低氧活性污泥法除污及污泥減量研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、活性污泥工藝是目前應(yīng)用最為廣泛的污水處理技術(shù),占城市污水處理工藝的90%以上和工業(yè)廢水處理工藝的50%左右。但在運(yùn)行過程中還有著種種的弊端:其一是污泥膨脹問題,這是活性污泥工藝中最常見、最主要也是最嚴(yán)重的問題;其二是能源消耗問題,活性污泥工藝處理城市污水過程中消耗的電費(fèi)約占常規(guī)運(yùn)行成本的三分之一以上;其三是剩余污泥問題,在處理污水的過程中,由于微生物的增殖,活性污泥會產(chǎn)生大量的剩余污泥,對這部分污泥的處理費(fèi)用更是高達(dá)常規(guī)運(yùn)行成本的50%

2、以上。針對活性污泥工藝在運(yùn)行過程中所表現(xiàn)出的三種弊端,眾多學(xué)者開展了廣泛的研究。基于低溶解氧(DO)污泥絲狀菌微膨脹工藝,其核心是人為地控制活性污泥系統(tǒng)在低DO狀態(tài)下運(yùn)行,引發(fā)一定程度的污泥膨脹,其膨脹程度受控而不會導(dǎo)致嚴(yán)重的污泥流失;同時(shí)低溶解氧濃度,降低了曝氣電耗。研究發(fā)現(xiàn)在低氧濃度條件下,污泥產(chǎn)率的下降,剩余污泥產(chǎn)量也將有所減少。為了更好地掌握和發(fā)揮低溶解氧污泥工藝的應(yīng)用潛能,有必要對其進(jìn)行深入的研究。本文對低溶解氧活性污泥工藝的

3、污染物去除、穩(wěn)定性和減量效果及其作用機(jī)制、數(shù)學(xué)模擬進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。主要從宏觀分析了低氧活性污泥的污染物去除、參數(shù)影響和低氧污泥的減量效果及機(jī)制,從微觀角度分析低氧活性污泥的種群及胞外酶的分布特征,并建立數(shù)學(xué)模型探討了低氧活性污泥工藝的機(jī)理。主要內(nèi)容包括:
 ?、排c參照的傳統(tǒng)活性污泥工藝相比,低溶解氧活性污泥工藝存在的最大弊端在于穩(wěn)定性不強(qiáng),易發(fā)膨脹。研究通過低氧適應(yīng)性培養(yǎng)使反應(yīng)器處于一種穩(wěn)定的微膨脹狀態(tài),首次依據(jù)數(shù)學(xué)模型從理論

4、上論證了這種狀態(tài)存在的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)觀察證實(shí)低溶解氧活性污泥工藝曝氣能耗降低50%,且可穩(wěn)定有效去除進(jìn)水中的污染物質(zhì),并具備短程硝化特性。其COD的去除率為95%,氨氮去除率達(dá)到95%以上,亞硝化率達(dá)到80%以上,總氮去除率均達(dá)到70%以上,PO43--P去除率達(dá)到95%以上,總體效果強(qiáng)于參照活性污泥工藝;研究發(fā)現(xiàn)低溫條件會抑制活性污泥工藝的污染物去除,低溶解氧會進(jìn)一步加劇低溫對活性污泥工藝的不利影響;SRT在10d-20d范圍內(nèi)變化時(shí),

5、不會對低氧反應(yīng)器污染物的去除效果造成明顯影響。
 ?、婆c參照的傳統(tǒng)活性污泥工藝相比,低溶解氧活性污泥工藝的污泥產(chǎn)率下降了13.3%。為對這一現(xiàn)象的本質(zhì)進(jìn)行研究,根據(jù)對污泥表觀產(chǎn)率影響的差異,將引起污泥減量的因素分為兩部分進(jìn)行分析,其一為間接因素,其二為直接因素,間接因素如污泥活性、污泥粒徑及 EPS等,可通過直接因素影響污泥的表觀產(chǎn)率。直接因素如污泥真實(shí)產(chǎn)率、污泥衰減率及水解性能等,可以直接對污泥的表觀產(chǎn)率造成影響。通過以上兩方面

6、,對污泥的減量機(jī)理進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,長期在低氧條件下馴化活性污泥,導(dǎo)致其真實(shí)產(chǎn)率變低,污泥水解衰減率變低。結(jié)合Lawrence-Mccarty模型,可知低氧污泥減量效果為13.3%,其中低污泥真實(shí)產(chǎn)率貢獻(xiàn)占16%,污泥衰減量貢獻(xiàn)占84%。
  ⑶在低溶解氧濃度下長期馴化,將誘導(dǎo)活性污泥微生物發(fā)生改變,并表現(xiàn)出一些顯著的特點(diǎn),這些特點(diǎn)是活性污泥微生物特殊性質(zhì)所構(gòu)成的功能表現(xiàn)。由454高通量測序法檢測發(fā)現(xiàn),低溶解氧和參照系統(tǒng)污泥樣

7、品微生物群落中細(xì)菌均表現(xiàn)出較高的多樣性,共檢測到18門、368屬的細(xì)菌序列,低溶解氧反應(yīng)器中菌門多為 Acidobacteria、 BD1-5、 Bacteroidetes、 Candidate_division_SR1、Candidate_division_TM7、Chlorobi、Firmicutes等專性或兼性厭氧菌或氧親和系數(shù)較低的菌門,而參照反應(yīng)器中的菌門多為 Chloroflexi、Nitrospirae、Proteobac

8、teria等好氧異氧型菌門,但優(yōu)勢菌門均為變形菌門,各占低溶解氧和參照系統(tǒng)污泥樣品細(xì)菌總序列的50.86%及68.55%,其中低溶解氧污泥微生物群落優(yōu)勢菌屬為發(fā)硫菌,即引起污泥膨脹的主要細(xì)菌;低溶解和參照系統(tǒng)污泥樣品微生物群落中均含有多種脫氮功能細(xì)菌,但優(yōu)勢脫氮功能菌屬有較大差異,優(yōu)勢 AOB菌屬為uncultured Nitrosomonadaceae屬及Nitrosomonas屬,在低溶解氧污泥樣品中分別占0.14%及0%,在參照污

9、泥樣品中分別占0%及0.16%;優(yōu)勢 NOB菌屬為Nitrospiraceae_Nitrospira屬,在低溶解氧污泥樣品中占0.47%,在參照污泥樣品中占0.93%;優(yōu)勢反硝化細(xì)菌屬為 Flexibacter、Nitrosomonas、uncultured Comamonadeceae及Thauera,在低溶解氧污泥樣品中占1.063%、0.06%、0.41%及1.85%、在參照污泥樣品中占2.02%,0.16%、0.35%及2.55

10、%;優(yōu)勢聚磷菌屬菌屬為Acinetobacter及具有反硝化功能Arcobacter,在低溶解氧污泥樣品中占0.19%及1.75%在參照污泥樣品中占0.1%及0.89%。
 ?、确治霭l(fā)現(xiàn),低氧污泥水解菌屬更多,與實(shí)驗(yàn)中低氧污泥水解率較低的結(jié)論相左,其可能受No Rank序列或EPS的影響,為進(jìn)一步確定污泥中的胞外酶含量,采用 LCMS法測序活性污泥胞外蛋白質(zhì),在污泥胞外蛋白組中,發(fā)現(xiàn)低氧污泥及參照污泥胞外蛋白組中與水解類相關(guān)的蛋白

11、個(gè)數(shù)分別為8及14個(gè),屬于生物合成的種類,分別為12及38個(gè),屬于能量產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換相關(guān)蛋白的種類分別為15及22個(gè),這說明有很大一部分 EPS是來源于破碎的污泥細(xì)胞,同時(shí)可見低氧污泥胞外蛋白數(shù)目大大低于參照污泥,因此低氧污泥的自身水解性略差。
 ?、稍谀壳癆SM3模型構(gòu)架的基礎(chǔ)上,采用時(shí)間平衡、體積平衡及物料平衡方法,通過對低氧工藝下低氧污泥獨(dú)特的生物動力學(xué)參數(shù)的分析研究,提出并建立了低氧/參照SBR-ASM3-SMP模型。并且以污

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