蠕虫捕食污泥过程的生长特性及对污泥性质的影响

论文摘要

近年来，基于蠕虫捕食的污泥减量技术引起了广泛的关注。这一技术通过构建污泥捕食者-蠕虫与污泥之间的食物链关系实现污泥量的削减，具有二次污染低和能耗省的优势。然而，目前的多数研究更关注于污泥减量效能，在蠕虫生长、蠕虫捕食对污泥性质的影响方面的研究较为薄弱，蠕虫在捕食污泥过程中的种群稳定性、捕食对污泥中重金属等成分和胞外聚合物等性质的影响尚不明确，以至于无法完善地指导实际应用的开展。本研究将水生寡毛纲蠕虫-霍甫水丝蚓用于捕食污泥，深入研究蠕虫的生长特性和对污泥性质的影响。确定了与蠕虫发育阶段特性相适应的最优环境条件，考察了捕食污泥过程的蠕虫种群生长趋势；解析了典型的重金属在捕食过程中的相分布特征，探讨了污泥中重金属的赋存形式改变和蠕虫生理活性的影响；揭示了蠕虫生物捕食对污泥浓缩脱水性能和微生物活性的影响。蠕虫生长特性和种群特征的研究表明：幼蚓个体是蠕虫发育阶段中环境耐力最高的阶段。在温度25℃、虫体初始密度1112g-worm/L、以2.8m3/（m2·h）的间歇曝气供氧、 pH值6.5、钠盐浓度不高于200mg/L、污泥浓度20006000mg/L、SRT≤3d，载体厚度为1cm，自然光照的环境条件下，蠕虫生长和捕食污泥效能最优，获得的平均污泥减量效率为297mg-TSS/L/d。在最优条件下，蠕虫的整体生长发育时间为74.6d。在长期的捕食污泥过程中，蠕虫种群增长速率趋近于1，逐渐接近种群生长的稳定状态。蠕虫生物捕食对污泥组分影响的研究表明：蠕虫捕食对污泥的碳氮成分没有特异选择性，对无机灰分略有累积；对难降解有机物没有明显的吸收作用。在蠕虫捕食过程中，泥相中4.1%的铜、9.7%的锌和4.8%的铅释放到水相中，同时，11.9%的铜、8.2%的锌和10.5%的铅累积在蠕虫体内；捕食后污泥相重金属含量为捕食前的81%以上。蠕虫捕食后污泥中以活跃化学形态存在重金属比例呈不变或降低趋势，捕食对污泥重金属生物利用度影响较弱。蠕虫捕食引起了有机碳和磷的明显释放。蠕虫生物捕食对污泥性质影响的研究表明：蠕虫捕食降低了污泥的SVI值、zeta电位、粘度和结合态胞外聚合物浓度，改善了污泥的凝聚和脱水性能。蠕虫捕食过程通过剥离污泥胶核外部蛋白质结合层，降解污泥可溶性蛋白质物质，促进了污泥调质过程的电中和和压缩双电层作用，提高了污泥的脱水效率。蠕虫对污泥微生物菌群具有随机捕食作用，对污泥的整体微生物群落结构并未造成显著的冲击，捕食后污泥对氨氮和COD污染物具有较好的削减性能。综上，霍甫水丝蚓是用于捕食污泥的较理想的微型动物。其生长特性能够适应长期的生物捕食，带来稳定的污泥减量效率和较低的环境影响。本研究结果为生物捕食污泥减量技术的完善和工艺应用的开展提供了理论参考和数据支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 污泥的产生和存在特征
• 1.1.2 污泥的组成
• 1.1.3 污泥的危害
• 1.2 传统城市污泥处理技术的局限性
• 1.3 污泥减量技术的新进展
• 1.3.1 隐性生长技术
• 1.3.2 代谢解偶联技术
• 1.3.3 生物捕食技术
• 1.4 生物捕食污泥减量技术的研究进展
• 1.4.1 作用机理
• 1.4.2 微型动物类型
• 1.4.3 微型动物捕食的适用工艺
• 1.4.4 微型动物捕食带来的影响
• 1.4.5 当前的研究趋势与存在的问题
• 1.5 本课题研究目的及主要内容
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 研究的目的和意义
• 1.5.3 研究内容
• 第2章 实验仪器、材料和方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验用微型动物
• 2.1.2 实验用污泥
• 2.2 实验设备和装置
• 2.2.1 实验设备
• 2.2.2 生物捕食过程的构建
• 2.3 蠕虫生长活性的测定
• 2.3.1 蠕虫生长的观察和测定
• 2.3.2 蠕虫生理活性的测定
• 2.4 蠕虫的主要成分分析
• 2.4.1 样本的制备和基本分析方法
• 2.4.2 蠕虫有机组分分析
• 2.5 污泥基本性质的分析
• 2.5.1 污泥减量效果
• 2.5.2 污泥主要理化和生物指标的测定
• 2.5.3 其它指标的测定方法
• 2.6 重金属试验
• 2.6.1 样品的消解和测定
• 2.6.2 污泥重金属赋存形态分析
• 2.6.3 重金属急性毒性实验
• 第3章 蠕虫生长发育的最适环境因子和种群特征研究
• 3.1 引言
• 3.2 蠕虫的生长周期
• 3.3 蠕虫生长和捕食的关键环境因子研究
• 3.3.1 曝气强度对不同发育期蠕虫生长特性和捕食污泥效能的影响
• 3.3.2 温度对不同发育期蠕虫生长特性和捕食污泥效能的影响
• 3.3.3 蠕虫密度对不同发育期蠕虫生长特性和捕食污泥效能的影响
• 3.4 蠕虫捕食污泥过程的其它环境因子
• 3.4.1 pH 值对蠕虫生长的影响
• 3.4.2 钠盐浓度对蠕虫生长的影响
• 3.4.3 污泥浓度对蠕虫生长的影响
• 3.4.4 载体厚度的影响
• 3.4.5 污泥停留时间的影响
• 3.4.6 光照的影响
• 3.5 基于最优生物捕食条件的蠕虫种群生长和污泥减量效能
• 3.5.1 最优生物捕食条件下蠕虫种群生长特征
• 3.5.2 最优生物捕食条件下蠕虫种群的捕食污泥效果
• 3.6 本章小结
• 第4章 蠕虫生物捕食对污泥组分的影响
• 4.1 引言
• 4.2 生物捕食过程蠕虫和污泥的组分特征
• 4.2.1 生物捕食过程蠕虫机体组分特征
• 4.2.2 生物捕食过程蠕虫红外基团特征
• 4.2.3 生物捕食过程污泥的基本元素特征
• 4.3 生物捕食过程典型重金属相间分布特征及影响
• 4.3.1 水相重金属浓度变化
• 4.3.2 泥相重金属浓度浓度变化
• 4.3.3 蠕虫相重金属浓度变化
• 4.3.4 生物捕食过程中的重金属相间分布特征
• 4.3.5 生物捕食对污泥中重金属赋存形态的影响
• 4.3.6 重金属对蠕虫生存的影响
• 4.4 生物捕食过程的营养物质释放特征
• 4.4.1 水相有机碳释放特征
• 4.4.2 水相氮素释放特征
• 4.4.3 水相磷酸盐释放特征
• 4.5 本章小结
• 第5章 蠕虫生物捕食对污泥性质的影响及作用机制
• 5.1 引言
• 5.2 生物捕食对污泥浓缩脱水性能的影响
• 5.2.1 生物捕食对污泥沉降性能的影响
• 5.2.2 生物捕食对污泥过滤性能的影响
• 5.2.3 生物捕食对污泥的粒径的影响
• 5.2.4 生物捕食对污泥 zeta 电位的影响
• 5.2.5 生物捕食对污泥粘度的影响
• 5.2.6 蠕虫捕食后污泥的脱水性能
• 5.3 生物捕食对胞外聚合物的影响
• 5.3.1 生物捕食过程胞外聚合物浓度变化特征
• 5.3.2 胞外聚合物基团红外光谱特征
• 5.3.3 胞外聚合物组分三维荧光光谱特征
• 5.3.4 胞外聚合物特征与污泥浓缩脱水性能的关联度解析
• 5.4 生物捕食过程对污泥微生物活性的影响
• 5.4.1 生物捕食过程污泥有机物含量变化规律
• 5.4.2 生物捕食过程污泥脱氢酶活性变化规律
• 5.4.3 生物捕食对污泥系统微生物群落结构的影响
• 5.4.4 捕食后污泥的污染物去除性能
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
• 致谢
• 个人简历