SBR及连续流反应器中好氧颗粒污泥的快速培养及其应用研究

发布时间：2020-06-27 05:56

【摘要】：好氧颗粒污泥(AGS)具有众多优点,被认为是未来极具发展前景的废水生物处理技术。然而,AGS脆弱的稳定性及单一的反应器形式(几乎都是SBR运行模式)极大地限制了该技术的发展与应用,导致AGS技术至今未实现大规模的工程化应用。本研究在AGS快速培养的基础上,分别在SBR及连续流反应器中研究了AGS对实际废水的处理效果及稳定性维持,研究内容及主要结果如下：(1)AGS的快速培养。利用选择压法、厌氧生物选择器及培养过程中接种部分(25%,w/w)成熟AGS的培养策略,18 d内在中试规模的SBR中成功实现好氧颗粒化。该培养模式可有效避免接种的AGS出现先解体再重新颗粒化过程,并可直接作为新生颗粒的晶核及载体,从而大大缩短好氧颗粒化所需的时间。通过预接种部分成熟AGS (30%, w/w)并维持较高的水力选择压,18 d内在两柱型循环式AGS反应器中成功实现好氧颗粒化。通过控制挡板插深、HRT及曝气量,循环式AGS反应器独特的三相分离器设计可创造不同的水力选择压,可时刻对不同性状的污泥(粒径、沉速等)进行筛选与淘汰。另外,接种的部分成熟AGS可充当新生颗粒的载体和晶核,因而可在较短的时间内实现好氧颗粒化。虽然预接种的颗粒污泥经历了先解体后重新颗粒化的过程,但小颗粒更容易适应连续流环境,从微观结构可发现培养成功的颗粒内部由错综复杂并相互缠绕的微生物群落组成,这种独特的结构充当了颗粒骨架的作用,亦加速了AGS的形成。(2)SBR中AGS处理实际废水的应用研究。通过逐步提高进水中污泥深度脱水滤液(MSDDF)的比例(0～100%),84 d后成功在小试SBR中驯化出稳定并具有良好硝化反硝化性能的AGS。驯化中期硝态氮出现严重积累(10.62～28.28 mg/L)、导致TN去除率不断下降,随后通过投加固体乙酸钠以提升AGS的反硝化性能。研究发现,当乙酸钠的投加量由2g增至6g时(对应的COD为152～456 mg/L), TN的去除率由82.52%增大至97.19%,从而在单级生物反应器中实现了有机物高效去除及同步脱氮除磷。通过逐步提高进水中溶剂回收残液的进料量(0～10.84 L),48 d后在中试SBR中驯化出具有良好除碳性能的AGS, COD的去除率保持在95%以上。虽然驯化过程中C/N比不断增大,但驯化过程中AGS较好的维持了其结构,没有观察到明显的解体现象。试验结果表明,AGS在低C/N比及高C/N比实际废水下均可维持其稳定性,并对污染物具有良好的去除效果。(3)双柱型循环式AGS反应器的容积负荷(OLR)耐受力研究。通过逐步提高OLR,发现循环式AGS反应器能在OLR≤15 kg/m3·d下稳定运行,并对污染物具有较好的去除效果。然而,当OLR增大至18 kg/m3·d后,AGS逐渐解体,各项理化特性在10d内迅速恶化、污染物去除率大幅下降,最终导致系统崩溃。随着OLR的增大,循环式AGS反应器内呈现出明显的COD浓度差,不仅提高了传质推动力,亦有效抑制了丝状菌的过度生长。然而,AGS的粒径的增大导致其内部逐渐形成以大量死细菌为主的厌氧内核。它的形成导致颗粒强度下降、内部微生物凝聚力下降,最终导致颗粒的解体及系统的崩溃。(4)三柱型循环式AGS反应器处理MSDDF的应用研究。通过逐步提高进水中MSDDF的比例(0～100%),72 d后在三柱型循环式AGS反应器内成功驯化出具有优异硝化性能的AGS,对氨氮的去除率由75.13%上升至99.59%,并表现出良好的稳定性。虽然驯化过程中使用了三个不同调理配方的MSDDF,但AGS始终保持着完整的结构,表明AGS具有良好的抗水质突变能力。由于硝化细菌的比生长速率远小于异养菌,因此,硝化细菌的富集导致污泥总的比生长速率的减小,从而更容易维持颗粒化与解体的动态平衡。这也表明通过富集慢速生长的硝化细菌同样适用于连续流中AGS的稳定性维持。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703

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