超聲聯(lián)合堿促進(jìn)剩余污泥水解酸化及產(chǎn)物研究.pdf

1、在活性污泥法污水處理過(guò)程中,低碳氮比影響污水脫氮除磷效果,同時(shí)大量難以處置的剩余活性污泥制約傳統(tǒng)污水處理的發(fā)展。然而,活性污泥經(jīng)過(guò)處理既可以轉(zhuǎn)化為脫氮除磷的碳源,又可以實(shí)現(xiàn)污泥綜合利用。本課題研究了超聲、堿和超聲+堿對(duì)剩余活性污泥的破解效果,并分析了破解污泥水解酸化過(guò)程中,初始溶出底物和污泥粒徑對(duì)揮發(fā)酸積累和微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。同時(shí)為了抑制乙酸消耗,采用堿預(yù)調(diào)節(jié)和堿過(guò)程調(diào)節(jié)分別對(duì)超聲破解污泥的水解酸化反應(yīng)進(jìn)行干預(yù),尋求促進(jìn)揮發(fā)酸等小分

2、子有機(jī)物積累的最佳堿調(diào)節(jié)方式。采用強(qiáng)化破解和堿調(diào)節(jié)組合工藝獲得酸化產(chǎn)物,并將其作為碳源回用于A/A/O工藝,考察酸化產(chǎn)物對(duì)生活污水脫氮除磷效果和微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。
　　本文對(duì)超聲、堿和超聲+堿預(yù)處理溶出的SCOD與EPS(EPSCOD=4250mg/L)進(jìn)行分析比較發(fā)現(xiàn):剩余污泥經(jīng)pH=12,預(yù)處理1d后溶出的SCOD濃度為4287mg/L,說(shuō)明堿預(yù)處理能夠破壞污泥的EPS結(jié)構(gòu)。而超聲(3.0W/mL)預(yù)處理和超聲(3.0W/

3、mL)+堿(pH=10)聯(lián)合預(yù)處理使剩余污泥的平均粒徑在30min內(nèi)從200-300μm降至10μm,溶出的SCOD濃度分別為7520和7890mg/L遠(yuǎn)超過(guò)了EPSCOD濃度。這說(shuō)明超聲既能破壞EPS結(jié)構(gòu)又能破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。同時(shí)采用耗氧呼吸速率對(duì)超聲破解污泥上清液進(jìn)行可生化性分析發(fā)現(xiàn),上清液中的易生化物質(zhì)和可生化物質(zhì)達(dá)50％和76%。
　　為獲取污水脫氮除磷所需的揮發(fā)酸等小分子碳源,本試驗(yàn)將三種破解污泥分別在pH=7、25℃條件

4、下進(jìn)行15d的水解酸化反應(yīng)發(fā)現(xiàn):揮發(fā)酸積累的最佳時(shí)間均在第5d,揮發(fā)酸產(chǎn)量分別為1380、1180和1480mg/L。分析破解溶出的SCOD和破解后污泥粒徑與揮發(fā)酸濃度之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn),破解溶出的SCOD越高、污泥粒徑越小,越有利于揮發(fā)酸的產(chǎn)生。通過(guò)PCR-DGGE分子技術(shù)對(duì)三種破解污泥的水解酸化微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn):不同預(yù)處理技術(shù)產(chǎn)生不同的水解酸化底物,改變了水解酸化微生物群落結(jié)構(gòu)。參與破解污泥水解酸化的主要微生物群落有:Prot

5、eobacteria、Firmicutes、Bacteroidetes、TM7、Actinobacteria和Chloroflexi。其中,Actinobacteria主要水解蛋白產(chǎn)生氨基酸;Bacteroidetes和Chloroflexi分別將多糖和氨基酸轉(zhuǎn)化為丙酮酸。Firmicutes可將氨基酸和丙酮酸分別降解產(chǎn)生乙酸、丙酸和丁酸,但β-Proteobacteria會(huì)利用乙酸、降低乙酸積累。
　　為了提高破解污泥水解酸化對(duì)

6、揮發(fā)酸的積累,分別采用堿預(yù)調(diào)節(jié)和堿過(guò)程調(diào)節(jié)抑制乙酸的消耗。本文將超聲破解污泥和接種污泥(1:1)混合液的pH值分別調(diào)至7-12后進(jìn)行水解酸化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),堿預(yù)調(diào)節(jié)在試驗(yàn)初期能夠有效地抑制產(chǎn)甲烷反應(yīng)、促進(jìn)揮發(fā)酸積累,在初始pH=11、水解酸化7d時(shí)的揮發(fā)酸濃度為2620mg/L?？刂瞥暺平馕勰嗨馑峄^(guò)程的pH(7、8、9和10),結(jié)果發(fā)現(xiàn):pH=9過(guò)程調(diào)節(jié)既促進(jìn)了揮發(fā)酸的積累,又抑制了揮發(fā)酸消耗,水解酸化15d時(shí)的揮發(fā)酸濃度為3111m

7、g/L。將pH=11預(yù)調(diào)節(jié)和pH=9過(guò)程調(diào)節(jié)超聲破解污泥水解7d的酸化產(chǎn)物進(jìn)行反硝化、釋磷測(cè)試發(fā)現(xiàn),相同揮發(fā)酸含量的條件下,堿過(guò)程調(diào)節(jié)酸化產(chǎn)物的反硝化、釋磷效果優(yōu)于堿預(yù)調(diào)節(jié)酸化產(chǎn)物和乙酸鈉。
　　采用超聲破解和pH=9堿過(guò)程調(diào)節(jié)的組合工藝獲取水解酸化產(chǎn)物,并將其回用于A/A/O反應(yīng)器,連續(xù)運(yùn)行90d后發(fā)現(xiàn):出水TN和TP濃度分別從投加酸化產(chǎn)物前的13.5和4.1mg/L降低至6.2和0.5mg/L,相應(yīng)的去除率從62.3%和50.

8、1%升高到了85.4%和94.7%。采用PCR-DGGE分子技術(shù)對(duì)微生物種群結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):酸化產(chǎn)物對(duì)微生物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了巨大的影響。Proteobacteria隨著酸化產(chǎn)物的投加而逐漸增加,且發(fā)揮著巨大的脫氮除磷作用,而B(niǎo)acteroidetes作為第二大類(lèi)細(xì)菌則起著反硝化除磷作用,Actinobacteria和Firmicutes則主要與COD的去除直接相關(guān),但Chloroflexi和TM7則在穩(wěn)定期消失。同時(shí),酸化產(chǎn)物使同步硝