强化生物除磷工艺机理及其拉曼光谱分析

【摘要】：强化生物除磷工艺是一种在长久水处理实践中发展出来的高效稳定的污水处理工艺。该工艺在控制水体污染中已经得到了广泛应用,而且在其处理机制的研究上取得了重大进展,在它的基础上也衍生出了许多新的工艺。但是,作为其中代表性的微生物——“聚磷菌”(除磷微生物的统称,PAOs),其代谢细节仍然不清楚,至今仍然没有分离出纯种的PAOs,导致我们缺乏对其量化的工具,这对进一步认识除磷机理以及后续研究造成了阻碍。本课题通过强化生物除磷反应器的运转与维护,确定了各影响因子的最佳调试区间,并用拉曼显微镜方法定量评估胞内聚磷,以期快速表征其代谢细节,阐明微生物群体细胞内状态与系统性能之间的关系。本课题主要研究了以下几个方面:1.强化生物除磷反应器的运转与维护:本课题选用污水厂的回流污泥进行接种,并对其进行闷曝处理以提高活性,采用序批式反应器(SBR)构建了以乙酸钠为唯一碳源的生物除磷体系,通过周期循环的厌氧搅拌、好氧曝气、沉淀静置、定期排水的方式培养,以期达到对污泥中微生物进行筛选,使聚磷菌成为优势菌种的目的,在此期间对MLSS、SVI、DO等运行参数定期检测以维护反应器的长期运行。2.各影响因子的最佳调试区间的确定:改变pH、溶解氧、C/P、污泥浓度这些影响因素,通过反应器的运行效果来确定最佳调试区间,保证整个体系能够长期稳定运行。其中确认了厌氧段的溶解氧应该维持在0.24mg/L以下,好氧段的溶解氧应该维持在2~4mg/L之间;而pH的最适区间为7~7.5;进水C/P应该维持在10~15之间。3.显微拉曼对强化生物除磷反应的表征:通过检测冻干污泥的显微拉曼光谱,并在Savitzky-Golay平滑与归一化处理后,采用高斯拟合并结合偏最小二乘(PLS)建立光谱数据与化学数据间的模型,二者之间建模的相关性达到0.8081。以上表明显微拉曼能定性和定量表征PAOs。