好氧顆粒污泥的培養(yǎng)及應(yīng)用于UASB出水的研究.pdf

1、活性污泥法處理廢水是當(dāng)今世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的一種生物處理工藝，具有處理能力高、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)工藝中，活性污泥絮體沉降性能差、曝氣池內(nèi)污泥濃度低，人們常以增大反應(yīng)器的體積為代價(jià)來提高處理能力，整個(gè)處理系統(tǒng)占地面積大，越來越不適應(yīng)廢水處理的發(fā)展要求。近20年來，研究者們著眼于改善污泥沉降性能和提高反應(yīng)器內(nèi)生物量濃度，在對(duì)活性污泥法本身改進(jìn)的同時(shí)，又致力于新型生物處理技術(shù)與工藝的研究與開發(fā)?；趨捬躅w粒污泥的成功開發(fā)與應(yīng)用，最近

2、幾年，研究人員轉(zhuǎn)向研究好氧顆粒污泥技術(shù)，該技術(shù)嘗試結(jié)合好氧微生物的高效氧化特性與厭氧顆粒污泥的高生物量濃度和良好沉降性能，是一種新型污水處理工藝。好氧顆粒污泥技術(shù)的成功開發(fā)將會(huì)極大提高反應(yīng)器的處理效能、減少占地面積和降低工程造價(jià)，這對(duì)于革新現(xiàn)有活性污泥工藝、推進(jìn)污水生物處理技術(shù)的發(fā)展意義重大。但到目前為止，有關(guān)好氧顆粒污泥的研究報(bào)道還比較少，還未完全掌握形成好氧顆粒污泥的充分條件，對(duì)好氧顆粒污泥形成原因的理解尚不深入。同時(shí)，缺少好氧顆粒

3、污泥處理實(shí)際廢水的試驗(yàn)研究。 本文首先從研究好氧顆?；^程中運(yùn)行參數(shù)的變化出發(fā)，探討好氧顆粒污泥的形成機(jī)制及特性。系統(tǒng)研究了各運(yùn)行參數(shù)對(duì)好氧顆粒污泥形成的綜合作用及相互間的制約關(guān)系。在好氧顆粒污泥形成后，通過逐步提升反應(yīng)器的容積負(fù)荷，考察了好氧顆粒污泥系統(tǒng)耐負(fù)荷沖擊的能力及穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明，在SBR反應(yīng)器中，以污水處理廠曝氣池中活性污泥作為接種污泥，通過對(duì)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)控，能夠?qū)崿F(xiàn)好氧活性污泥顆?；?。對(duì)反應(yīng)器沉降時(shí)間與污泥齡的

4、調(diào)控是污泥實(shí)現(xiàn)顆?；氖滓獥l件。反應(yīng)器運(yùn)行至18天，好氧顆粒污泥初步形成，運(yùn)行至35天，顆粒污泥己成為反應(yīng)器內(nèi)污泥存在的主要形式。此時(shí)，污泥體積指數(shù)、反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度、污泥齡及污泥負(fù)荷率分別為48.0mLg-1、9.3gL-1(VSS)、46.7天及0.43gCODg-1MLVSSd-1。好氧顆粒污泥的形成提高了系統(tǒng)處理能力和耐負(fù)荷沖擊能力，但運(yùn)行過程中存在極限負(fù)荷。進(jìn)水容積負(fù)荷高達(dá)12gL-1d-1時(shí)，顆粒污泥解體，反應(yīng)器內(nèi)污泥大量流

5、失。本研究發(fā)現(xiàn)，污泥負(fù)荷率為0.42～0.77gCODg-1MLVSSd-1時(shí)，系統(tǒng)COD去除率在97﹪以上，污泥停留時(shí)間為17.8～60天，好氧顆粒污泥系統(tǒng)處于最優(yōu)運(yùn)行階段。因此，控制污泥負(fù)荷率在合適的范圍內(nèi)能夠保證系統(tǒng)高效、長(zhǎng)期而穩(wěn)定的運(yùn)行。掃描電鏡觀察表明，好氧顆粒污泥是由多種不同形態(tài)的微生物群落組成的生態(tài)系統(tǒng)。不同運(yùn)行時(shí)期的顆粒污泥具有不同的微生物形態(tài)和結(jié)構(gòu)。 本文通過研究好氧顆粒污泥形成過程中EPS、表面特性的變化及其

6、相互關(guān)系，從微生物生理特性出發(fā)深入探討好氧顆粒污泥形成的內(nèi)在原因。提出胞外蛋白質(zhì)通過改變細(xì)胞表面特性在好氧顆粒污泥形成中的作用機(jī)制，探討了其對(duì)顆粒污泥形成及穩(wěn)定運(yùn)行的重要影響。通過對(duì)各種方法提取的EPS成分分析發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)是活性污泥和好氧顆粒污泥EPS中比例最大的成分，且蛋白質(zhì)與多糖的比值分別為1.68～2.63和3.22～5.80。應(yīng)用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)對(duì)胞外蛋白進(jìn)行測(cè)定分析，結(jié)果顯示，顆粒污泥形成過程中胞外蛋白質(zhì)分泌量逐

7、漸增加、種類增多。EPS定量測(cè)定表明，污泥全部顆?；瘯r(shí)，胞外蛋白分泌量約為反應(yīng)器啟動(dòng)初期的3倍，而胞外多糖含量則無明顯變化。好氧顆粒污泥形成過程中，污泥表面相對(duì)疏水性逐漸增加，且與PN/PS呈正相關(guān)。接種活性污泥和顆粒污泥表面電位平均值分別為-13.2mv和-28.5mv。好氧顆粒污泥形成后，隨著進(jìn)水容積負(fù)荷從4gL-1d-1提升至12gL-1d-1，SDS-PAGE結(jié)果顯示，蛋白電泳條帶顏色逐漸變淺，且某些特征條帶消失，表明隨著容積負(fù)

8、荷的提升，胞外蛋白質(zhì)分泌量逐漸降低、種類逐漸減少。此過程中，多糖含量卻約增加3倍，污泥表面疏水性降低40﹪左右。因此，初步推斷，胞外蛋白質(zhì)分泌量的增加促進(jìn)了污泥表面相對(duì)疏水性的增加，降低了污泥表面的電負(fù)性，從而促進(jìn)微生物聚集體的形成。但過高的進(jìn)水COD負(fù)荷卻抑制微生物胞外蛋白質(zhì)分泌量，促進(jìn)胞外多糖分泌量的增加，微生物表面相對(duì)疏水性降低，最終導(dǎo)致顆粒污泥解體。EPS中較高的PN/PS值有助于好氧顆粒污泥的形成及長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 利用

9、好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)處理模擬間歇性工業(yè)廢水的試驗(yàn)研究表明，閑置2個(gè)月后，好氧顆粒污泥能保持自身的完整性和潛在的代謝活性。在閑置期間，好氧顆粒污泥的形狀、物理強(qiáng)度及沉降速度均無大的變化，但其代謝活性明顯降低。反應(yīng)器重新啟動(dòng)后，好氧顆粒污泥代謝活性可在2個(gè)星期內(nèi)完全恢復(fù)。同時(shí)，在重新激活過程中，該系統(tǒng)仍表現(xiàn)出高效去除有機(jī)污染物的性能，這表明，、好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)處理間歇性工業(yè)廢水具有潛在優(yōu)勢(shì)。 本研究利用好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)

10、，分別采用成熟的好氧顆粒污泥和絮狀活性污泥作為接種污泥成功處理了UASB反應(yīng)器出水。研究結(jié)果表明，好氧顆粒污泥作為種泥，通過逐步馴化的方式能夠適應(yīng)進(jìn)水成分的轉(zhuǎn)變，不會(huì)導(dǎo)致污泥嚴(yán)重流失。同時(shí)，在進(jìn)水成分轉(zhuǎn)變過程中，部分顆粒污泥解體產(chǎn)生的污泥碎片能夠成為新生顆粒污泥的母體，進(jìn)而加速新顆粒污泥的形成。微生物相的觀察表明，在進(jìn)水成分從模擬廢水轉(zhuǎn)變?yōu)閁ASB反應(yīng)器出水時(shí)，微生物群的種類和形態(tài)發(fā)生變化。另外，以絮狀活性污泥作為種泥，直接以UASB反