發(fā)布時間：2020-04-05 08:54

【摘要】： 好氧顆粒污泥是一種用于廢水處理的新型微生物聚集體,是微生物在各種選擇壓的作用下自發(fā)凝聚而形成的結構致密、沉降性能良好、生物協(xié)作性強的生物顆粒。好氧顆粒污泥具有能夠同時去除廢水中的COD、N和P的特殊性能,是一項很有應用潛力的廢水生物處理技術。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。主要研究內容如下: (1)研究逐步提高底物NH_4~+-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NH_4~+-N濃度為200 mg/L的條件下無法完成好氧顆粒化過程;而底物NH_4~+-N濃度為50 mg/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NH_4~+-N濃度從50mg/L逐步提高到200 mg/L的培養(yǎng)策略使顆粒污泥內的硝化菌逐漸富集,最終形成了能同時去除COD和NH_4~+-N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,反應器內污泥濃度(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NH_4~+-N濃度分別為500和200 mg/L時,COD、NH_4~+-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%,NH_4~+-N去除率僅在80%～90%之間:第41天剪切力提高至1.8cm/s后,亞硝酸菌活性完全恢復,NH_4~+-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1.8cm/s,循環(huán)時間為6 h的條件下,好氧硝化顆粒污泥內的硝化菌和異養(yǎng)菌活性分別經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,顆粒污泥內部底物和DO的傳質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顆粒污泥內部底物和DO的傳質通道被堵塞,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生的氣體在顆粒內部難以排出,顆粒內部產生較大氣壓,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。由修復的和新形成的顆粒污泥組成的系統(tǒng)對COD和NH_4~+-N都具有高效穩(wěn)定的去除效果,在進水COD和NH_4~+-N濃度分別為500和150mg/L時,COD、NH_4~+-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,NH_4~+-N濃度為600 mg/L時,NH_4~+-N容積負荷達到1.8kg/m~3·d,NH_4~+-N去除率達到98%以上。在模擬廢水鹽度為15g/L,COD和NH_4~+-N濃度分別在100～400 mg/L和300～600 mg/L之間波動時,COD去除率在75%～90%之間,NH_4~+-N去除率在97%以上,出水都能達到《污水綜合排放標準(GB 8978-1996)》一級標準的要求。
【圖文】：

鹽橋作用而促使細胞間凝聚形成菌膠團。(3)胞外聚合物(EPS)假說。不少學者認為EPS是污泥顆粒形成的關鍵性因素。PS主要由多糖和蛋白質組成，影響著細菌表面的性質和顆粒污泥的物理性質。細菌個是帶負電荷的，EPS的產生可以改變細胞之間的靜電斥力，從而產生凝聚現(xiàn)象。(4)選擇壓假說。對于好氧顆粒化過程來說，，選擇壓假說越來越受到學者們的認。好氧顆粒化的本質是選擇壓驅動下的細胞間自我固定化過程【’2]，目前選擇壓被認為影響顆粒形成及其特性的最重要的作用力[l3】。選擇壓分為水力選擇壓和微生物選擇壓種，前者是通過控制反應器結構特性和水力條件等將性能差的污泥淘汰出反應體系，者通過改變混合液中營養(yǎng)成分的負荷來使適應此負荷的微生物生存下來而不能適應微生物逐步消退。(5)SPaghetti理論。該理論認為顆粒污泥的形成是選擇壓等物理作用對微生物進選擇的過程。在外界條件作用下，細菌會自然生長成為小聚集體或附著于其他物質上，樣有利于細菌的聚團，新生顆粒會由于自身菌體的生長或豁附一些游離的細菌而不斷長。Beun等[l41曾提出沒有載體時好氧顆粒污泥的形成過程，過程模擬如圖1.1所示。

種類具有明顯的差異。好氧顆粒污泥內的微生物主要由生長在表層的異養(yǎng)細菌，中間層的硝化細菌以及最內層的反硝化細菌和聚磷菌等組成。微生物分布受氧氣在顆粒內擴散能力的限制，在好氧顆粒污泥內呈層狀結構，如圖1.2所示。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：X703

【引證文獻】

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1 徐穎;蘇墨;邵文華;王琪;;好氧顆粒污泥儲存后快速恢復活性最優(yōu)條件的試驗研究[J];工業(yè)水處理;2014年01期

2 沈娜;楊昌柱;濮文虹;羅應東;;負荷交替法快速培養(yǎng)好氧硝化顆粒污泥的研究[J];環(huán)境科學;2013年04期

3 郭秀麗;高大文;盧健聰;;不同恢復方式對硝化顆粒污泥活性的影響[J];環(huán)境科學;2013年10期

4 高陽;徐曉晨;徐光景;楊鳳林;靳文堯;;活性炭為載體的好氧顆粒污泥培養(yǎng)及性能研究[J];水資源與水工程學報;2012年05期

相關碩士學位論文 前7條

1 袁向娟;好氧顆粒污泥長期儲存及活性恢復研究[D];東北林業(yè)大學;2011年

2 徐秀麗;顆粒污泥——泥層過濾反應器的試驗研究[D];青島理工大學;2010年

3 高陽;載體強化型好氧顆粒污泥的培養(yǎng)及性能研究[D];大連理工大學;2012年

4 姜麗秀;好氧亞硝化顆粒污泥工藝及其N_2O釋放的研究[D];山東大學;2012年

5 邵文華;好氧顆粒污泥快速恢復活性的條件研究[D];遼寧工程技術大學;2012年

6 熊光城;好氧顆粒的快速形成機制及處理乙酰甲胺磷廢水研究[D];華中科技大學;2013年

7 沈娜;好氧硝化顆粒污泥的快速培養(yǎng)與運行穩(wěn)定性的研究[D];華中科技大學;2013年

本文編號：2614804