低高径比SBR中好氧颗粒污泥处理番茄酱废水的研究

【摘要】：作为新疆的特色产业之一,番茄制品生产规模逐年扩大。每年7月至10月中旬加工阶段产生的高浓度废水引起的环境污染问题不容忽视。好氧颗粒污泥技术因具有稳定性强、高效处理有机废水的特点而极具应用价值。但目前实验室阶段的SBR反应器的高径比普遍大于5,这与工程实际构筑物对接困难。本文在低高径比的SBR中引入水平机械搅拌,探究搅拌对颗粒化的影响机制及颗粒污泥的理化特性、去污性能、微生物多样性和种群演替规律等,以期找寻一种适应番茄酱生产周期,合理化处理废水的方式,一定程度上对新疆水资源保护产生重要影响。实验在低高径比分别为2.5(P反应器)和4.4(S反应器)的全好氧鼓风曝气SBR中,以番茄酱废水为基质,结合生物相诊断、扫描电镜、响应面分析及高通量测序等技术,定量计算了由搅拌机所激发的转动剪切力大小,并确定了较适宜的搅拌转速。结果表明:水平搅拌下的两种低高径比反应器相继颗粒化成功,但连续搅拌的S中成熟颗粒均值粒径为714μm小于停歇搅拌P中的1.25 mm,且前者形成的颗粒多为红棕色。当剪切应力分别在0.188～0.247 N·m~(-2)和0.159～0.186 N·m~(-2)内时,随着剪切力度的加大,颗粒越圆润,密实度越高,超过此范围后,大颗粒解体成片状。P和S中颗粒沉降速度分别为39.06和28.64 m·h~(-1),且P中颗粒的SVI_(30)/SVI_5更接近1,各项理化特性均优于S,响应面模型验证了停歇式搅拌更有利于好氧颗粒污泥的发展。待运行稳定,可观察到累枝虫、钟虫和轮虫等为优势微生物,COD、NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P的平均去除率分别在90%、90%和70%以上。扫描电镜下,丝状菌包裹缠绕形成的网状构造对颗粒的架构起到作用。高通量测序显示,连续和停歇搅拌下,微生物多样性均较接种时期提高,Shannon指数由3.90分别增至4.70和5.08,但停歇式搅拌中的脱氮除磷菌更具优势。变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)及浮霉菌门(Planctomycetes)是优势门类。动胶菌属(Zoogloea)、Ferruginibacter属和Chryseolinea属等是主要功能菌。不同菌群之间的耦合作用保证了系统对有机物及氮磷的去除。本研究认为在一定的曝气配合下,适度的机械搅拌强度可更好的在低高径比反应器中培养出优质的好氧颗粒污泥。