部分硝化颗粒污泥的培养及其调控研究

摘要

基于部分硝化过程的新型生物脱氮技术一般多应用于如污泥厌氧消化液、城市垃圾渗滤液等低 C/N比、高氨氮污水的处理。部分硝化颗粒污泥技术有望解决传统亚硝化工艺（如SHARON）面临的难题。因此，本研究考察了以自配低C/N比（为2）废水为研究对象，以普通活性污泥为种泥，研究SBR反应器中亚硝化颗粒污泥的形成过程。实验结果表明，系统运行40天后，获得成熟的亚硝化颗粒污泥，颗粒污泥颜色为黄色，平均沉降速率达60.8m·h-1，其中粒径大于0.45mm的约占总数的96%；出水中亚硝酸盐累积率稳定在75~80%，亚硝酸盐累积速率达0.6~0.8kg·m-3·d-1；DO、温度和SRT都不是导致亚硝酸盐积累的关键因素，高浓度FA是造成本研究亚硝化成功实现的主要原因；颗粒污泥SBR的单周期反应过程可依次划分为COD迅速降解阶段、第一过渡阶段、氨氮去除优势阶段、第二过渡阶段和饥饿阶段五部分；另外，研究还发现进水中COD对颗粒污泥的形成和亚硝化过程的实现具有重要贡献。
　　由于硝化细菌极低的生长速率、细胞产率和有限的 EPS产量，硝化颗粒污泥的形成一般需要较长的时间，而以好氧颗粒污泥接种，利用其良好的沉降性能或生物固定化功能可以实现硝化颗粒污泥的快速培养。另外，富集硝化菌等缓慢生长型微生物可改善颗粒污泥的稳定性。因此，本研究在SBR反应器中接种培养2个多月的好氧颗粒污泥快速启动硝化系统，并对启动过程中系统运行性能及颗粒污泥形态变化过程进行研究。通过逐步提升进水NH4+-N浓度（100~1000 mg·L-1）和缩短水力停留时间(8~4 h)，快速启动硝化颗粒污泥工艺。系统运行约30d时，进水NH4+-N负荷达3.9 kg·m-3·d-1，NH4+-N平均去除率在95%以上；后续高负荷运行阶段，氨氧化速率达5.0 kg·m-3·d-1左右；反应器中出现亚硝酸盐持续积累的现象，25~70 d期间，NO2--N积累速率达2~4.5 kg·m-3·d-1；尽管进水组分发生变化(COD/N比），且进水负荷波动频繁，但整个运行过程中污泥始终保持良好的颗粒结构，SVI为30~40 mL·g-1，36 d时粒径大于0.21 mm的颗粒污泥约占污泥的93%（质量分数）；颗粒污泥由接种时的浅黄色逐渐变为棕黄色，部分变为棕色。SBR中反应初期高FA和反应末期高FNA的共同作用是本研究中实现和维持短程硝化的关键因素。
　　过长的SRT不但容易导致颗粒污泥的解体，同时因高SRT造成的低微生物更新率，不能利用亚硝酸菌与硝酸菌在中温时生长速率的差异，通过排泥将系统中硝酸菌―洗出‖，经过一段时间的稳定运行后 NOB会对 FA的抑制作用会产生适应性，致使亚硝酸盐的积累受到破坏。研究发现由于颗粒粒污泥沉降速率的差异，颗粒污泥在沉降过程中会形成沿沉降方向呈一定梯度分布规律的颗粒污泥床，而倾向于生存在好氧区域所占体积比例较高的小粒径颗粒中的NOB一般分布于颗粒污泥床顶部。因此，通过选择性排出颗粒污泥床顶部污泥有望改善短程硝化颗粒污泥工艺的长期稳定运行。本研究即通过好氧颗粒污泥反应器160d的运行，考察了选择性分离颗粒污泥改善短程硝化工艺长期稳定运行策略的有效性。反应器整个运行过程分3个阶段，在第一阶段污泥停留时间（SRT）仅通过出水中携带的污泥自行调控，SRT极高，造成颗粒污泥的解体以及短程硝化性能的恶化。阶段2和阶段3中通过排出颗粒污泥床顶部污泥，控制SRT分别为45±5d和30±5d，氨氧化细菌（AOB）活性有明显提升。NO2--N比累积速率由阶段1运行时的7.44 mg·g-1·h-1上升至阶段2时的8.08 mg·g-1·h-1和阶段3时的9.14 mg·g-1·h-1；相反，NO3--N比产生速率从SRT无控制时的3.01 mg·g-1·h-1下降至SRT为30±5d时的1.54 mg·g-1·h-1；阶段3出水中亚硝酸盐累积率达80%以上。以上结果表明，通过选择性分离颗粒污泥控制SRT是实现短程硝化颗粒污泥工艺长期稳定运行的一种有效调控策略。另外，对于如反应器高径比、MLSS以及与 NOB竞争亚硝酸盐基质微生物的控制等影响选择性分离污泥策略的因素做了分析。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2―亚硝酸盐路线‖脱氮技术研究现状

1.3生物固定化技术——好氧颗粒污泥

1.4本文研究内容和目标

第二章1 低C/N比条件下亚硝化颗粒污泥的培养及成因分析

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第三章2 接种好氧颗粒污泥启动部分硝化工艺及其调控研究

3.1引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第四章3 选择性分离颗粒污泥改善部分硝化工艺性能的研究

4.1引言

4.2 材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第五章 结论与建议

参考文献

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