【摘要】：城市污水廠剩余污泥產(chǎn)量大、處理費(fèi)用高,帶來嚴(yán)峻的環(huán)境問題。在污水處理的過程中降低污泥產(chǎn)量具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境意義。溶胞技術(shù)應(yīng)用于污水處理工藝是實(shí)現(xiàn)污泥過程減量的主要方法之一,但關(guān)于該技術(shù)中重金屬的遷移變化及對(duì)系統(tǒng)的作用機(jī)制的相關(guān)研究較少,為其安全性應(yīng)用造成隱患。論文采用超聲波污泥溶胞的手段,結(jié)合序批式生物反應(yīng)器(Sequencing Batch Reactor,SBR),系統(tǒng)研究了污泥重金屬在溶胞過程中的污泥固-液兩相的再分配及形態(tài)分布規(guī)律,探討了該工藝運(yùn)行過程中重金屬在系統(tǒng)中的累積機(jī)制,研究了重金屬對(duì)該處理工藝運(yùn)行效果的影響。通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的方法研究了SBR工藝中活性污泥在超聲波溶胞過程中重金屬的變化特性,系統(tǒng)分析了污泥中8種典型重金屬(As、Zn、Ni、Cd、Cr、Cu、Pb和Hg)的污泥固-液兩相的再分配及形態(tài)分布規(guī)律,并研究了溶胞過程關(guān)鍵操作參數(shù)對(duì)其再分配及形態(tài)分布的影響。結(jié)果表明,超聲溶胞作用能有效破壞污泥絮體,釋放重金屬,提高了污泥中重金屬的穩(wěn)定性。超聲作用時(shí)間和聲強(qiáng)對(duì)重金屬在污泥固-液兩相中的分配產(chǎn)生影響。在超聲聲強(qiáng)為188 W/cm2的條件下,作用時(shí)間0-15 min,污泥絮體所含重金屬在液相中的溶出量與超聲波作用時(shí)間成正比。超聲作用15 min,污泥液相中重金屬的溶出存在的有效能量作用范圍為125-251 W/cm2。超聲污泥溶胞作用影響重金屬在污泥固相中的化學(xué)形態(tài)分布。當(dāng)超聲聲強(qiáng)為188 W/cm2時(shí),隨著超聲波作用時(shí)間的延長(zhǎng),污泥固相中重金屬的不穩(wěn)定化學(xué)形態(tài)比例降低,穩(wěn)定化學(xué)形態(tài)比例提高。As、Zn、Ni在污泥中不穩(wěn)定,易受到超聲溶胞作用的影響,溶出率較高,在污泥固相中的化學(xué)形態(tài)分布變化大。Cu、Pb、Hg等重金屬在污泥中較為穩(wěn)定,受超聲溶胞作用的影響較弱,液相中釋放的濃度不高,在污泥固相中的化學(xué)形態(tài)分布變化不顯著。利用響應(yīng)曲面法研究了溶胞過程重金屬釋放規(guī)律,污泥中重金屬總量溶出規(guī)律可表達(dá)為CHM=-3069.09+107.49×t+27.46×I+0.10×t×I 2.11×t2 0.06×I2,與溶胞操作參數(shù)有關(guān)。以傳統(tǒng)SBR工藝為對(duì)照,在分析探討超聲溶胞污泥回流-SBR污水處理工藝中污泥減量與污水處理效能的基礎(chǔ)上,著重研究了重金屬在超聲溶胞污泥回流-SBR工藝污水處理過程的累積規(guī)律及形態(tài)變化�？疾炝讼到y(tǒng)中減量效果、出水水質(zhì)、污泥性能等變化情況,并與對(duì)照系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明,在連續(xù)運(yùn)行的120 d內(nèi),污泥超聲污泥溶胞回流-SBR污水處理工藝中日平均污泥產(chǎn)量約為85±12 mg/L/d,較對(duì)照組降低50%左右;COD去除率達(dá)70%以上,氨氮平均出水濃度為16 mg/L,總磷濃度略有升高。與對(duì)照組相比,重金屬在減量系統(tǒng)中的累積較大,污泥活性略高�；钚晕勰鄬�(duì)重金屬的吸附具有選擇性,重金屬在反應(yīng)器中的去除率及累積由于自身特性而不同,相應(yīng)地,其在污泥中的賦存形式具有差異。Cu與有機(jī)物親電性最強(qiáng),去除率達(dá)98%以上,累積量也高;Pb與Cd存在競(jìng)爭(zhēng)吸附,兩者在污泥中的累積呈現(xiàn)此消彼長(zhǎng)的現(xiàn)象。重金屬在減量系統(tǒng)運(yùn)行過程中的化學(xué)形態(tài)變化與污泥吸附重金屬的機(jī)制有關(guān),經(jīng)過120 d的運(yùn)行后,污泥中各重金屬的不穩(wěn)定態(tài)比例略有提高。污泥中的重金屬的潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)結(jié)果表明,除Cd外,重金屬的累積對(duì)環(huán)境的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度在較低的范圍,需要對(duì)Cd進(jìn)行適當(dāng)處理。采用PCR-DGGE技術(shù)分析重金屬對(duì)超聲溶胞污泥回流-SBR污水處理工藝過程微生物的影響,與對(duì)照組相比,減量系統(tǒng)中微生物種類較豐富。超聲溶胞作用釋放大量有機(jī)物可供微生物利用,緩解重金屬對(duì)微生物造成的危害,Sphingobacterium,pirochaeta sp.和Uncultured Acinetobacter sp.為該技術(shù)在減量過程中的功能菌。采用數(shù)學(xué)關(guān)系式擬合的方法研究了重金屬對(duì)超聲溶胞污泥回流-SBR污水處理工藝運(yùn)行效果的影響。構(gòu)建了基于莫諾方程的超聲溶胞污泥回流-SBR污水處理工藝有機(jī)物降解數(shù)學(xué)關(guān)系式,能較好的模擬該污水處理過程。計(jì)算結(jié)果表明,污泥中活性部分減少,不可降解的顆粒有機(jī)物增多。溶胞后的污泥作為基質(zhì)參與污泥微生物代謝,F/M增加到0.93 mg COD/mg biomass/d。通過計(jì)算擬合出來的污泥微生物最大比增長(zhǎng)速率m'為3.27 d-1。出水COD濃度的模擬值與實(shí)驗(yàn)值良好擬合,證實(shí)了數(shù)學(xué)關(guān)系式對(duì)超聲溶胞污泥回流-SBR污水處理工藝預(yù)測(cè)的實(shí)用性。預(yù)測(cè)重金屬濃度對(duì)有機(jī)物降解及污泥減量效果的影響,結(jié)果表明,進(jìn)水重金屬濃度在0-12.5 mg/L的范圍內(nèi)不影響超聲溶胞污泥回流的SBR污水處理工藝的正常運(yùn)行,COD去除率為62.5%-80%,污泥產(chǎn)率系數(shù)為0.26-0.41 mg MLSS/mg COD。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

也被稱為“溶胞-隱性生長(zhǎng)”[29, 39, 40]，該技術(shù)具有控制、設(shè)備設(shè)施要求低、減量效率高等優(yōu)點(diǎn)而受到重視[41]。于污泥微生物細(xì)胞壁的致密穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，細(xì)胞溶解是制約隱性生主要步驟。為加快污泥微生物細(xì)胞的溶解，通常采用以下幾化學(xué)法（氧化作用如 Fenton 氧化[42, 43]、臭氧[44]、氯氣[45]等作用）；（2）物理法（加熱[48]、機(jī)械破胞法如超聲波[49, 50]、壓法[53]）；（3）生物法[54, 55]。為提高細(xì)胞溶解效果，各方法也57]。溶胞-隱性生長(zhǎng)污泥減量技術(shù)能夠使污泥在污水處理過0%[29, 39, 58]，從根本上、實(shí)質(zhì)上減少污泥產(chǎn)生量，是符合清潔持續(xù)發(fā)展的低污泥污水處理方法。

第 1 章 緒 論術(shù)的研究現(xiàn)狀物處理過程，實(shí)際就是污水中的有機(jī)污染物作為營(yíng)養(yǎng)物與利用的過程。在這一過程中，污水中的有機(jī)物由于微無機(jī)物質(zhì)而得到降解，微生物獲取能量合成新的細(xì)胞針對(duì)活性污泥微生物生長(zhǎng)增殖過程，提出溶胞-再生長(zhǎng)模污泥微生物利用的自身溶解后的細(xì)胞作為底物進(jìn)行新陳稱為“隱性增殖”[61]或“隱性生長(zhǎng)”[62]。微生物胞外聚合物的聚合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞壁的存在，要水解成可溶性的小分子有機(jī)物，才能在透膜酶的作用被微生物細(xì)胞內(nèi)的各種酶代謝，從而實(shí)現(xiàn)“隱性生長(zhǎng)”；壁的存在，污泥中的有機(jī)物在水解成可溶性小分子有機(jī)壞污泥絮體及細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。然而，污泥微生物細(xì)胞自身0.06 d-1[4]，過程非常緩慢。

污水處理過程中不同處理單元對(duì)污水中的重金屬的遷移變化也有影響。池主要通過物理吸附去除大部分顆粒結(jié)合態(tài)的重金屬；生物處理單元和二由于活性污泥絮體的特殊結(jié)構(gòu)，能通過生物代謝過程及生物吸附去除水中分溶解態(tài)的重金屬。傳統(tǒng)活性污泥法中重金屬在各處理單元的行為如圖 1示。

本文編號(hào)：2789679