好氧顆粒污泥脫氮特性及其過程研究.pdf

1、好氧顆粒污泥是上世紀(jì)末研究發(fā)現(xiàn)的一種用于廢水處理的新型微生物聚集體，它是微生物在特定環(huán)境下自發(fā)凝聚、增殖而形成的結(jié)構(gòu)緊密、沉降性能良好、生物協(xié)作性強(qiáng)的生物顆粒。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能夠在同一個顆粒內(nèi)同時保存多種氧環(huán)境與營養(yǎng)環(huán)境，為各種微生物提供良好的生長環(huán)境，因而具有多種代謝活性，是實(shí)現(xiàn)廢水一體化處理的理想主體。本文是在前期成功培養(yǎng)出好氧異養(yǎng)顆粒污泥的基礎(chǔ)上，通過提高氮負(fù)荷、控制水力停留時間及曝氣強(qiáng)度促進(jìn)硝化反硝化微生物在顆粒內(nèi)的積累，培養(yǎng)

2、出了具有良好脫氮活性的顆粒污泥，并對其脫氮特性及機(jī)理做了初步探討。重點(diǎn)研究了脫氮顆粒污泥的培養(yǎng)、特性以及脫氮反應(yīng)模式、傳質(zhì)特性、反應(yīng)動力學(xué)、顆粒污泥內(nèi)微生物組成及分布，其主要研究內(nèi)容如下：
　　依據(jù)前期好氧異養(yǎng)顆粒污泥的培養(yǎng)策略，分別以活性污泥(AS)、硝化污泥(NS)、好氧異養(yǎng)顆粒污泥(GS)為接種體通過提高氨氮負(fù)荷、優(yōu)化曝氣流量促進(jìn)硝化反硝化微生物在顆粒污泥內(nèi)的積累。經(jīng)過120天的培養(yǎng)，三種系統(tǒng)內(nèi)均成功培養(yǎng)出了具有較高脫氮活性

3、的顆粒污泥，在反應(yīng)運(yùn)行周期為4h，有機(jī)負(fù)荷為1.6g/L·d，氨氮負(fù)荷為0.53g/L·d的條件下，各系統(tǒng)的COD去除率分別達(dá)95.70、96.04和96.55％，氨氮去除率分別達(dá)90.67、94.51和97.29%。
　　IA分析表明，三種成熟顆粒污泥的平均粒徑分別達(dá)到了1.88、2.37、2.26mm，相應(yīng)的濕污泥密度達(dá)到了1.0156、1.0187和1.0262g/cm3，從而使各系統(tǒng)內(nèi)的污泥濃度達(dá)到了7.25、9.81和1

4、2.32g/L，SVI下降到了51.67、42.11和40.03ml/g，最大沉降速率分別達(dá)到了104.22、120.89和135m/h。此外，成熟顆粒污泥內(nèi)的EPS含量明顯提高，分別達(dá)到了55.31、47.34和53.95mg/L，而顆粒的比表面積達(dá)到了837.76、740.74和892.03m2/m3。
　　對顆粒污泥反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)降解的過程分析表明，循環(huán)周期內(nèi)的氨氮去除可分為兩個階段，即富營養(yǎng)(COD去除)階段的高速除碳脫氮和

5、貧營養(yǎng)(硝化)階段的慢速脫氮。在不同運(yùn)行條件下，顆粒污泥表現(xiàn)出不同的脫氮特性，這表明顆粒污泥反應(yīng)器運(yùn)行中可能存在多種脫氮機(jī)制，實(shí)際運(yùn)行時的表觀脫氮速率是多種途徑共同作用的結(jié)果。
　　通過對脫氮顆粒污泥反應(yīng)器的曝氣強(qiáng)度、進(jìn)水基質(zhì)及水力停留時間的優(yōu)化，得出三種顆粒污泥系統(tǒng)的最優(yōu)曝氣流量分別為0.75、1.25、1.0L/min；進(jìn)水COD濃度在短期內(nèi)可在800～2000mg/L隨意變化，而進(jìn)水氨氮濃度則在經(jīng)反應(yīng)器保留液稀釋后不得超過1

6、60mg/L；水力停留時間應(yīng)控制在12～15小時。經(jīng)優(yōu)化操作后各系統(tǒng)的COD、氨氮及總氮去除率分別達(dá)到了95.85、95.74和95.72%，97.29、98.38和99.83%及94.34、94.30和96.93%。
　　盡管顆粒污泥有較緊密的微生物結(jié)構(gòu)，依據(jù)簡單滲透模型計(jì)算得出COD及氨氮在其中的擴(kuò)散仍然能滿足顆粒內(nèi)微生物代謝的基本需求，而溶解氧擴(kuò)散對顆粒內(nèi)微生物脫氮過程的影響則是至關(guān)重要的。采用優(yōu)化曝氣流量后，溶解氧在各系統(tǒng)

7、顆粒污泥內(nèi)的最大滲透深度分別為0.35、0.51和0.35mm?；|(zhì)降解動力學(xué)模擬得出各系統(tǒng)的最大表觀COD利用速率分別為1.15、0.98和0.96d-1，半飽和速率常數(shù)分別為443.56、475.60和488.94mg/L；而氨氮的最大表觀脫除速率分別為0.13、0.14和0.12d-1，半飽和速率常數(shù)分別為52.98、60.10和60.26mg/L。
　　此外，采用傳統(tǒng)分離純化方法從GS顆粒污泥內(nèi)分離出了8種菌落形態(tài)不一的細(xì)