好氧颗粒污泥快速培养及其苯酚降解特性的研究

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好氧颗粒污泥是微生物自凝聚形成的一种特殊形式的活性污泥,具有沉降性好、结构密实、生物量浓度高、抗冲击负荷和抵抗有毒有害物质的能力。颗粒污泥呈致密的球体,具有十分紧凑的结构,这种紧密结构提供了非均质性的空间,致使颗粒污泥内产生生态位分化,并增加了微生物群落的生理多样性。研究表明以好氧颗粒污泥为基础的生物反应器对有毒的和难降解的化合物具有较高的生物降解能力。好氧颗粒污泥技术具有诸多优点,因此被认为是具有广阔应用前景的废水处理技术之一,已被用于处理高浓度有机废水、金属离子废水和有毒物质废水,当然也包括城市污水的脱氮除磷。  本文为研究不同沉淀时间对污泥颗粒化过程的影响,采用序批式反应器,通过逐步缩短沉淀时间快速培养出好氧颗粒污泥。研究结果表明:在此过程中,污泥浓度逐渐降低,沉降性逐渐改善,污泥中无机质含量逐渐增加;污泥胞外聚合物(EPS)含量分析结果表明多糖在污泥颗粒化过程中起主要作用;在沉淀时间从7 min缩短至5 min的污泥颗粒化过程中,胞外聚合物中多糖的含量(以VSS计)由(140.98±19.54) mg.g-1增加到(310.79±50.86) mg.g-1;不同沉淀时间所培养的污泥粒径不同,且污泥平均粒径与沉淀时间具有很好的负相关性;只有沉淀时间小于5 min,才能形成颗粒污泥。缩短沉淀时间是序批式反应器中快速培养好氧颗粒污泥的有效策略,且污泥快速好氧颗粒化要求的沉淀时间不能长于5 min。  成熟的好氧颗粒污泥具有良好的硝化性能,本文中SBR反应器待颗粒污泥成熟之后以固定曝气时间(7.5 h)及沉淀时间(2 min)方式继续运行,亚硝酸盐积累率达80%以上,实现了稳定的短程硝化过程。硝化小试试验表明,絮体污泥(即接种污泥)与颗粒污泥的硝化过程相似但略有差异。二者差别在于:颗粒污泥硝化过程的DO突跃点和氨谷点提前出现,氨氮氧化结束前DO曲线呈“U”型图案,而絮体污泥的曲线变化较为平稳;氨氮氧化结束后,继续曝气120 min,絮体污泥将亚硝酸盐完全转化为硝酸盐,而颗粒污泥仅将部分亚硝酸盐转化且过程比较缓慢。  本文研究表明未经驯化的好氧颗粒污泥受苯酚毒性的影响较为严重,苯酚浓度越高、接触时间越久,对污泥活性的抑制作用越明显。同样的,初始苯酚浓度越高,氨氧化速率越缓慢。此外,逐步提高SBR系统进水苯酚浓度,探究好氧颗粒污泥对苯酚的降解能力。经过55天的运行,进水苯酚浓度逐渐增到3000mg.L-1,苯酚、COD及NH4+-N去除率分别达到了98.33%、97.27%、57.58%,好氧颗粒污泥表现出对苯酚的良好的去除能力,苯酚容积去除负荷达到5.37g.L-1.d-1。扫描电镜照片显示投加苯酚后的颗粒污泥表面更加光滑,结构更为紧凑。苯酚毒性刺激了颗粒污泥分泌更多胞外聚合物,胞外聚合物中多糖含量(以VSS计)由初始的127.02 mg.g-1增加到351.71 mg.g-1,蛋白含量由49.34 mg.g-1增加到80.11 mg.g-1。投加苯酚后的污泥粒径明显增大,主要污泥粒径由0.5~2.0mm增大到2.0 mm以上。胞外聚合物红外光谱分析表明投加苯酚前后好氧颗粒污泥EPS的主要组分没有明显改变。
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