好氧硝化顆粒污泥的性能及儲(chǔ)存與解體后的自修復(fù)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(shí)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(guò)程、儲(chǔ)存過(guò)程和解體過(guò)程，研究了儲(chǔ)存和解體后恢復(fù)顆粒污泥性能的自修復(fù)行為，并驗(yàn)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?jī)?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(shì)和形成的好氧硝化顆粒污泥的性能。結(jié)果表明，在底物NH4+-N濃度為200mg/

2、L的條件下無(wú)法完成好氧顆?；^(guò)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(jié)構(gòu)松散，絲狀菌大量繁殖，穩(wěn)定性差，反應(yīng)器運(yùn)行131天顆粒污泥就開(kāi)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(shí)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(yīng)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(qiáng)化。同時(shí)，硝化菌的大量富集抑制了絲狀菌的生長(zhǎng)，形成的好氧硝化顆粒污泥以桿菌為主，顆粒結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性能良好，反應(yīng)器運(yùn)行283天未出現(xiàn)明顯顆粒解體現(xiàn)象。在進(jìn)水COD和NH4+-N濃度分別為500和200mg/L時(shí)，COD、NH4+-N和總氮(TN)平均去除率分別達(dá)到82％、98％和50％。 (2)考察短期儲(chǔ)存2個(gè)月對(duì)好氧硝化顆粒污泥的影響，并研究?jī)?chǔ)存后的自修復(fù)階段

4、的操作條件對(duì)硝化菌活性恢復(fù)的影響。結(jié)果表明，儲(chǔ)存2個(gè)月對(duì)好氧硝化顆粒污泥的物理性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性都沒(méi)有明顯影響。采用儲(chǔ)存前的操作條件進(jìn)行活性恢復(fù)，即較低的剪切力(0.9cm/s)和循環(huán)時(shí)間(4h)條件下，異養(yǎng)菌活性恢復(fù)最快，5天后COD去除率基本恢復(fù)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(fù)至儲(chǔ)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(fù)，NH4+-N去除率達(dá)到98％以上，但硝酸菌的SOUR仍只有儲(chǔ)存前的92％；第65天將循環(huán)時(shí)間延長(zhǎng)至6h，硝酸菌活性完全恢復(fù)。 (3)研究好氧硝化顆粒污泥長(zhǎng)期儲(chǔ)存7個(gè)月過(guò)程中的性能、結(jié)構(gòu)和菌群衰減變化以及儲(chǔ)存后的自修復(fù)行為。結(jié)果表明，長(zhǎng)期儲(chǔ)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。好氧硝化顆粒污泥儲(chǔ)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(chǔ)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(jìn)行代謝生長(zhǎng)，隨后分泌越來(lái)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(zhǎng)期儲(chǔ)存階段能保持形態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要原因。在自修復(fù)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(fù)，經(jīng)過(guò)1個(gè)月的時(shí)間，其結(jié)構(gòu)、VSS含量、沉降性能等都完全恢復(fù)甚至優(yōu)于儲(chǔ)存前的水平。在剪切力為1.8c

7、m/s，循環(huán)時(shí)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(fù)。 (4)對(duì)好氧硝化顆粒污泥的解體機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)研究。結(jié)果表明，隨著好氧硝化顆粒污泥粒徑的增長(zhǎng)，顆粒污泥內(nèi)部底物和DO的傳質(zhì)限制是導(dǎo)致顆粒解體的根本原因。解體過(guò)程主要包括以下三個(gè)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(kuò)大，最終顆粒污泥形成明顯的中空結(jié)構(gòu)；②反硝化以及有機(jī)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(dǎo)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(jìn)解體好氧硝化顆粒污泥完成自修復(fù)的可行性。結(jié)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(gè)有機(jī)的整體。大約3周時(shí)間，解體顆粒污泥完全修復(fù)，被修復(fù)后的顆粒污泥結(jié)構(gòu)規(guī)則，微生物相致密，顆粒污泥的沉降性能和強(qiáng)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(fù)的

9、和新形成的顆粒污泥組成的系統(tǒng)對(duì)COD和NH4+-N都具有高效穩(wěn)定的去除效果，在進(jìn)水COD和NH4+-N濃度分別為500和150mg/L時(shí)，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(jié)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(fù)荷能力。在循環(huán)時(shí)間為4h，NH4+-N濃度為600mg/L時(shí)，NH4+-N容積負(fù)荷達(dá)到1.8