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近年来河流水域污染问题再次加剧,国家多次提高污水排放标准,随之而来的是剩余污泥产量的再次定义,剩余污泥因其高污染、难处理等特性被纳入固体废弃物,合理妥善处理处置剩余污泥是目前的迫切需求。为缓解剩余污泥带来的环境压力,强化隐性生长构建破胞污泥减量新技术,从而真正意义实现剩余污泥减量化、资源化、稳定化。
本研究首先探索芬顿氧化破胞最佳控制参数,然后从表观指标、污泥理化性质及酶活性变化等多个层面解释破胞过程及机理,最后将 Fenton 氧化处理污泥回流至序批式间歇活性污泥(Seguencing Batch Reactor,SBR)系统,探究SBR系统中隐性生长的污泥减量效果及破胞污泥回流对污水处理效果的影响。得出的主要结论如下:
(1)Fenton氧化污泥可以获得较好的破胞效果。当H2O2投量为5ml/L;Fe2+投量为0.25g/L;反应体系初始pH为3;氧化反应时间为90min时,污泥细胞溶出的多聚糖、蛋白质等小分子物质最多,破胞效果最好。根据液相及胞外聚合物COD的变化来计算破胞效率,该优化条件下污泥破胞效率达69.8%。
(2)污泥经Fenton氧化处理后,污泥颗粒平均粒径由64μm降为36μm,较大的污泥絮体破解成为较小的污泥颗粒,提高了污泥体系的无机化程度,改善了脱水性能。未经 Fenton 处理的污泥絮体结构较完整而紧密,表面附着有大量整齐排列的细菌细胞,微生物数量较多;Fenton氧化处理后的污泥细胞明显破损失去结合水,结构变得分散无秩序,呈连结的块状结构。破解前后污泥细胞的EPS含量明显下降,Fenton试剂可以有效破解污泥细胞,促使其释放内容物质。
(3)35天运行时间内,两组工作体积为4L的SBR反应器内的MLSS均出现增长趋势。无污泥回流对照组反应器污泥累计增长量为 9g,表观污泥产率系数平均值为 0.23 gMLSS/gCOD;Fenton 破胞污泥回流实验组系统污泥总增量为4.9g,增长幅度为40.8%,表观污泥产率系数平均值为0.13 gMLSS/gCOD,实现近44%的污泥减量效率,获得较为理想的减量效果。通过MLVSS/MLSS、比耗氧速率及比生长速率的测定结果,证明 Fenton 破胞产物易于微生物降解消耗,对生物处理系统污泥活性未产生不利影响。
(4)将 SBR 系统剩余污泥进行 Fenton 氧化破胞,并回流作为二次基质利用,其出水水质相较对照组系统除TP指标发生显著下降,是由于铁离子引入发生络合共沉,从而出水磷含量减少,COD、TN、NH3-N 等与对照组出水水质差距均较小,说明破胞产物对SBR系统的污染物去除效果无明显影响。
(5)破胞产物主要为易降解小分子物质,回流后作为系统二次基质很快被微生物代谢消耗,加上铁盐能够降低污泥的沉降指数,从而改善了实验组系统内活性污泥的沉降性能。破胞产物回投增加了微生物可利用营养物质浓度,高浓度有机物环境使得微生物分泌更多基质代谢脱氢酶,从而提高了微生物代谢能力,表现为实验组污泥活性优于对照组系统。通过扫描电镜及高通量数据分析, Fenton破解污泥回流增强了SBR系统中微生物的稳定性,提高了污泥中微生物的丰富度,对活性污泥的硝化效果有促进作用。
本研究首先探索芬顿氧化破胞最佳控制参数,然后从表观指标、污泥理化性质及酶活性变化等多个层面解释破胞过程及机理,最后将 Fenton 氧化处理污泥回流至序批式间歇活性污泥(Seguencing Batch Reactor,SBR)系统,探究SBR系统中隐性生长的污泥减量效果及破胞污泥回流对污水处理效果的影响。得出的主要结论如下:
(1)Fenton氧化污泥可以获得较好的破胞效果。当H2O2投量为5ml/L;Fe2+投量为0.25g/L;反应体系初始pH为3;氧化反应时间为90min时,污泥细胞溶出的多聚糖、蛋白质等小分子物质最多,破胞效果最好。根据液相及胞外聚合物COD的变化来计算破胞效率,该优化条件下污泥破胞效率达69.8%。
(2)污泥经Fenton氧化处理后,污泥颗粒平均粒径由64μm降为36μm,较大的污泥絮体破解成为较小的污泥颗粒,提高了污泥体系的无机化程度,改善了脱水性能。未经 Fenton 处理的污泥絮体结构较完整而紧密,表面附着有大量整齐排列的细菌细胞,微生物数量较多;Fenton氧化处理后的污泥细胞明显破损失去结合水,结构变得分散无秩序,呈连结的块状结构。破解前后污泥细胞的EPS含量明显下降,Fenton试剂可以有效破解污泥细胞,促使其释放内容物质。
(3)35天运行时间内,两组工作体积为4L的SBR反应器内的MLSS均出现增长趋势。无污泥回流对照组反应器污泥累计增长量为 9g,表观污泥产率系数平均值为 0.23 gMLSS/gCOD;Fenton 破胞污泥回流实验组系统污泥总增量为4.9g,增长幅度为40.8%,表观污泥产率系数平均值为0.13 gMLSS/gCOD,实现近44%的污泥减量效率,获得较为理想的减量效果。通过MLVSS/MLSS、比耗氧速率及比生长速率的测定结果,证明 Fenton 破胞产物易于微生物降解消耗,对生物处理系统污泥活性未产生不利影响。
(4)将 SBR 系统剩余污泥进行 Fenton 氧化破胞,并回流作为二次基质利用,其出水水质相较对照组系统除TP指标发生显著下降,是由于铁离子引入发生络合共沉,从而出水磷含量减少,COD、TN、NH3-N 等与对照组出水水质差距均较小,说明破胞产物对SBR系统的污染物去除效果无明显影响。
(5)破胞产物主要为易降解小分子物质,回流后作为系统二次基质很快被微生物代谢消耗,加上铁盐能够降低污泥的沉降指数,从而改善了实验组系统内活性污泥的沉降性能。破胞产物回投增加了微生物可利用营养物质浓度,高浓度有机物环境使得微生物分泌更多基质代谢脱氢酶,从而提高了微生物代谢能力,表现为实验组污泥活性优于对照组系统。通过扫描电镜及高通量数据分析, Fenton破解污泥回流增强了SBR系统中微生物的稳定性,提高了污泥中微生物的丰富度,对活性污泥的硝化效果有促进作用。