颗粒污泥SBR中试研究及颗粒污泥氧传质机理与胞外聚合物分析

【摘要】： 本课题采用实际生活污水,选择中试规模SBR颗粒污泥反应系统,用絮状活性污泥作为接种污泥,实际生活污水作为营养基质,直接完成颗粒污泥的培养,对污泥的理化性质进行观察,对反应器的工艺参数进行优化,对氧扩散进行试验和数学模型的分析,以及对颗粒污泥的胞外聚合物(EPS)的产生、分布和可生化性进行研究。 颗粒污泥的培养采用两种方法,其中骤降沉降时间法由于污泥的洗出量远大于污泥的生长量,而导致出水的恶化和培养失败;但是逐降沉淀时间法,通过2个快速沉淀阶段和1个慢速沉淀阶段,将沉淀时间调整至8～10min,成功培养出颗粒污泥。颗粒污泥粒径分布比较广,平均粒径为245.4μm,SVI为46.4mL/g。通过小试试验对颗粒污泥反应器的曝气量、补充有机物的时间及水力停留时间的优化,得出最优气水比3:1;间歇曝气代替连续曝气、在COD降低到100 mg/L时补充有机物和采用限制性曝气延长运行周期的方式都可使氨氮和总氮去除效果更好。考虑到上述几个方面,对中试反应器的工艺参数进行了调整,反应器具有较好的污染物去除效果, COD、BOD、NH3-N、TN和TP出水能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。 颗粒污泥氧扩散系数为0.3889×10-9m2/s,对氧的比消耗速率0.10gO2/gMLSS·h(2.64gO2/gMLSS·d),氧半饱和常数为0.65mg/L,污泥浓度为2000mg/L。颗粒污泥中溶解氧的变化可通过将颗粒污泥分隔成多个无限薄的薄层单位,建立模型进行分析。结果表明:同一种粒径的颗粒污泥,表面溶解氧越大,溶解氧梯度越大,内扩散有效因子越大,颗粒污泥表面径向传质能力越强,受限制的程度越小,氧穿透颗粒污泥的距离越远;当颗粒污泥粒径很大时(如半径1.5mm),尽管表面溶解氧为4.0mg/L,但依然没有穿透颗粒污泥,当r / R为0.49～0.65之间,溶解氧梯度迅速为0。 好氧颗粒污泥EPS是由40%可生物降解EPS和60%不可生物降解EPS组成的;其中可生物降解EPS,还可作为颗粒污泥自身的能源,而不可生物降解EPS则不行,但其对颗粒污泥的立体结构有巨大作用。将从新鲜好氧颗粒污泥中提取的EPS投加到好氧颗粒污泥和活性污泥中,提取的EPS均可被两者作为碳源利用,且活性污泥对EPS的利用速率是好氧颗粒污泥的1.5倍;而从饥饿好氧颗粒中提取的EPS作为两者碳源时,均没有明显的利用效果,说明不可生物降解的EPS不能作为两者的能源。