环境交替下污泥膨胀机理与控制研究

论文摘要

即使生物脱氮除磷单元（BNRAS）被引入废水处理工艺后,污泥膨胀问题依然困扰着污水处理厂的运行,导致处理效果不佳。目前对于BNRAS系统污泥膨胀发生的因素还不完全清楚,在制定该系统污泥膨胀的控制措施时也缺乏足够的理论支持。无论是理论上还是实践中都需要对BNRAS系统污泥膨胀进行深入研究。本论文通过改变进水基质类型,各阶段的HRT配比、营养元素和环境条件,研究了各条件对SBR-A2/O-BNRAS（以A2/O方式运行的脱氮除磷SBR反应器）污泥生物相、微生物的生理代谢和污泥沉淀性能的影响,为揭示BNRAS污泥膨胀的机理、提出有效控制对策奠定了基础。本研究获得的主要研究结果如下:（1） COD为250mg/L无水乙酸钠为碳源时,好氧段进水中残留基质与污泥的沉降性有直接相关,HRT厌氧:HRT好氧:HRT缺氧为60 min:290 min:45 min较HRT厌氧:HRT好氧:HRT缺氧为120 min:230 min:45 min、120 min:200 min:75 min时的沉降性能差,SVI值一直在150mg/L以上;COD提高到500 mg/L、600 mg/L时,反应器水温在15℃以上时,系统的沉降性能很好,SVI值在80～130mL/g左右;反应器水温在15℃以下时,系统发生高粘性非丝状菌污泥膨胀,系统的SVI值在190-250mL/g左右。淀粉为碳源时,污泥沉降性能与进水基质浓度、HRT配比无关,SVI值在55～75mL/g之间,该基质在本系统中有利于系统污泥颗粒化。无论COD为250mg/L或400mg/L、丙酸钠为碳源时,系统的沉降性能都很好,系统中丝状菌很少,污泥易于颗粒化;充足的丙酸钠基质能够有利于聚磷菌（PAOs）的生长,而且PAOs对其是不需要进过驯化的,但当基质缺乏条件下,聚糖菌（GAOs）能优先于PAOs获得丙酸盐基质生长,系统易演化为单纯除碳系统。不同类型短链脂肪酸（SCFAs）对丝状菌的选择作用不同,相对于丙酸盐丝状菌更加嗜好乙酸盐;不同基质下污泥要获得良好的沉降性能,其对厌氧段的浓度梯度要求不同:乙酸盐对厌氧段的浓度梯度要求相对于淀粉和丙酸盐要高。厌氧段的浓度梯度越大增大越有利于污泥沉降性能。（2）随着进水磷浓度从10mg/L提高到20mg/L和30mg/L,1#反应器污泥含磷量从接种污泥的2.5%提高到8.17%和9.23%,污泥SVI值由接种初期的110mL/g迅速增加到300mL/g左右,之后回落并维持在135～150ml/g。污泥中含磷量增加至8%以上,在一定程度改善了污泥的沉淀性,对污泥膨胀起到抑制作用;2#反应器污泥含磷量从接种污泥的1.89%提高到6.77%和6.95%,污泥的SVI值由接种初期的138mL/g上升到190～320mL/g之间,并维持在280～300mL/g。污泥中含磷量增加对于2#膨胀污泥的沉淀性能没能改善;1#反应器污泥中的浮游球衣细菌在环境诱导下进行了生物除磷作用,使得污泥的比重增大,从而改善了污泥的沉降性能,而2#反应器中无浮游球衣菌,因而污泥沉降性没能改善。污泥含磷量增加能否抑制污泥膨胀的发生取决于在除磷过程中能否改变污泥中丝状菌的种类而定。（3）一旦反应器水温由25℃以上降低到15℃以下,系统就发生污泥膨胀,再升高温度至25℃以上,污泥沉淀性能恢复到良好状态;降温对促进可导致污泥膨胀的微生物的生长的作用要比升温对抑制该微生物的生长、促进菌胶团菌的生长的作用要显著,因此污泥沉淀性能恢复所花费时间比发生膨胀发生所需的时间长;降温波动过程中污泥沉降性能恢复时间与系统内存在的丝状菌种类有关,当系统发生的是单一高粘性膨胀时,污泥沉降性能恢复时间是污泥膨胀发生时间的2倍;当系统发生的是丝状膨胀和高粘性膨胀并存的复杂的污泥膨胀时,系统中存在能适应低温环境并生长的丝状菌（本系统为typel701型）,污泥沉降性能恢复所需时间就长,污泥沉降性能恢复时间是污泥发生时间的9倍,但这有利于恢复后形成密实的絮体污泥。在长期低温运行下,菌胶团菌能够在低温下寻求到新的代谢平衡和菌群平衡,系统污泥沉降性能逐渐恢复。在低温反复冲击下,菌胶团菌原有的正常生态体系和代谢途径反复失去平衡,系统稳定遭到破坏,在四次低温冲击下,污泥沉降性能不能得以改善,一旦低温冲击系统仍旧会发生高粘性污泥膨胀;低温冲击频率增大能抑制typel701型的生长。（4）在营养元素为限制条件下,分别以无水乙酸钠、丙酸盐和葡萄糖为进水基质时,系统的沉降性能都很好;丙酸钠在营养元素为限制条件下时优先选择GAOs菌生长,易使除磷系统丧失除磷性能;葡萄糖在以营养元素为限制时比丙酸盐更易诱导除磷过程发生。（5）在进水含有除无水乙酸盐外的多种碳源下,系统的沉降性能很好,SVI值在120～142mL/g之间;按1/4的比例在污水中添加无水乙酸钠后,好氧段基质残留量并未增加,污泥沉降性能不但没有因此变差,反而因为系统除磷效果变好、污泥沉降性还有一定的改善,使SVI值下降至90mL/g。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.前言
• 1.1 污水处理的发展
• 1.2 污泥膨胀中微生物形态学
• 1.3 活性污泥中丝状微生物鉴定检索表
• 1.4 常见的丝状菌
• 1.5 污泥膨胀的影响因素
• 1.6 污泥膨胀的有关假说
• 1.6.1 动力学理论
• 1.6.2 NO理论
• 1.6.3 积累再生理论（AC/SC）假说
• 1.6.4 饥饿假说理论
• 1.6.5 统一的污泥膨胀理论
• 1.7 传统活性污泥膨胀的控制方法
• 1.7.1 投加药剂法
• 1.7.2 环境调控和代谢机制控制法
• 1.8 环境交替下污泥膨胀
• 1.8.1 脱氮除磷工艺及反应机理
• 1.8.2 脱氮除磷工艺的污泥膨胀
• 1.8.3 脱氮除磷工艺特征与污泥膨胀的联系
• 1.8.4 环境交替下的污泥膨胀的理论发展
• 1.8.5 环境交替下污泥膨胀控制措施
• 1.9 环境交替下污泥膨胀研究存在的问题
• 1.10 课题的提出及研究的意义
• 1.11 拟研究的关键性问题
• 1.12 研究内容
• 1.13 研究目的
• 2.试验材料与方法
• 2.1 试验装置
• 2.2
• 2.2.1 污泥来源及废水水质
• 2O系统污泥沉降性能的研究'>2.2.2 乙酸盐为基质的A²O系统污泥沉降性能的研究
• 2O系统污泥沉降性能的研究'>2.2.3 淀粉为基质的A²O系统污泥沉降性能的研究
• 2O系统污泥沉降性能的研究'>2.2.4 丙酸盐为基质的A²O系统污泥沉降性能的研究
• 2.2.5 不同进水P浓度下污泥沉降性能的研究
• 2O系统污泥沉降性能影响的研究'>2.2.6 低温及温度波动对A²O系统污泥沉降性能影响的研究
• 2O系统污泥沉降性能的研究'>2.2.7 营养元素（氮、磷）限制下的A²O系统污泥沉降性能的研究
• 2O系统污泥沉降性能的研究'>2.2.8 复杂基质进水下的A²O系统污泥沉降性能的研究
• 2.3 分析方法
• 2.4 活性污泥性质的观测与测定
• 2.4.1 活性污泥的沉降性能的评价方法
• 2.4.2 镜检观测丝状菌数量
• 2.4.3 污泥中的含水率及沉降速率
• 3.SBR脱氮除磷系统中基质对污泥沉降性能的影响
• 3.1 研究目的
• 3.2 试验控制
• 3.3 无水乙酸钠为基质时污泥沉降性能的研究
• 3.3.1 不同厌氧—好氧—缺氧HRT下污泥沉降性能的研究
• 3.3.1.1 试验结果
• 3.3.1.2 讨论
• 3.3.2 不同进水浓度下污泥沉降性能的研究
• 3.3.2.1 试验结果
• 3.3.2.2 讨论
• 3.4 淀粉为基质时污泥沉降性能的研究
• 3.4.1 不同厌氧—好氧—缺氧HRT下污泥沉降性能的研究
• 3.4.1.1 试验结果
• 3.4.1.2 讨论
• 3.4.2 不同进水浓度下污泥沉降性能的研究
• 3.4.2.1 试验结果
• 3.4.2.2 讨论
• 3.5 丙酸钠为基质时污泥沉降性能的研究
• 3.5.1 试验结果
• 3.5.2 讨论
• 3.6 本章小结
• 4.污泥含磷量与脱氮除磷系统污泥膨胀的关系研究
• 4.1 研究目的
• 4.2 试验控制
• 4.3 试验结果
• 4.3.1 污泥中含磷量的变化与污泥的沉降性的变化
• 4.3.2 除磷过程中的优势丝状菌的兴衰与污泥沉降性能的变化
• 4.4 讨论
• 4.4.1 污泥中含磷量对污泥沉降性能的影响
• 4.4.2 丝状菌的兴衰对污泥沉降性能的影响
• 4.5 本章小结
• 2o系统污泥沉降性能影响的研究'>5.低温及温度波动对A²o系统污泥沉降性能影响的研究
• 5.1 研究目的
• 2/O系统污泥沉降性能影响的研究试验'>5.2 温降-温升过程对A²/O系统污泥沉降性能影响的研究试验
• 5.2.1 试验控制
• 5.2.2 试验结果
• 5.2.2.1 降温波动对1#反应器污泥沉降性能影响
• 5.2.2.2 降温波动对2#反应器污泥沉降性能影响
• 5.2.3 讨论
• 5.2.3.1 1#和2#反应器污泥膨胀与污泥含水率变化的关系
• 5.2.3.2 两反应器内优势丝状菌与污泥沉降性能变化的关系
• 5.2.3.3 反应器污泥沉降速度
• 2/O系统污泥沉降性能影响的研究试验'>5.3 长期低温下A²/O系统污泥沉降性能影响的研究试验
• 5.3.1 试验控制
• 5.3.2 试验结果
• 5.3.2.1 长期低温下对系统污泥沉降性能的影响
• 5.3.2.2 长期低温下对净化性能的影响
• 5.3.3 讨论
• 2/O系统污泥沉降性能影响的研究试验'>5.4 温度反复变化下A²/O系统污泥沉降性能影响的研究试验
• 5.4.1 试验控制
• 5.4.2 试验结果
• 5.4.2.1 温度波动对污泥沉降性能的影响
• 5.4.2.2 温度波动对净化性能的影响
• 5.4.3 讨论
• 5.5 本章小结
• 2O系统污泥沉降性能的研究'>6.营养元素（氮、磷）限制下的A²O系统污泥沉降性能的研究
• 6.1 研究目的
• 6.2 试验控制
• 6.3 试验结果
• 6.3.1 污泥中沉降性能、含磷量的变化
• 6.3.2 系统净化性能
• 6.3.3 环境因素
• 6.4 讨论
• 6.5 本章小结
• 2O系统污泥沉降性能的研究'>7.复杂基质进水下的A²O系统污泥沉降性能的研究
• 7.1 研究目的
• 7.2 试验控制
• 7.3 结果
• 7.3.1 系统污泥沉降性能
• 7.3.2 系统净化性能
• 7.4 讨论
• 7.5 本章小结
• 8.结论与建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 9.致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文