论文部分内容阅读
污水的生物处理过程产生了大量的剩余污泥，带来的环境问题日益严重，常规的污泥处理处置技术费用普遍较高，无法从根本上解决剩余污泥问题。生物捕食技术是利用食物链的能量传递效率原理增加活性污泥系统中捕食者的数量来减少剩余污泥的方法，具有节能、无二次污染等优势，因而得到越来越广泛的关注。利用水生蠕虫的捕食作用可以有效地实现污泥减量，但其污泥减量效率却受环境条件波动的影响。本文的研究结果表明溶解氧浓度（DO）、温度（T）、蠕虫密度和污泥负荷是蠕虫捕食过程的主要影响因素，并以这些条件参数为输入变量建立了应用自适应神经模糊推理系统（ANFIS）和人工神经网络（ANN）的模型分别预测蠕虫反应器的污泥减量速率，通过性能比较得出ANFIS模型预测值与实验测定值间具有更好的一致性，根据ANFIS模型的预测结果，得出了蠕虫反应器的最适运行条件范围。将ANFIS模型得出的适宜工况条件推广至蠕虫附着型生物床，以2d为周期序批式运行反应器34组，并在此后的12h、24h、36h、48h从中取样，结果显示其平均污泥减量效果可以达到初始MLSS的22.89%，VSS/SS的比值降低，表明蠕虫更多地捕食了污泥混合液中的菌体及其分泌物；污泥上清液中NH4+-N浓度增大了28倍之多，NO3--N得到了有效去除，NO2--N基本无变化，COD的增幅超过160%，NH4+-N和COD增加主要是蠕虫排泄所致；与微生物相关的SMP因蛋白质的增加而少量增加，EPS中蛋白质和多糖的减少量都超过了一半，其比值Pr/Po增大，分析认为这与蠕虫粪便中氨基酸的含量高有关。胞内贮存物STO变化趋势是先积累后消耗，这可能是异养菌为了抵御系统中底物的不断减少而在反应初期进行贮存，当系统中营养枯竭时又再次利用造成的；蠕虫捕食过程中随着时间的推移各种物质不论增加还是减少其转化速率都是逐渐减小的，表明以蠕虫为主体的所有生物的活性都在下降，这是蠕虫床中NH4+-N等有害代谢产物的积累效应。蠕虫捕食过后各分子量区段的物质都不断减少，表明蠕虫广泛地捕食了污泥混合液中不同分子量大小的物质，再次证明蠕虫是很好的污泥减量微型动物，数均分子量Mn增大、重均分子量Mw减小、分子量分布系数Mw/Mn变小，说明污泥混合液中有机物的分子量分布变窄；使用三维荧光光谱（3DEEM）分析蠕虫捕食对EPS的影响时发现酪氨酸类和色氨酸类蛋白质的特征峰强度均降低了超过一半，这与蠕虫对色氨酸类蛋白质的利用率更高有关。在实验的基础上建立了“ASM3-生长-贮存-捕食”模型来描述和预测蠕虫床的反应过程，采用“生长”和“底物贮存”同时进行的观点，加入了蠕虫对菌体和EPS的捕食的作用，模型共包括11个组分、16个反应过程，41个模型参数；然后应用龙格-库塔数值算法求解模型的稳态解，并用单因素敏感性分析方法确定了与MLSS、COD、NH4+-N、NO3--N、EPS相关的敏感参数，根据文献报道或合理假设选取各参数初值，使用部分实验数据校正敏感参数，最后用其余的实验数据检验校正过的模型并作出统计学评价，结果表明模型模拟值与实验测定值间呈现良好的一致性，模型对实际工程实践具有一定的指导意义。