城镇污水脱氮除磷系统污泥膨胀生物学成因及控制措施研究

摘要

近年来，随着水体富营养化问题的突出和污水排放标准的日趋严格，污水脱氮除磷技术成为污水处理领域研究开发和应用的热点。然而，脱氮除磷系统在低温条件下极易发生污泥膨胀，丝状菌大量繁殖，导致污泥沉降性能大幅下降，进而引起系统处理能力与效率的降低，影响污水处理厂的正常运行和出水达标。
　　本研究以青岛海泊河污水处理厂MSBR系统和序批式活性污泥小试系统为研究对象，从微生物群落结构变化和优势菌属生理特性角度出发，探究低温条件下脱氮除磷系统污泥膨胀的形成机制，并在此基础之上考察臭氧氧化和无机颗粒性物质介入对低温污泥膨胀的控制和预防作用。研究结果表明:
　　(1)通过低温条件下生产性活性污泥系统微生物群落结构的研究，结果表明:
　　在低温条件下已发生污泥膨胀的活性污泥系统中，微生物群落丰度及多样性较低，丝状菌大量增长，其优势菌属为微丝菌。丝状菌在细菌中所占比例高达12.4％。而微丝菌（M.parvicella）占丝状菌的比例为88％，处于绝对优势地位。因此，脱氮除磷系统低温膨胀是由微丝菌大量增殖引起的。
　　(2)通过不同反应温度条件下现场序批式小试系统污泥膨胀试验的研究，结果表明:
　　①反应温度的降低导致活性污泥系统中丝状菌的不断增长。当系统反应温度为21℃、18℃、15℃、12℃、8℃时，活性污泥中丝状菌所占比例分别为1.8％、3.5％、5.2％、7.4％、10.1％。
　　②随着反应温度的降低，活性污泥絮体尺寸变小，形状变的更加不规则，边界更加粗糙，导致活性污泥沉降性能逐渐变差。当反应温度从21℃降至8℃时，污泥絮体的等效圆直径(De)由347μm减小至202μm;三维纵横比(AR)由1.26增至1.81;分形维数(FD)由1.18增至1.22;系统的SVI值由85mL/g上升至362mL/g。说明，不同温度条件下，污泥絮体尺寸越小、形状越不规则、边界越粗糙，越不利于活性污泥的沉降。
　　(3)通过臭氧氧化对活性污泥沉降性能及丝状菌菌群结构影响的研究，结果表明:
　　①在春季升温阶段，对于已发生污泥膨胀的活性污泥系统而言，臭氧的投加有效改善了系统的沉降性能，臭氧氧化对丝状菌的生长有抑制作用，但不能削弱易引起污泥膨胀和污泥浮沫的微丝菌属（M.parvicella）的优势地位，无法控制丝状菌的大量爆发。臭氧连续投加一个月后，系统的DSVI值由270 mL/g下降至125 mL/g。细菌中丝状菌的比例由12.41％减至9.28％，其中微丝菌属（M.parvicella）占丝状菌的比例由88％下降至77％，在丝状菌菌群中仍处于优势地位。
　　②在冬季降温阶段，在降温之前即向活性污泥系统投加臭氧，使系统保持了良好的沉降性能，防止了丝状菌的大量爆发，尤其控制了微丝菌属（M.parvicella）的增殖，有效预防了冬季低温条件下的污泥膨胀。臭氧连续投加三个月后，系统反应温度已降至13℃，系统DSVI值为122 mL/g，活性污泥中丝状菌所占比例为5.14％，微丝菌属（M.parvicella）占丝状菌的比例为48.5％。
　　(4)通过粉煤灰对活性污泥沉降性能及丝状菌菌群结构影响的研究，结果表明:
　　①在春季升温阶段，对于已发生污泥膨胀的活性污泥系统而言，粉煤灰投加后系统DSVI值迅速下降，但短期内又出现上升;粉煤灰的投加无法有效抑制丝状菌的生长，不能从根本上控制污泥膨胀。粉煤灰投加一个月后，系统DSVI值为125 mL/g，活性污泥中丝状菌所占比例仍然高达12.34％，微丝菌属（M.parvicella）占丝状菌的比例为67％，在丝状菌菌群中仍处于优势地位。
　　②在冬季降温阶段，在降温之前向活性污泥系统投加粉煤灰使系统保持了良好的沉降性能，抑制了丝状菌的大量生长。粉煤灰投加三个月后，系统反应温度已降至13℃，DSVI值仅为115mL/g。活性污泥中丝状菌所占比例为8.13％，微丝菌属（M.parvicella)占丝状菌的比例为66.2％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 污泥膨胀概述

1．1．1 污泥膨胀的定义

1．1．2 污泥膨胀的影响因素

1．1．3 污泥膨胀的控制方法

1．2 脱氮除磷活性污泥系统污泥膨胀

1．3 活性污泥系统中丝状菌研究进展

1．3．1 丝状菌的形态学研究

1．3．2 丝状菌的生态学研究

1．3．3 丝状菌与污泥絮体结构的关系

1．4 海泊河污水处理厂运行概况

第2章 研究背景、内容及试验方法

2．1 课题研究背景及意义

2．1．1 课题研究背景

2．1．2 课题研究目的及意义

2．2 研究内容

2．3 丝状菌分子生态学分析方法

2．3．1 Miseq高通量测序

2．3．2 测序数据处理与分析

2．4 丝状菌菌群结构分析方法

2．5 活性污泥絮体结构分析方法

2．5．1 污泥絮体图像处理

2．5．2 污泥絮体形态特征值

2．6 常规指标分析

第3章 基于分子生态学污水脱氮除磷系统污泥膨胀成因研究

3．1 不同温度条件下生产性活性污泥系统微生物群落结构变化分析

3．1．1 实验条件与方法

3．1．2 不同反应温度条件下活性污泥系统细菌群落的变化

3．1．3 不同反应温度条件下活性污泥系统丝状菌的变化

3．2 不同温度条件下现场序批式小试系统微生物群落结构变化分析

3．2．1 实验设计与方法

3．2．2 不同反应温度条件下活性污泥沉降性能的变化

3．2．3 不同反应温度条件下活性污泥系统中丝状菌的变化

第4章 臭氧氧化对活性污泥沉降性能及丝状菌菌群结构影响研究

4．1 实验设计

4．1．1 实验材料与方法

4．1．2 实验装置

4．2 臭氧氧化对活性污泥系统沉降性能的影响

4．2．1 反应温度升温过程臭氧氧化对活性污泥沉降性能的影响

4．2．2 反应温度降温过程臭氧氧化对活性污泥沉降性能的影响

4．3 臭氧投加过程中活性污泥系统细菌群落结构的变化

4．3．1 臭氧投加过程中活性污泥细菌群落丰度及多样性的变化

4．3．2 臭氧投加过程中活性污泥丝状菌比例的变化

4．3．3 臭氧投加过程中活性污泥丝状菌菌群结构的变化

第5章 无机颗粒性物质对活性污泥沉降性能及丝状菌菌群结构影响研究

5．1 实验设计

5．1．1 实验材料

5．1．2 实验方法

5．2 无机颗粒性物质介入对活性污泥系统沉降性能的影响

5．2．1 反应温度升温过程投加粉煤灰对活性污泥沉降性能的影响

5．2．2 降温粉煤灰投加过程活性污泥沉降性能的变化

5．3 活性污泥系统细菌群落结构的变化

5．3．1 粉煤灰投加过程中活性污泥细菌群落丰度及多样性的变化

5．3．2 粉煤灰投加过程中活性污泥丝状菌比例的变化

5．3．3 粉煤灰投加过程中活性污泥丝状菌菌群结构的变化

第6章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致谢