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不同C/N比条件下好氧颗粒污泥的稳定性及脱氮效果研究

严刚  
【摘要】:本研究以自配不同C/N比废水为研究对象,在SBR反应器中培养出具有良好脱氮除碳性能的好氧颗粒污泥。考察好氧颗粒污泥的培养和发育过程,观察过程中颗粒污泥外观形态变化,并总结颗粒解体方式和影响稳定性的因素,针对各因素进行进一步研究,并采取相应措施保证反应器的稳定运行。同时考察COD与NH4+-N的去除效果并尝试通过活性污泥生物添加实现硝化菌富集,在不同阶段进行单周期序批实验进一步明确在不同C/N比条件下好氧颗粒污泥的脱氮效果和氨氮去除机制,以期为好氧颗粒污泥在不同污废水中的实际应用提供一定的理论参考。通过研究,获得如下主要结论:(1)由颗粒污泥形成过程可得,直接接种少量初生好氧颗粒污泥和在进水中添加Ca2+元素可加速颗粒化进程,试验在第11d成功培养出好氧颗粒污泥。当颗粒污泥处于成熟阶段时,一般呈现淡黄色或者土黄色。电镜照片显示好氧颗粒污泥在不同C/N比的生长阶段,内部优势菌是不一样的,高C/N比阶段,以丝状形态的异养菌为主;低C/N比阶段,球、杆状的自养硝化菌为优势菌。一般丝状菌分布在颗粒外层,球、杆状菌分布在颗粒内部。(2)反应器内颗粒粒径增大导致颗粒内部DO、营养缺乏以及污泥浓度增加导致F/M(食/微)降低是好氧颗粒污泥形态失稳的两个主要原因,同时引起的丝状菌膨胀也是影响颗粒稳定性的重要因素。在高C/N比条件下,提高C/N比,好氧颗粒污泥平均粒径随之增大;降低C/N比后,污泥粒径分布向更小粒径区间移动,且平均粒径也会随之减小。当颗粒污泥处于稳定运行期时,无论C/N比大小,颗粒粒径总是趋于一致且粒径分布向更大粒径区间移动。因此,反应过程中将颗粒粒径控制在2-3mm,更有利于维持反应器稳定。在稳定运行期,不同C/N比,颗粒污泥浓度均有上升趋势,且高C/N比条件下污泥浓度比低C/N比条件下污泥浓度大得多。在低C/N比条件下,好氧颗粒污泥的污泥浓度变化幅度较小。当颗粒解体时,高C/N比条件下,丝状菌会大量增殖,污泥浓度快速上升易导致颗粒污泥反应器失败;而在低C/N比条件下,颗粒破碎之后的碎屑会随出水排出,污泥浓度下降。因此,在高C/N比条件下,反应器应定期排泥,控制污泥浓度,而在低C/N比条件下,污泥浓度对稳定性的影响较小,无需考虑排泥。在高C/N比条件下,通过减少沉降时间和提高曝气强度,在选择压和水力剪切力作用下,传统丝状菌变成棒状颗粒,逐渐变成近球形颗粒;在低C/N比条件下,颗粒有两种解体方式,一种为由内而外的一分为二的破裂,另一种为颗粒污泥外层的剥落,破裂后的污泥碎片均可作为新的二次核,重新形成颗粒污泥,通过改变进水方式,将好氧进水变成厌氧进水,有效控制丝状菌膨胀。(3)在不同C/N比条件下,氨氮均能在稳定运行期取得较好的去除效果,但却表现出不同的去除机制。当C/N比较高时,NH4+-N主要作为营养物质被异养菌同化吸收去除,在这种情况下,自养硝化菌被抑制淘洗;降低C/N比比后,通过添加硝化污泥实现硝化菌在好氧颗粒污泥上的富集,利用硝化作用去除NH4+-N。在高C/N比条件下,C/N比越高,异养菌同化作用就越大,NH4+-N去除效果越好,当C/N比为30时,NH4+-N去除率稳定在93%以上;而在低C/N比条件下,C/N比越低,硝化菌越占优势,NH4+-N去除效果越好,当C/N比为4时,NH4+-N去除率稳定在98%以上。不同C/N比单周期内NH4+-N降解速率均可划分为两阶段。在高C/N比条件下,NH4+-N降解速率先快后慢,曝气初期由于颗粒污泥的吸附和同化作用,NH4+-N降解速率较快;而在低C/N比条件下,NH4+-N降解速率先慢后快,曝气初期硝化菌活性受到进水有机物的抑制,NH4+-N降解速率较慢。在不同C/N比条件下,单周期内pH总是先上升后下降再上升,但变化原因各不相同。pH及DO变化曲线分界点可作为氨氮降解速率二阶段划分的分界点,试验可通过监测pH及DO来判断在单周期内COD和氨氮的去除情况。在高C/N比单周期内,C/N比越大,氨氮初期降解速率也越大。C/N为26时,曝气初期NH4+-N降解速率为0.3907 mg.(L·min)-1;C/N为29时,曝气初期NH4+-N降解速率为0.4503 mg-(L·min)-。在低C/N比单周期内,C/N比越低,氨氮中后期降解速率越大。C/N为5.8时,NH4+-N降解速率即硝化速率为0.1061 mg.(L·min)-;C/N为3.7时,NH4+-N降解速率为0.1196 mg.(L·min)-1。


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