铬对颗粒化生物强化除磷（EBPR）系统影响机制研究

【摘要】颗粒化生物强化除磷系统(enhancedBiologicalPhosphorusRemoval,EBPR)是一种环境可持续性和经济性较好、沉降性能好、耐较高冲击负荷的污水除磷工艺。针对国内城镇污水处理厂混合污水中存在大量重金属的现状,本论文以含重金属的模拟废水为研究对象,探讨了Cr(Ⅵ)及Cr(Ⅲ)对颗粒化EBPR系统除磷特性、释磷及吸磷速率,COD去除能力,污泥沉降性能,颗粒表观形态、菌群比例、微生物代谢活性等的影响机制；并利用序批式试验研究了EBPR系统中聚磷菌在Cr(Ⅵ)及Cr(Ⅲ)作用下的生长抑制动力学。颗粒化EBPR系统中Cr(Ⅵ)浓度低于0.5mg·L-1时,系统磷酸盐去除能力不会受到抑制,而Cr(Ⅵ)浓度高于(含)0.5mg·L-1时,系统磷酸盐去除能力将受到明显抑制。好氧阶段吸磷比厌氧阶段释磷对Cr(Ⅵ)的毒性更敏感。系统COD总去除率受Cr(Ⅵ)毒性影响不大。厌氧段COD去除占COD总去除的百分比发生了明显变化,当Cr(Ⅵ)添加浓度为0.6、0.7、0.8mg·L-1时,厌氧段COD去除分别减少20%、60%、80%左右。Cr(Ⅵ)的添加使得MLVSS/MLSS比率上升,并导致了系统污泥膨胀。受Cr(Ⅵ)毒性影响,颗粒污泥表面出现大量丝状菌,并伴有裂解现象出现。通过荧光原位杂交(fluorescenceinsituhybridization,FISH)方法分析系统菌群变化,表明PAOs在全菌中所占比例在不断下降,而GAOs及其他异养菌占全菌的比例却在上升。相比于GAOs及其他异养菌,PAOs对Cr(Ⅵ)毒性更敏感。通过测定胞内聚合物(polyhydroxyalkanoates,PHAs)合成量及消耗量发现,好氧段PHAs的消耗比厌氧段PHAs的合成对Cr(Ⅵ)的毒性响应更敏感。胞外聚合物(extracellularpolymers,EPS)含量分析表明,Cr(Ⅵ)的添加促进了EPS的增加。且这种变化主要来自于多糖(polysaccharide,PS)含量的显著增加。相关性分析表明,PS/PN(polysaccharide/protein)比率与颗粒体积平均粒径呈显著负相关(r=-0.937,p<0.01),说明较低的PS/PN比率有利于颗粒化EBPR系统的颗粒稳定性。长期低浓度Cr(Ⅵ)冲击后的颗粒化EBPR系统在经过15天的恢复试验后,颗粒化EBPR系统从宏观到微观的各项性能均不可恢复。从本质上来说,是EBPR系统中作为优势菌群的PAOs恢复失败所导致的。Cr(Ⅲ)浓度高于(含)1.0mg·L-1时,颗粒化EBPR系统磷酸盐去除能力将受到明显抑制,且系统磷释放速率(phosphorusremovalrate,PRR)和磷吸收速率(phosphorusuptakerate,PUR)均出现了明显下降。系统COD总去除率影响不大。厌氧段COD去除占COD总去除的百分比与对照组相比也无明显变化。Cr(Ⅲ)的加入使得污泥颗粒稳定性下降,表面粗糙,形态不规则。FISH方法分析表明,随着Cr(Ⅲ)毒性试验的进行,颗粒化EBPR系统内的微生物菌群发生了显著的变化,PAOs在全菌中所占比例在不断下降,而GAOs占全菌的比例却在上升。Cr(Ⅲ)添加浓度为1.0mg·L-1,厌氧段PHAs的合成量及好氧段PHAs的消耗量都出现下降。Cr(Ⅲ)的添加使得EPS的含量略有下降。但主要是PN的下降,PS含量则略有上升。这是一种微生物对毒性环境的适应性。受Cr(Ⅲ)冲击后的颗粒化EBPR系统在经过36天的恢复试验后,颗粒化EBPR系统运行性能受到严重抑制,并且不可恢复。在EBPR系统中,Cr(Ⅵ)的加入浓度为0.25、0.5、1.0、2.5、5.0mg·L-1时,聚磷菌所对应的比增长速率μ分别为0.5,0.3769,0.1560,0.0533,-0.0075d-1,抑制常数Ki为0.4258mg·L-1。反应器中的Cr(Ⅲ)浓度为0.5、1.0、2.5、5.0、10.0mg·L-1时,聚磷菌所对应的比增长速率μ分别为0.5728、0.5158、0.2621、0.1512、-0.2213d-1,抑制常数Ki为1.7548mmg·L-1。
【作者】苏斌；
【导师】孙培德；方婧；
【作者基本信息】浙江工商大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】铬；颗粒化EBPR系统；宏观性能；微观结构；菌群变迁；恢复试验；抑制动力学；

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