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在活性污泥法污水处理系统中,如何提高和改善污水生物处理过程中活性污泥的特性,对保障污水处理效果具有重要作用。近年来,为了有效利用微生物在某些固体表面附着生长的特性,提高和改进污水的生物处理效果,经过水处理工作者的努力,研发出一系列具有各种特点的生物填料,但这些生物填料大多是用于生物接触氧化污水处理技术或一些复合式生物处理技术,其主要作用还是为微生物生长繁殖提供良好的场所,并不具有提高和改善污水生物处理过程中污泥特性的作用。本文研究了一种可以通过内置或外置的方式加入到污水处理装置中,用来改善系统内活性污泥特性,进而提高污水处理效果的复合腐殖生物填料(以下简称复合填料),并将该填料与SBR相结合,系统地研究了其对SBR工艺的促进作用。本文采用剩余活性污泥、腐殖土、粘土、水泥、粉煤灰、腐殖酸有机肥作为原料,一定比例的硅酸钠和氯化钙混合溶液作为胶黏剂,并以复合填料强度和污泥沉降性能作为优选条件,通过不同组分配比试验的比较与分析,在最佳工艺参数条件下,制备出可改善系统内活性污泥特性的复合填料。该填料为灰褐色圆柱体,其平均尺寸大小为Φ15×35 mm,体积约为6 cm3,重量约为12 g,密度为2 g/cm3,比表面积为9.89 m2/g,总孔容积为0.04 cc/g,孔径为18.8 A。通过对有机质和腐殖质的成分构成、表面形貌、能谱成分和官能团对复合填料进行分析,表征和探讨了复合填料的内在组成成分和微观结构,结果表明复合填料表面粗糙、多孔、含有大量的凹凸结构,主要的组成元素为C、N、O、Al、Si、Fe,含量最高的为O、Si、C,其含量分别为41.37%、23.50%和19.01%。对三组SBR的活性污泥进行研究分析,发现添加复合填料的SBR其污泥特性要优于传统的SBR,而且复合填料在使用前后腐殖质含量保持不变,使用过程中性质稳定。复合填料SBR系统处理生活污水的启动试验结果表明:添加复合填料的两组SBR,相比于不添加填料的SBR,能够缩短启动时间,可分别提高启动阶段NH3-N、TN和TP的去除效率6.14%、6.09%和5.01%。在稳定运行阶段,COD、NH3-N、TN和TP的平均去除率分别提高2%、8%、12%和3%。相比于不添加填料的SBR,添加复合填料的SBR其NH3-N去除效率大约提高7.52%,TN去除效率大约提高9.58%,TP去除效率大约提高4.62%。二组复合填料SBR系统与对照组SBR系统的运行试验结果表明,随着SRT的提高,COD去除在SRT 7d、14d和21d工况下都表现出很好的去除效果,NH3-N去除率从83.83%逐渐提高到90.11%,TN去除率从56.62%逐渐提高到73.00%,TP去除率先从88.29%升高到93.95%后稳定到92.58%;随着HRT的提高,COD去除情况基本不受影响,但可使NH3-N去除率从70.09%逐渐提高到89.48%,TN去除率从40.36%逐渐提高到73.12%,TP去除率从82.38%逐渐提高到95.51%;随着曝气强度的提高,NH3-N去除率从83.08%逐渐提高到90.60%,TN去除率从55.39%升高到73.33%,再降低到60.74%,TP去除率从89.32%逐渐提高到96.19%;当水温从23℃逐步降低到13℃时,对COD去除影响不大,但NH3-N去除率从91.33%逐渐降低到63.62%,TN去除率从71.99%逐渐降低到56.67%,TP去除率从92.56%降低到89.68%;当pH从5.5逐渐升高到8.5时,COD先从67.75%升高到83.09%,NH3-N去除率从72.53%逐渐升高到91.23%,TN去除率从52.98%逐渐提高到73.19%,TP去除率从80.19%升高到88.04%。借助Miseq高通量测序技术检测发现,三组活性污泥的群落主要归属于11个门,Proteobacteria、Bacteroidetes、Chlorobi、Spirochaetae、Fibrobacteres、Firmicutes、Candidate_division_TM7、BD1-5、Verrucomicrobia、Planctomycetes及未确定分类地位细菌,分布比例有较大的不同;其中优势菌群为Proteobacteria、Bacteroidetes、Chlorobi和Spirochaetae,占总序列数的87.3%(内置填料),88.27%(对照组)和94.48%(外置填料)。Proteobacteria在内置和外置填料活性污泥群落的比例分别为45.04%和49.11%,均比对照组34.85%的活性污泥群落比例要高,表明添加复合填料可使系统中的微生物对环境有较高的适应能力。Xanthomonadales在内置和外置填料活性污泥群落的比例分别为17.12%和23.17%,均比对照组5.51%的活性污泥群落的比例要高,表明系统的除磷能力得到提高;Saprospiraceae在内置和外置填料活性污泥群落的比例分别为8.09%和2.86%,均比对照组29.82%的活性污泥群落比例要低,而Saprospiraceae类群减少,胞外聚合物分泌降低,可增强活性污泥的沉降性能,这与污泥沉降和胞外聚合物分析的试验结果一致;Flavobacterium在内置和外置填料中的活性污泥群落比例分别为5.68%和10.02%,均比对照组0.43%的活性污泥群落比例高很多,可以在低温条件下对水中的污染物进行有效的去除。