好氧—厌氧耦合体系污泥减量化的机理研究及工程应用

论文摘要

污泥原位减量化技术是解决目前污水处理过程中产生剩余污泥问题的重要途径。前期的研究表明,好氧-厌氧耦合（rCAA）体系能够实现污泥原位减量。为解析该类反应器实现污泥原位减量的机理,本论文构建了好氧-厌氧耦合折流板反应器,对rCAA体系同步处理废水和污泥的过程机理进行了系统的研究,并将该技术用于实际生物农药废水的处理。rCAA折流板反应器运行3年的研究结果表明,在进水COD为700-800mg·L-1、停留时间为15 h时,COD去除率大于89%,污泥产率系数为0.09kg-SS·（kg-COD）-1,为传统活性污泥工艺的33.3%,验证了rCAA体系的污泥减量化效果。对rCAA折流板反应器内可溶性组分、污泥性质、微生物种群变化以及代谢活性等的分析结果表明:好氧区增殖的污泥进入下游的厌氧区后发生死亡溶解释放出胞内蛋白质等组分,进一步被降解成小分子物质,这些物质流入下游好氧区被污泥再次利用,强化了污泥的隐性增殖;而微型动物的稳定存在强化了捕食效应。整个过程伴随着CO2、N2的释放,使得进水中有机物以气体形式脱离体系,实现了剩余污泥的原位减量。构建了采用绿色荧光蛋白（GFP）细菌快速示踪耦合反应器厌氧区域污泥溶解过程的新方法。结果表明,厌氧区内的污泥上清液以及反应器后部的好氧区内的污泥上清液对大肠杆菌胞内GFP的释放具有明显的促进作用,这一结果表明这些区域的污泥上清液具有显著的溶菌作用。构建了能够描述好氧-厌氧耦合过程的数学模型。在好氧区建立了以Monod方程为基础的微生物生长及基质去除模型,在厌氧区建立了以污泥溶解和转化过程为核心的有机物释放模型,并进行了参数测定和模型计算。该模型能够较好地解释rCAA折流板反应器的反应过程。以好氧-厌氧耦合技术为核心的废水处理工艺成功用于阿维菌素发酵废水的处理。在小试及中试基础上对工厂原有工艺进行了改造,采用絮凝和rCAA联合工艺处理UASB的出水。实际运行结果表明,在进水COD为1500 mg·L-1左右时,出水可降至300 mg·L-1以下,且脱色效果明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 废水的排放及处理与剩余污泥的产生
• 1.1.1 废水的排放及处理
• 1.1.2 废水生物处理技术与剩余污泥的产生
• 1.2 剩余污泥的处理与处置现状
• 1.3 国内外污泥减量化的原理及工艺
• 1.3.1 限制微生物的增殖
• 1.3.2 强化捕食效应
• 1.3.3 强化隐性增殖
• 1.3.4 剩余污泥后处理及原位减量
• 1.4 污泥减量化与温室效应
• 1.5 本论文的立题思想和研究意义
• 1.6 本论文的目的和主要研究内容
• 第2章 好氧-厌氧耦合折流板反应器构建及运行效果
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 反应器的构建及运行参数
• 2.2.2 COD/T-N/T-P的测定方法
• 2.2.3 污泥浓度（MLSS）的分析方法
• 2.2.4 溶氧的测定
• 2.3 反应器运行参数测定
• 2.3.1 反应器内DO的变化
• 2.3.2 反应器内pH的变化
• 2.3.3 反应器内污泥浓度的变化
• 2.4 有机物去除效果
• 2.5 反应器脱氮特性研究
• 2.6 反应器除磷特性研究
• 2.7 反应器污泥产率
• 2.8 本章小结
• 第3章 好氧-厌氧耦合体系污泥减量化的机理解析
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 可溶性组分分析
• 3.2.2 污泥参数的测定
• 3.2.3 污泥的显微镜观察
• 3.2.4 荧光原位杂交（FISH）
• 3.2.5 变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）
• 3.3 沿反应器水流方向的可溶性组分变化
• 4-N变化'>3.3.1 COD/T-P/T-N/NH₄-N变化
• 3.3.2 可溶性组分分子量变化
• 3.3.3 胞外蛋白质浓度的变化
• 3.3.4 有机酸的生成
• -及SO₄^2-浓度的变化'>3.3.5 Cl^-及SO₄^2-浓度的变化
• 3.4 污泥参数的变化
• 3.4.1 MLVSS/MLSS的变化
• 3.4.2 污泥元素组成变化
• 3.4.3 污泥ATP含量的变化
• 3.5 水解酶活性变化
• 3.6 微生物群落解析
• 3.6.1 显微镜观察
• 3.6.2 荧光原位杂交（FISH）
• 3.6.3 变性梯度凝胶电泳（DGGE）
• 3.7 本章小结
• 第4章 GFP（绿色荧光蛋白）细菌表征好氧-厌氧耦合反应器溶菌特性的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 GFP荧光菌的培养及收集
• 4.2.2 GFP荧光的测定
• 4.2.3 紫外-可见光谱扫描
• 4.2.4 GFP在污泥上清液及PBS缓冲液中的稳定性
• 4.2.5 溶菌实验步骤
• 4.3 GFP在污泥上清液及PBS缓冲液中的稳定性
• 4.4 灭活污泥上清液对胞内GFP 释放的作用
• 4.5 反应器不同区域上清液对胞内GFP 释放的作用
• 4.6 不同GFP 荧光菌浓度及污泥上清液浓度对胞内GFP 释放的作用
• 4.7 胞内GFP释放过程中胞外溶液的紫外-可见光谱扫描
• 4.8 GFP荧光菌的溶菌程度分析
• 4.9 本章小结
• 第5章 好氧-厌氧耦合体系的模型建立及过程模拟
• 5.1 引言
• 5.2 好氧－厌氧耦合体系的模型建立
• 5.2.1 好氧过程模型建立
• 5.2.2 厌氧过程模型建立
• 5.3 模型参数测定
• OA的测定'>5.3.1 Y_OA的测定
• d 的测定'>5.3.2 k_d的测定
• A及Z_Ana 的测定'>5.3.3 Z_A及Z_Ana的测定
• 5.4 模型求解
• 5.5 模型计算与实际结果的比较
• 5.6 模型预测
• 5.6.1 停留时间对耦合体系的影响
• 5.6.2 好氧区与厌氧区停留时间比对耦合体系的影响
• 5.7 本章小结
• 第6章 好氧-厌氧耦合反应器在阿维菌素工业废水处理中的应用研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验材料与方法
• 6.2.1 絮凝实验
• 6.2.2 水质分析方法
• 6.2.3 污泥OUR测定
• 6.2.4 Biolog分析
• 6.3 好氧-厌氧耦合反应器用于阿维菌素废水处理的小试研究
• 6.3.1 废水的物化预处理
• 6.3.2 废水的生化处理
• 6.3.3 废水对污泥代谢活性的影响
• 6.4 絮凝及好氧-厌氧耦合生物处理组合工艺的工程放大
• 6.4.1 现场中试试验
• 6.4.2 工厂废水处理工艺的改造及运行
• 6.4.3 阿维菌素工厂生产废水处理费用核算
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 水质分析方法
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果