粒污泥。由修復的

9、和新形成的顆粒污泥組成的系統(tǒng)對COD和NH4+-N都具有高效穩(wěn)定的去除效果，在進水COD和NH4+-N濃度分別為500和150mg/L時，COD、NH4+-N和TN去除率分別穩(wěn)定在90％、99％和50％左右。 (6)研究好氧硝化顆粒污泥處理高氨氮催化劑廢水的可行性。結果表明，好氧硝化顆粒污泥適合處理高氨氮催化劑廢水，而且具有很好的抗沖擊負荷能力。在循環(huán)時間為4h，NH4+-N濃度為600mg/L時，NH4+-N容積負荷達到1.8