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污泥减量系统中水蚯蚓除污释污特性的研究

楼菊青  
【摘要】:剩余污泥产量随着污水处理率提高而大幅增加。处理与处置剩余污泥的费用约占污水处理厂运行费用的40%~60%,源头削减污泥产量意义重大。由于经济、高效,近年来水蚯蚓污泥减量技术得到业界青睐。 在水蚯蚓污泥减量系统中,水蚯蚓的存在会影响系统的生态平衡,进而影响系统中污染物的去除;系统中污染物的胁迫会影响水蚯蚓的生长和繁殖,进而降低水蚯蚓对污泥的减量效能。污泥减量系统中水蚯蚓摄食污泥、吸收和释放污染物的影响及其机理,迄今尚不清楚。本论文研究了污泥减量系统中污染物胁迫对水蚯蚓的影响,探索了水蚯蚓吸收与释放污染物的动力学特性。主要研究结果如下: 1)考察了铬对水蚯蚓呼吸速率的影响。结果表明,在温度为22℃、 pH=8.0、DO浓度为3.5~4.5mg·L-1的正常条件下,水蚯蚓呼吸速率的最大值为81.72mg·g-1·h-1·L-1。存在铬时,低浓度Cr(Ⅵ)(0.325mg·L-1)可促进水蚯蚓呼吸速率,其呼吸速率为158.38mg·g-1·h-1·L-1,约为对照组的两倍;高浓度Cr(Ⅵ)(0.650mg·L-1)会抑制水蚯蚓呼吸速率,此时呼吸速率仅为43.70mg·g-1.h-1·L-1,降至对照组的1/2。 2)试验了铬对水蚯蚓的急性毒性。结果表明,Cr(Ⅵ)对水蚯蚓的安全浓度(SC)为0.325mgL-1;此浓度下水蚯蚓的超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase, SOD)活性为4.49U·mg-1,而对照组水蚯蚓的SOD活性为2.37U·mg-1。Cr(Ⅵ)浓度超过SC时,虽然水蚯蚓的SOD活性开始下降,但直到Cr(Ⅵ)浓度为96hLC50(2.56mgL-1),SOD活性仍呈被诱导状态。Cr(Ⅵ)浓度达到72hLC50(3.40mgL-1)后,SOD活性受到抑制而迅速下降;Cr(Ⅵ)浓度继续提高到37.64mgL-1时,SOD活性降至最低点。Cr(Ⅵ)浓度为SC时,Cr(Ⅵ)会对水蚯蚓产生刺激作用,污泥减量率达48.0%,比对照提高4.7%。 3)检测了水蚯蚓对铬的富集作用。结果表明,在水蚯蚓28天的生活周期中,0~15天,体内Cr含量明显上升;第15天,体内Cr含量最大,为59.08μg g-1dw;15~28天,体内Cr含量下降,第28天体内Cr含量为31.09μgg-1dw。拟合结果表明,双箱动力学模型适用于表征水蚯蚓对Cr的富集(吸收与排出)过程,水蚯蚓对Cr的富集速率常数K1为10.849,排出速率常数K2为0.196。水蚯蚓对Cr的吸收能力(BCF)为55.35,15-28天水蚯蚓对Cr的生物富集系数(BAFs)从0.97降至0.68。 4)研究了水蚯蚓对有机污染物的释放性能。通过对水蚯蚓体内污染物的动态监测和拟合,得到水蚯蚓对总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)的释放速率常数分别为3.671、23.683、9.023d-1;水蚯蚓消化污泥过程中的TOC、TN和TP释放速率分别为:0.211mg·g-1·d-1、0.115mg·g-1·d-1和口0.0045mg·g·-1·d-1。 5)优化了生产性“水蚯蚓-微生物共生系统”(简称共生系统)的运行工况。结果表明,共生系统的剩余污泥产率为0.051kg·kg-1COD,仅为常规系统的25%左右;共生系统的污泥沉降性能改善,出水SS浓度降低,COD去除率提高8.7%;共生系统的氨氮浓度提高,可通过调整运行方式解决;共生系统的出水TP稳定在0.5mg.L-1,去除率高达95%。校验结果表明,FCASM3模型及“水蚯蚓-微生物共生系统”传递模型可以较好地表征污水处理厂UNITANK工艺去除营养物质的过程;通过分析,得出浙江某污水处理厂UNITANK工艺的最佳运行条件为:氧传输速率50d-1、污泥停留时间5d、进水流量7500m3d-1。


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