论文部分内容阅读
在污水生物处理领域,活性污泥法以其独特的优势备受青睐,成为污水处理厂中的主流工艺。然而脱氮除磷活性污泥法中污泥膨胀问题始终没有得到真正解决。为探明污泥膨胀问题发生的机理,本研究通过改变进水有机物组成和运行具有不同污染物去除功能的工艺,借助分子生物学技术追踪微生物菌群结构的演替规律,同时分析胞内聚合物(PHA)和胞外聚合物(EPS)的变化情况,探究脱氮除磷系统中影响污泥沉降性能的主要因素,以期为解决污泥膨胀问题提供理论基础。本研究获得的主要结果如下:(1)在以溶解态有机物为主(阶段Ⅰ)、全部为溶解态有机物(阶段Ⅱ)和以颗粒态有机物为主(阶段Ⅲ)三种不同进水有机物组成下的AAO系统中,阶段Ⅱ中PHA和EPS含量最高,活性污泥絮体结构最密实,污泥沉降性能最好,其污泥体积指数(Sludge Volume Index,SVI)为70 mL/g,其次为阶段Ⅰ(SVI=120 mL/g)和Ⅲ(SVI=280 mL/g)。同时污泥沉降性能与LB-EPS中PS、PN和Zeta电位均呈显著负相关(r=-0.668,p<0.05;r=-0.818,p<0.01;r=-0.850,p<0.01),而与TB-EPS之间的相关性较弱。随着反应器进水有机物组成的改变,丝状菌的种类和数量发生了显著变化。接种污泥中优势丝状菌为Type 0092和Haliscomenobacter hydrossis;阶段Ⅰ中优势丝状菌为Thiothrix spp.和Nostocoida limicola Ⅰ;阶段Ⅱ中优势丝状菌为Thiothrix spp.;阶段Ⅲ中优势丝状菌为Type 1851-like。不同进水有机物组成可导致系统优势菌群丰度发生显著变化,Thiothrix、Trichococcus和Chryseolinea丰度的变化与污泥沉降性能密切相关。其中乙酸钠可促进Thiothrix和Chryseolinea中某些菌种的生长;土豆淀粉可促进Trichococcus中某些菌种的生长。这些丝状菌的优势生长导致了污泥丝状膨胀。(2)在不同运行工艺条件下污泥沉降性能有所差异。其中在AAO脱氮除磷系统(阶段Ⅲ)中EPS含量最高,污泥絮体结构密实,污泥沉降性能最好,其次为CAS纯好氧系统(阶段Ⅰ)和AO脱氮系统(阶段Ⅱ)。同时,污泥沉降性能与LB-EPS中PS、PN和Zeta电位均呈显著负相关(r=-0.699,p<0.05;r=-0.715,p<0.05;r=-0.684,p<0.05),而与TB-EPS之间的相关性较弱。随着系统功能的改变,丝状菌的类型和数量发生了显著变化。接种污泥中优势丝状菌为Type 0092和Haliscomenobacter hydrossis;阶段Ⅰ中优势丝状菌为Type 0914和Type 0041;阶段Ⅱ中优势丝状菌为Thiothrix spp.;阶段Ⅲ中优势丝状菌为Type 021N。此外,不同污染物去除工艺对系统内优势菌群丰度变化影响较大。其中,Thiothrix和Chryseolinea丰度的变化与污泥沉降性能相关性较大。缺氧区的引入会刺激Thiothrix中某些菌种的生长;厌氧区的引入会促进Chryseolinea中某些菌种的生长。这是污泥发生丝状膨胀的原因。(3)污泥沉降性能主要与微生物菌群结构、胞内及胞外聚合物的变化密切相关。Thiothrix、Trichococcus和Chryseolinea是影响污泥沉降性能的关键菌属。其中Thiothrix容易在含有乙酸钠和存在缺氧区的系统内生长繁殖;Chryseolinea容易在含有乙酸钠和存在厌氧区的系统内滋生;Trichococcus的生长与工艺条件的相关性较小,主要与进水中有机物的组成相关,其容易在含有土豆淀粉的系统中增殖。微生物菌群结构的改变是影响污泥沉降性能的根本因素,胞内及胞外聚合物对污泥沉降性能起辅助作用,能加剧污泥沉降性能改善或恶化的进程。