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生物除磷颗粒污泥及反硝化聚磷试验研究

刘小英  
【摘要】: 氮磷是引起水体富营养化的主要污染因子。生物脱氮、除磷及同时脱氮除磷是去除水中氮磷污染的主要方法。本文对SBR中生物除磷颗粒污泥的形成、颗粒污泥稳定性、除磷特性,缺氧颗粒污泥的反硝化特性,生物除磷颗粒污泥向反硝化聚磷颗粒污泥的诱导过程和反硝化聚磷颗粒污泥的特性进行了系统的试验研究。主要研究成果如下: (1)接种污泥的形态和结构对生物除磷污泥颗粒化进程有着重要影响。当以无丝状菌的絮状污泥为接种污泥时,82天后反应器内污泥才完全颗粒化;而有丝状菌存在时,20天后即可实现污泥的完全颗粒化,丝状菌作为骨架加速了颗粒化的进程。形成的生物除磷颗粒污泥具有良好的物理化学特性和较高的除磷能力。污泥粒径1.0~2.0mm,沉速20~30m/h,含水率为94%,比重1.0439,钙、镁和铁的含量分别为11.4mg/gSS、3.21mg/gSS和0.17mg/gSS,SVI在50mL/g以下;最大比释磷速率(SRPR)和最大比吸磷速率(SUPR)分别为67.93mg/gVSS·h和60.08mg/gVSS·h,厌氧段SRPR与COD降解速率比值(Δρ_P/ΔCOD)为0.35~0.49,污泥中总磷含量(TP/SS)在5.6~7.8%。 (2)丝状菌的过度生长不仅导致颗粒污泥的沉降能力变差,而且除磷能力降低。当菌丝长度大于颗粒污泥直径的1.5倍时,部分颗粒污泥解体,SVI上升至112mL/g,出水SS在100mg/L以上,污泥流失,反应器内MLSS降低到2000mg/L左右,磷的去除率降低到60%以下,污泥最大SRPR为14.97mgP/gVSS·h,最大SUPR为10.95mg/gVSS·h,Δρ_P/ΔCOD为0.21,TP/SS为3.66%。对发生膨胀的颗粒污泥系统分别采用延长沉淀时间、延长沉淀时间与提高搅拌速度联合操作以及投加非膨胀生物除磷颗粒污泥3种策略均可以使系统恢复,但所需的恢复时间不同,分别为53天,26天和20天。 (3)以NaAc为碳源,NO_3~-为电子受体,在SBR中采用水力选择的方法形成的缺氧颗粒污泥粒径1.2~1.8mm,沉速25~60m/h,含水率93~96.7%,污泥中Ca的含量65~227mg/gSS,Ca含量与缺氧颗粒污泥反应器的运行状态相关。缺氧颗粒污泥具有较高的生物活性和较强的pH值适应性。最大反硝化速率(SDNR)可高达95.46mgNO_3~--N/gVSS·h,即使反应器内的pH值大于8.5,最大SDNR仍然可达到45.51mgNO_3~--N/gVSS·h。 (4)以SBR中成熟的生物除磷颗粒污泥为对象,在厌氧末端投加NO_3~-,成功诱导出反硝化聚磷颗粒污泥。随着诱导的进行反硝化聚磷能力逐渐增强,缺氧段起始NO_3~--N浓度由5mg/L提高到20mg/L,缺氧段吸磷量占全部吸磷量的份额由28%提高到80%,最大SUPR由13.6mg/gVSS·h提高到27.87mg/gVSS·h。该颗粒污泥具有良好的物理化学性质和较高的反硝化聚磷能力。粒径1.0~2.0mm,沉速29~51m/h,比重为1.0470,钙、镁和铁的含量分别为44.34mg/gSS、27mg/gSS和0.21mg/gSS,SVI在50mL/g以下。与生物除磷颗粒污泥相比,沉速提高0.16~1.04倍,比重上升0.0031,钙、镁和铁的含量分别提高2.9、7.4和0.24倍;颗粒污泥缺氧段最大SUPR为27.87mg/gVSS·h,最大SDNR为16.9mgNO_3~--N/gVSS·h,平均去除1g NO_3~--N可吸收1.4g P。颗粒污泥以PHB为碳源,硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体进行反硝化聚磷,最大反硝化速率分别为18.83mgNO_3~--N/gVSS·h和2.29mgNO_2~--N/gVSS·h,利用硝酸盐的反硝化能力较强。 (5)反硝化聚磷颗粒污泥可以以氧、NO_3~-和NO_2~-为电子受体进行反硝化聚磷。依据电子受体的不同,将PAOs分为3大类,第1类只能以氧为电子受体,第2类可以以NO_3~-和氧为电子受体,第3类可以以氧、NO_3~-和NO_2~-为电子受体。随着诱导的进行第2、3类微生物(即DANPAOs)的数量逐渐升高,诱导212天后DNPAOs占PAOs的数量由诱导前的14.9%提高到80.7%。 (6)反硝化聚磷颗粒污泥具有较高的NO_2~--N抑制浓度。当NO_2~--N大于4.69mg/L时开始产生抑制,当NO_2~--N大于20.81mg/L达到时DNPAOs被完全抑制。


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