SBR运行方式、温度及C/N对生物脱氮过程胞外聚合物(EPS)组分的影响

摘要

污水生物脱氮已成为当今水污染控制领域的重要研究方向，其过程主要由硝化和反硝化两段工艺完成，即通过硝化细菌将氨氮转化为硝态氮，后通过反硝化细菌将硝态氮转化为氮气从水中逸出。在生物脱氮过程中，如果营养物质或环境条件发生变化，会影响硝化菌和反硝化细菌的活性，进而影响生物脱氮效果。
　　胞外聚合物（EPS）是活性污泥絮体的重要组成部分，是微生物新陈代谢分泌的高分子物质，对活性污泥结构和性能具有重要影响。大量研究表明，运行方式、温度和C/N对生物脱氮性能具有重要的影响。高温条件下，会促使活性污泥硝化类型发生转变，快速实现短程硝化；而C/N过高时，活性污泥系统中异养菌会大量增殖，从而抑制硝化菌的生长，影响生物脱氮效率。
　　为了深入考察SBR运行模式、温度和C/N对生物脱氮性能及胞外聚合物组分的影响，本研究采用SBR工艺，从运行模式、温度和C/N三方面考察了系统的生物脱氮性能及胞外聚合物组分的变化规律。获得的主要结论具体如下：
　　（1） SBR反应器缺氧/好氧（A/O）和好氧/缺氧（O/A）2种运行模式对生物脱氮性能及EPS组分的影响，主要结论包括：
　　1)两种运行模式条件下，NH+4-N平均去除率都在97.2％以上，均获得高效稳定的NH+4-N去除效果；
　　2)两种运行模式条件下，污泥中EPS的含量均逐渐增加，且A/O系统污泥中EPS的含量均大于O/A系统污泥中EPS含量；
　　3)硝化阶段产生EPS量明显高于反硝化阶段产生的EPS量；
　　4) O/A系统内SVI值和增加幅度均明显高于A/O系统的SVI变化，表明O/A运行方式更易于活性污泥发生膨胀；
　　5)污泥中EPS含量与活性污泥SVI值呈正相关，表明EPS对活性污泥沉降性能具有重要影响。
　　（2）在试验设定的15℃、25℃和35℃三种温度条件，考察了温度对SBR生物脱氮性能及EPS组分的影响，主要结论包括：
　　1)不同温度条件下，3个 SBR系统均获得了高效稳定的氨氮去除效果。在进水NH+4-N浓度为24.3～39.8mg/L条件下，出水NH+4-N浓度维持在1.5mg/L以下，去除率均维持在88.9~100%范围内，平均值达到97.5%；
　　2)温度对SBR系统硝化类型转变产生明显影响。在35℃高温条件下，SBR易于实现稳定的短程硝化反硝化；
　　3) DO和pH值作为控制参数，可以准确把握硝化反硝化终点，节省曝气能耗，并能通过实时控制曝气时间，来控制NOB的活性，以便于实现硝化类型的转变；
　　4)温度对活性污泥沉降性能具有重要影响。3种温度条件下 SBR系统内活性污泥均随着试验的进行，发生污泥膨胀现象；
　　5)不同温度条件下，污泥中EPS各组分DNA、PS、PN的变化规律表现为硝化阶段逐步升高，反硝化阶段降低。随着温度的升高，污泥中EPS各组分的含量逐渐降低；
　　6)污泥中EPS主要成分为PS，上清液中EPS主要成分为PN，DNA在污泥和上清液中均占极少部分，表明PN比PS更易分离于上清液中；
　　7)过曝气和外加碳源均对短程生物脱氮系统上清液中PN和PS产生重要影响。硝化阶段，过曝气导致上清液中PN含量降低，PS含量增加；反硝化阶段投加外碳源导致上清液中EPS各组分含量恢复。
　　（3）在试验设定的4种C/N(0:1、5:1、10:1、15:1)条件下，研究了C/N对SBR生物脱氮性能及EPS组分的影响，主要结论包括：
　　1)4种C/N条件下，SBR系统均实现了充分的硝化作用，获得高效稳定的NH+4-N去除效果，平均去除率为90%以上；
　　2)4种C/N条件下，反应器内的硝化反应速率（NR）的大小顺序为：NRR5＞NRR10＞NRR0＞NRR15；
　　3)当C/N为0和5时，活性污泥EPS各组分DNA、PN、PS含量硝化结束时浓度明显大于硝化开始时浓度。而当C/N为15时，活性污泥中DNA和PN的增量最小，而C/N为0时，PS的增量为最小；
　　4)4种C/N条件下，硝化反应过程中，污泥中EPS总量逐渐增加。C/N为5时硝化反应结束时的EPS总量值最大，为190.2mg/(gVSS)。而当C/N为10时，硝化反应结束时的EPS总量值最小，为119.9mg/(gVSS)。

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1绪论

1.1课题背景

1.2 生物脱氮

1.3 胞外聚合物

1.4 本课题的研究内容

2 试验材料与方法

2.1 试验用水和接种污泥

2.2 试验装置及运行方式

2.3 试验设备与分析仪器

2.4 分析项目与检测方法

2.5 EPS提取方法

2.6 EPS各组分具体检测方法

3 SBR运行模式对其生物脱氮及EPS组分的影响

3.1 引言

3.2 试验材料与方法

3.3 计算方法

3.4 SBR交替好氧/缺氧运行模式对其生物脱氮性能的影响

3.5 SBR交替好氧/缺氧运行模式对胞外聚合物的影响

3.6 SBR运行模式对污泥特性的影响

3.7 SBR典型周期内氮、COD、EPS及其组分的变化规律

3.8本章小结

4 温度对SBR生物脱氮性能及胞外聚合物组分的影响

4.1引言

4.2 试验材料与方法

4.3温度对SBR系统生物脱氮性能的影响

4.4温度对胞外聚合物组分的影响

4.5 温度对活性污泥特性的影响研究

4.6 过曝气及碳源类型对短程生物脱氮过程EPS组分的影响

4.7本章小结

5．C/N对SBR生物脱氮过程中胞外聚合物组分的影响

5.1 引言

5.2试验材料与方法

5.3 C/N对SBR生物脱氮硝化特性的影响

5.4 C/N对EPS含量及其组分的影响

5.5 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果