脱氮除磷体系中颗粒污泥的结构和稳定性研究

【摘要】众所周知,废水生化处理的同步脱氮除磷过程涉及多种微生物菌群,其中包括自养硝化细菌、异养反硝化细菌、聚磷菌、聚糖菌等,它们之间互相竞争、合作,逐渐形成一种稳定成熟的好氧颗粒污泥体系。目前关于颗粒污泥微生物菌群动态演变及其污水处理效果等方面的研究已比较完善。然而随着实际培养条件或特定处理要求的不同,对于其微观结构和稳定性的要求也越来越高。因此关于在指定条件下微生物聚集体特定的微观结构、力学表现以及如何提高其稳定性和耐冲击特性,仍需要深入的探讨。本论文以脱氮除磷污泥体系为研究对象,在其好氧颗粒污泥驯化、污泥微观表征、力学响应描述、微生物固定化、载体渗透性分析等方面展开相关研究：在同步硝化反硝化除磷反应器中驯化出结构致密、微生物菌群丰富的好氧颗粒污泥；运用流变学方法表征颗粒污泥的流变学结构特征和粘弹性响应,并利用Wagner模型模拟污泥系统简单流动下的粘度值;采用三乙酸纤维素成功合成具有除碳脱氮功能的污泥包埋载体,并能够长期稳定于高浓度磷溶液废水中。主要内容和结果包括：1.在稳定运行的生物强化除磷反应器基础上,通过控制溶解氧、沉降时间、剪切速率等操作条件培养好氧颗粒状污泥,实验结果表明成熟颗粒污泥粒径在2mm左右,结构密实,微生物种类丰富,胞外聚合物含量较高；且该颗粒污泥能够实现短程硝化反硝化,同时周期性监测其代谢动力学间接证明其中有反硝化作用的聚磷菌存在。基于具体实验结果,确定下一步研究方向：测试颗粒污泥的微观结构及其力学性能、寻找结构更稳定的固定化体系替代自絮凝结构。2.用稳态剪切和振荡剪切等流变学方法测试颗粒污泥力学响应,结果显示流变学参数能够准确反映其微观结构,同时表明好氧颗粒污泥是一种具有屈服假塑性的剪切变稀流体,其流动行为可用Herschel-Bulkley方程描述；同时颗粒在应力扫描、频率扫描和温度扫描中表现出特有的粘弹性响应,反应其同时具有弹性固体和粘弹性流体特点,和絮状污泥流变测试相比进一步突出了胞外聚合物在其污泥颗粒化中的不可或缺。此外,我们首次在污泥体系中引入Wagner模型模拟其流变学行为中的非线性和依时性,将粘弹响应和稳态剪切行为相结合,推广了本构模型在预测污泥流动行为中的应用。3.通过尝试不同的混菌包埋材料进行污泥固定化试验,合成沉降性能良好、能够在较高浓度磷溶液废水(>10mg/L)中长期稳定存在的三乙酸纤维素包埋载体。合成废水处理结果证实包埋载体具有非常高的稳定性,且保持良好的生物活性,能够同时实现生物氧化、硝化和反硝化作用；渗透性分析表明包埋载体渗透性参数ξ为10.9,液体收集效率η为0.034,即其载体内部流对沉降行为影响不显著。该实验结果为实现同步脱氮除磷的污泥固定化技术奠定了很好的基础。
【作者】马云杰；
【导师】曾建雄；
【作者基本信息】中国科学技术大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】脱氮除磷；好氧颗粒污泥；流变特征；粘弹性响应；污泥固定化技术；载体渗透性；

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