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厌氧—好氧SBR中颗粒污泥胞内储存及脱氮除磷特性

王暄  
【摘要】: 本论文以絮状污泥为接种污泥,采用特殊运行方式的厌氧-好氧SBR系统(厌氧后排水),在葡萄糖(G)、葡萄糖-乙酸钠(GA)及乙酸钠(A)基质条件下先后培养出了稳定的聚糖菌颗粒污泥:G、GA及A污泥均呈细状颗粒外观,光镜及环境扫描电镜下污泥呈球形或拟球形,密实且轮廓清晰,平均粒径分别为896、802、1153μm,最大粒径可达2000μm。三种污泥均具有良好的沉降性能,SVI为20~30 mL/g。 通过考察污泥颗粒化进程及颗粒污泥理化、微生物学特性,提出颗粒污泥形成周期模型即:絮状污泥、絮团状污泥、小颗粒出现、颗粒污泥生长、颗粒污泥占据优势、颗粒污泥成熟、颗粒污泥老化-更新。此外,分析认为颗粒污泥形成的主要原因是选择压、EPS及无机物作用:以临界沉降速度为选择压提供了物理作用上的选择优化,而EPS及无机物通过改变菌体及生物聚集体的表面特性,起到了稳定颗粒结构和加快颗粒化进程的作用,并指出基质种类、运行方式、有机负荷、进水时间等因素对于颗粒污泥的形成、特性及稳定性具有一定影响。 在三种基质条件下,通过对典型周期有机物、磷酸盐、胞内糖原及PHB变化的测定分析,证明有机基质的种类对于聚糖菌能量利用模式、有机物吸收速率及胞内储存物质种类具有显著的影响。此外,污泥初始胞内糖原水平是有机物吸收数量及吸收速率的关键影响因素:当糖原水平低于0.05 g/gSS时,厌氧有机物去除率与糖原水平直接相关;而糖原水平高于0.05 g/gSS时,厌氧有机物去除率趋于稳定。不同糖原水平污泥厌氧吸收有机物的速率具有明显差异,在厌氧初期有机物快速吸收阶段,有机物厌氧吸收速率随胞内糖原水平升高而增加。 聚糖菌颗粒污泥厌氧-好氧批式实验表明,聚糖菌颗粒污泥具有较强的同步硝化反硝化(SND)能力,TOC/N分别为5.0,4.0,2.8时,SND效率分别96.4%、95.3%及96.2%,而周期总氮去除效率随着碳氮比降低而降低,分别为66.0%、61.2%及56.3%。此外,以硝酸盐及亚硝酸盐为初始氮源的厌氧-缺氧及厌氧-好氧批式实验表明,与聚磷菌类似,聚糖菌也具有反硝化能力,在聚糖菌颗粒污泥SND过程中,污泥以厌氧阶段储存于胞内的多聚物PHB作为反硝化碳源,并且反硝化聚糖菌是系统中反硝化能力的来源。 以具有一定SND能力的聚糖菌颗粒污泥为接种污泥,经过41天的培养获得了具有同步硝化反硝化除磷能力的颗粒污泥,在单级厌氧-好氧颗粒污泥SBR中实现了有机物及氮、磷的同步去除。培养末期颗粒污泥粒径600~1000μm,SVI为48 mL/g,周期TOC、氨氮、总氮及磷酸盐去除率分别为90.0%、99.3%、85.5%及95.6%。通过批式实验证明颗粒污泥脱氮除磷过程中,SND过程以胞内储存物质PHB为反硝化碳源,利用了反硝化聚磷菌与反硝化聚糖菌的代谢能力,而磷的去除是由聚磷菌与反硝化聚磷菌共同完成的。


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