生物造粒流化床污水處理工藝的物化-生化協(xié)同作用及工藝研究.pdf

1、生物造粒流化床是將混凝造粒固液分離工藝應(yīng)用于污水處理的一種嘗試。通過對裝置進(jìn)水進(jìn)行預(yù)充氧,維持流化床內(nèi)的好氧狀態(tài),使微生物在流化床內(nèi)得以繁殖與富集,從而實現(xiàn)物化與生化耦合作用下的污染物強(qiáng)化去除。前期針對城市生活污水的實驗研究已證明了生物造粒流化床不僅能有效去除污水中懸浮態(tài)或膠體態(tài)的污染物,而且能去除較高比例的溶解性COD、氨氮和總磷,在總水力停留時間為1～2h的條件下,達(dá)到優(yōu)于強(qiáng)化一級處理的效果。作為一種短流程的一體化污水處理工藝,生物

2、造粒流化床具有良好的推廣應(yīng)用前景。為了揭示生物造粒流化床對溶解性污染物的物化-生化協(xié)同作用,本文設(shè)計了小型實驗裝置,采用人工配水,針對生物造粒流化床對溶解性污染物的去除特性、流化床中的顆粒污泥特性、混凝劑對污泥中微生物生理生態(tài)的影響開展了實驗和理論研究。本文的主要工作及成果如下:
　　(1)生物造粒流化床對溶解性污染物的去除特性
　　在實驗室條件下,建立小型生物造粒流化床裝置并投入連續(xù)運(yùn)行。生物造粒流化床連續(xù)操作控制條件為:

3、PAC50mg/L,PAM3mg/L,上升流速u1mm/s,機(jī)械攪拌速度ω25rpm,回流污泥池水力停留時間2h,流化床泥層高度控制范圍110cm~130cm;回流污泥池參數(shù)的控制為:平均每2個小時回流污泥0.5L至回流污泥池,SS0.82g/L,DO8mg/L。穩(wěn)定運(yùn)行條件下對溶解性COD、NH3-N及TP的平均去除率分別為85％、34%和46%。
　　(2)生物造粒流化床對溶解性污染物的去除機(jī)理研究
　　流化床對溶解性污

4、染物去除過程中包括混凝、吸附和生物降解等物化和生化作用。量化溶解性COD在不同作用機(jī)理下的去除效果為:回流污泥池生化降解46%,混凝去除6%,吸附去除8%,流化床原位生化降解22%,未降解18%;溶解性NH3-N在不同作用機(jī)理下的去除效果為:回流污泥池生化降解9%,混凝去除5%,吸附去除10%,流化床原位生化降解11%,未降解65%;溶解性TP在不同作用機(jī)理下的去除效果為:回流污泥池生化降解27%,混凝去除1%,吸附去除3%,流化床原位

5、生化降解17%,未降解52%。其中回流污泥池生化降解是完成在回流污泥池中的吸附于回流污泥中溶解性污染物的生化降解作用,因此對于附著于顆粒污泥的溶解性污染物而言,回流污泥池生化降解仍是生物降解的一部分。因此,生物降解對于溶解性COD、NH3-N和TP的總的作用分別為68%、20%和44%,說明生物降解是生物造粒流化床污染物去除的去除效果更為明顯。
　　(3)生物造粒流化床中顆粒污泥的物理和生化特性研究
　　生物造粒流化床由下至

6、上不同高度處的顆粒呈現(xiàn)良好的球形狀態(tài),顆粒粒徑呈沿床高逐漸降低的趨勢,其中,10cm、50cm、90cm三個高度的中值粒徑d50依次為2.84、2.22、1.92mm。生物造粒流化床中顆粒污泥密度趨于均一,隨粒徑變化的趨勢不明顯,有效密度的范圍為0.006～0.013g/cm3,遠(yuǎn)高于常規(guī)絮凝體的有效密度,說明通過生物造粒流化床操作形成的顆粒污泥具有更加緊實的構(gòu)造。
　　對流化床中的顆粒污泥進(jìn)行生化特性分析可知,DO進(jìn)入流化床內(nèi)不

7、斷被消耗,從入口處的8mg/L降至頂部的1.7mg/L,且主要在底部被消耗。同時沿流化床自下而上MLSS逐漸降低,但每個斷面MLSS的濃度遠(yuǎn)高于常規(guī)活性污泥法。細(xì)菌計數(shù)結(jié)果表明,流化床柱體內(nèi)各斷面生物量均在108的數(shù)量級,與常規(guī)活性污泥法的生物量基本相當(dāng),由于流化床底部營養(yǎng)基質(zhì)豐富,DO充足,因此微生物量最高。隨著流化床高度的增加,生物量呈降低的趨勢。
　　(4)生物造粒流化床中顆粒污泥中的微生物群落分布特性
　　運(yùn)用FIS

8、H技術(shù)對流化床中顆粒污泥的亞硝化菌和硝化菌鑒定分析得出,在流化床10cm、50cm、90cm處AOB/DAPI和NOB/DAPI分別達(dá)到3.4%,3.9%,2.5%以及1.8%,1.8%。1.4%。表明就亞硝化菌和硝化菌的分布而言,在流化床高度上沒有較大變化的。在生物造粒流化床形成的顆粒污泥中AOB、NOB占DAPI染色總菌的比例與懸浮活性污泥法中的比例基本相同;而每個高度的顆粒污泥中NOB的數(shù)量均低于AOB的數(shù)量,這可能是由于NOB具

9、有較低的比增值速率的緣故。
　　從DGGE譜圖可以看出,生物造粒流化床內(nèi)微生物種群豐富,且因其獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)使好氧、兼性、厭氧微生物均能生長。生物造粒流化床處理工藝裝置不同位置的活性污泥中微生物的結(jié)構(gòu)相差不大,曝氣池與流化床內(nèi)微生物種群結(jié)構(gòu)對比,少數(shù)細(xì)菌的種類與數(shù)量在曝氣池中銳減(如兼性厭氧細(xì)菌Actinobacillus),但總體來說相差不大,其余優(yōu)勢種群都是好養(yǎng)菌群(Actinobacillus,Arcobactersp.,E

10、psilonproteobacteria和Betaproteobacteria類群)。表明在微生物對于底物變化和DO濃度改變適應(yīng)性較好,工藝運(yùn)行較為穩(wěn)定。
　　為了提高生物造粒流化床的脫氮能力,針對生物造粒流化床顆粒污泥進(jìn)行3個月的亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的富集培養(yǎng),運(yùn)用PCR-DGGE技術(shù)鑒定出富集培養(yǎng)液中完全自養(yǎng)型硝化菌的優(yōu)勢菌群為Nitrosospirasp.(亞硝化螺菌)和Nitrobactersp.(硝化桿菌),且還被鑒定出

11、異養(yǎng)細(xì)菌Pseudomonassp.(假單胞菌)以及Pseudomonasaeruginosa(銅綠假單胞菌)。這些異養(yǎng)細(xì)菌Pseudomonassp.為好氧反硝化菌,與自養(yǎng)硝化細(xì)菌起到了共生的作用。
　　(5)混凝劑對顆粒污泥中功能菌群的影響研究
　　在生物造粒流化床的操作條件基礎(chǔ)上,利用SBR反應(yīng)器進(jìn)行了不投加和分別投加聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM),對活性污泥生長及其污染物降解特性的對比試驗。生物量分析和F

12、ISH檢測結(jié)果表明投加PAC和投加PAM不會影響活性污泥中微生物的繁殖和生長。對污染物的去除效果分析發(fā)現(xiàn),投加PAC和投加PAM的反應(yīng)器都要比未投加藥劑的反應(yīng)器COD的去除率要高;三種反應(yīng)器內(nèi)各種形態(tài)的氮去除效果非常接近,說明PAC和PAM對微生物的硝化作用無抑制作用;且化學(xué)除磷能夠提高磷的去除率。
　　(6)生物造粒流化床顆粒污泥的動態(tài)穩(wěn)定性研究
　　利用基于兩個生物造粒流化床的二級串聯(lián)交替運(yùn)行模式研究了流化床顆粒污泥的動

13、態(tài)穩(wěn)定性。生物造粒流化床采用二級串聯(lián)交替運(yùn)行模式后,總的水力停留時間延長,有效處理泥床高度加倍,溶解性污染物的去除得到強(qiáng)化,溶解性COD、氨氮、磷在二級柱的去除率分別為10%、3%以及5%。在交替輪回的一個周期內(nèi),由于鋁鹽混凝劑和高分子絮凝劑投量減小,顆粒的粒徑減小,反之,顆粒粒徑增大。在流化床多次輪回切換,顆粒污泥多次經(jīng)歷“破碎——成長——再破碎——再成長”的過程中,顆粒的有效密度并未發(fā)生明顯變化,且此條件下形成的顆粒污泥仍保持著緊實