垃圾渗滤液好氧颗粒污泥的培养及特性研究

发布时间：2018-12-20 09:48

【摘要】：好氧颗粒污泥是微生物絮体在某种特定的操作条件组合下,受选择压作业形成的颗粒状微生物聚集体。相对一般的活性污泥而言,好氧颗粒污泥呈颗粒状,结构密实,沉降性能优良,能维持高生物量,对温度、冲击负荷、毒物具有很强的抵抗力,因此能大大提高系统负荷能力,减少占地,保证系统高效稳定运行。垃圾渗滤液成分复杂,生物有毒有害成分多,单独的传统生物处理方法很难完成污染物质的有效去除。垃圾渗滤液中氨氮浓度不会随着垃圾降解过程的变化而减少,从而造成垃圾渗滤液中氨氮的大量积累、碳氮比例严重失调。生物处理方法中氨氮的硝化过程是由硝化菌完成的。并且,硝化过程是传统生物脱氮系统的限速步骤。如何增加系统硝化菌浓度从而提高系统硝化速率,是提高传统生物脱氮系统脱氮效率的关键问题之一。研究结果表明,硝化颗粒污泥能够在反应器中截留大量硝化菌,并具有高稳定性,能够实现高氨氮废水硝化过程的长期稳定运行。因此,硝化颗粒污泥的培养对好氧颗粒污泥法处理高氨氮废水具有十分重要的意义。许多研究表明,由于颗粒污泥内部存在缺氧(或厌氧)区域,单个好氧颗粒污泥能够实现同时硝化反硝化,进行废水脱氮。但是,利用具有缺氧区域的好氧颗粒污泥进行脱氮受到很多因素的影响,如废水中的溶解氧浓度,颗粒平均粒径,颗粒密度,颗粒中微生物种类及其分布等。研究表明,好氧颗粒的粒径,由于影响颗粒中好氧区域和缺氧区域大小进而影响硝化和反硝化速率,直接影响系统脱氮效率。而在实际操作过程中,好氧颗粒污泥粒径大小很难控制,从而导致好氧颗粒污泥脱氮系统脱氮效率不稳定。能够有针对性的培养出不同平均粒径的好氧颗粒污泥对好氧颗粒污泥的脱氮研究具有重要实际意义。本研究以垃圾渗滤液的高氨氮水质特征为背景,重点关注和考察不同的硝化颗粒污泥的培养策略,培养出能够稳定运行的硝化颗粒污泥,作为硝化颗粒污泥对垃圾渗滤液中高氨氮成分氧化机理研究的起步；探究颗粒污泥粒径大小的形成原因并通过培养不同粒径的颗粒污泥,考察其颗粒形成过程中颗粒特性变化规律,为不同粒径好氧颗粒污泥的研究奠定基础。研究结果表明：1.有机负荷浓度对好氧颗粒污泥系统稳定具有一定影响。较高的有机质浓度会促进好氧颗粒污泥的形成。但过高的有机负荷条件下,微生物生长繁殖的速度会加快,微生物较高的生长速率会降低由其构成的三维结构的机械强度,并且容易导致颗粒内的丝状菌迅速生长,造成颗粒污泥的膨胀和沉降性能的恶化,稳定性严重降低,最终导致颗粒污泥的不断解体。而较低的有机负荷又会造成系统中底物不足,尤其是对于大颗粒污泥的中心,容易产生颗粒穿孔和微生物的自我分解,导致颗粒污泥的强度降低,在水力剪切力的作用下很容易发生解体和破碎。试验表明,系统内300mg/L左右的有机质浓度容易造成硝酸盐的大量累积,这些电子给体对反硝化作用有重要的影响,升高有机质浓度可以降低硝酸盐的累积。维持一定的有机负荷浓度有利于反硝化作用的进行。因此,为了维持系统的稳定,有机负荷浓度可控制在1000mg/L左右的适中范围,不能太高,也不能太低。2.氨氮去除率的变化体现着溶解氧渗透深度随颗粒污泥生长发展的变化。在颗粒形成的初期,由于随着颗粒的形成和粒径的增大传质阻力相应增加,到达颗粒内部的溶解氧会因为传质阻力的增加而减少,只有少量营养物质能到到达颗粒内部,进而降低硝化速率。故此阶段系统对氨氮的去除效率偏低。随着颗粒污泥的不断成熟,粒径的不断增大,空隙和通道的不断完善,颗粒内部开始出现明显的缺氧区和厌氧区,在这两个区域中发生反硝化反应,系统的脱氮能力迅速提高。并且,向系统中添加硝化活性污泥能够快速提高系统的脱氮能力。3.好氧颗粒的污泥浓度与好氧颗粒粒径的生长具有一定的相关性。对比系统的污泥浓度变化,可以看出,污泥浓度较低的阶段好氧颗粒污泥粒径发展较快。随着培养的进行,好氧颗粒污泥浓度增长至最大浓度,此时好氧颗粒的粒径增长缓慢或不增长。通过接种不同浓度活性污泥,在R1和R2反应器中成功培养出了不同粒径大小的好氧颗粒污泥。试验结果表明：(1)经过近100天的培养,R1和R2反应器中好氧颗粒污泥平均粒径分别达到1300μm和900μm,SV130分别维持在40-80mL/g和30-70mL/g。(2)在颗粒形成过程中,R1反应器中污泥浓度较低,系统剪切力相对较小,颗粒粒径相对较大；而R2反应器中污泥浓度高,颗粒间相互摩擦较多,系统剪切力较大,因而导致颗粒粒径较小。(3)FISH结果表明,小颗粒污泥中的硝化细菌更靠近颗粒污泥表面层,从而能获得相对于大颗粒污泥内部更高浓度的营养和溶解氧,其活性相对较强,颗粒生长相对稳定。
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【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703

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