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《哈尔滨工业大学》 2013年
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超声联合碱促进剩余污泥水解酸化及产物研究

康晓荣  
【摘要】:在活性污泥法污水处理过程中,低碳氮比影响污水脱氮除磷效果,同时大量难以处置的剩余活性污泥制约传统污水处理的发展。然而,活性污泥经过处理既可以转化为脱氮除磷的碳源,又可以实现污泥综合利用。本课题研究了超声、碱和超声+碱对剩余活性污泥的破解效果,并分析了破解污泥水解酸化过程中,初始溶出底物和污泥粒径对挥发酸积累和微生物群落结构的影响。同时为了抑制乙酸消耗,采用碱预调节和碱过程调节分别对超声破解污泥的水解酸化反应进行干预,寻求促进挥发酸等小分子有机物积累的最佳碱调节方式。采用强化破解和碱调节组合工艺获得酸化产物,并将其作为碳源回用于A/A/O工艺,考察酸化产物对生活污水脱氮除磷效果和微生物群落结构的影响。 本文对超声、碱和超声+碱预处理溶出的SCOD与EPS (EPSCOD=4250mg/L)进行分析比较发现:剩余污泥经pH=12,预处理1d后溶出的SCOD浓度为4287mg/L,说明碱预处理能够破坏污泥的EPS结构。而超声(3.0W/mL)预处理和超声(3.0W/mL)+碱(pH=10)联合预处理使剩余污泥的平均粒径在30min内从200-300μm降至10μm,溶出的SCOD浓度分别为7520和7890mg/L远超过了EPSCOD浓度。这说明超声既能破坏EPS结构又能破坏细胞壁结构。同时采用耗氧呼吸速率对超声破解污泥上清液进行可生化性分析发现,上清液中的易生化物质和可生化物质达50%和76%。 为获取污水脱氮除磷所需的挥发酸等小分子碳源,本试验将三种破解污泥分别在pH=7、25℃条件下进行15d的水解酸化反应发现:挥发酸积累的最佳时间均在第5d,挥发酸产量分别为1380、1180和1480mg/L。分析破解溶出的SCOD和破解后污泥粒径与挥发酸浓度之间的关系发现,破解溶出的SCOD越高、污泥粒径越小,越有利于挥发酸的产生。通过PCR-DGGE分子技术对三种破解污泥的水解酸化微生物群落结构进行研究发现:不同预处理技术产生不同的水解酸化底物,改变了水解酸化微生物群落结构。参与破解污泥水解酸化的主要微生物群落有: Proteobacteria、Firmicutes、Bacteroidetes、TM7、Actinobacteria和Chloroflexi。其中,Actinobacteria主要水解蛋白产生氨基酸;Bacteroidetes和Chloroflexi分别将多糖和氨基酸转化为丙酮酸。Firmicutes可将氨基酸和丙酮酸分别降解产生乙酸、丙酸和丁酸,但β-Proteobacteria会利用乙酸、降低乙酸积累。 为了提高破解污泥水解酸化对挥发酸的积累,分别采用碱预调节和碱过程调节抑制乙酸的消耗。本文将超声破解污泥和接种污泥(1:1)混合液的pH值分别调至7-12后进行水解酸化。结果发现,碱预调节在试验初期能够有效地抑制产甲烷反应、促进挥发酸积累,在初始pH=11、水解酸化7d时的挥发酸浓度为2620mg/L。控制超声破解污泥水解酸化过程的pH(7、8、9和10),结果发现:pH=9过程调节既促进了挥发酸的积累,又抑制了挥发酸消耗,水解酸化15d时的挥发酸浓度为3111mg/L。将pH=11预调节和pH=9过程调节超声破解污泥水解7d的酸化产物进行反硝化、释磷测试发现,相同挥发酸含量的条件下,碱过程调节酸化产物的反硝化、释磷效果优于碱预调节酸化产物和乙酸钠。 采用超声破解和pH=9碱过程调节的组合工艺获取水解酸化产物,并将其回用于A/A/O反应器,连续运行90d后发现:出水TN和TP浓度分别从投加酸化产物前的13.5和4.1mg/L降低至6.2和0.5mg/L,相应的去除率从62.3%和50.1%升高到了85.4%和94.7%。采用PCR-DGGE分子技术对微生物种群结构的变化进行分析发现:酸化产物对微生物结构产生了巨大的影响。Proteobacteria随着酸化产物的投加而逐渐增加,且发挥着巨大的脱氮除磷作用,而Bacteroidetes作为第二大类细菌则起着反硝化除磷作用,Actinobacteria和Firmicutes则主要与COD的去除直接相关,但Chloroflexi和TM7则在稳定期消失。同时,酸化产物使同步硝化反硝化菌Alphaproteobacteria和反硝化聚磷菌Sphingobacteriaceae得到富集。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X703

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【参考文献】
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