胞外聚合物对活性污泥沉降性能影响机制研究

摘要

城镇污水处理厂作为重要的城市基础设施，在解决水污染与保护自然水体环境方面发挥着不可替代的作用。活性污泥法是城镇污水处理的主流技术，而现有城镇污水处理厂，冬季低温条件下普遍存在污泥膨胀问题，不仅会导致污泥沉降性能显著降低以及污水处理系统活性污泥的大量流失，而且直接导致污水处理厂处理能力与效率的降低，最终影响污水处理厂的正常运行。
　　本课题以实际生产性活性污泥处理系统和现场序批式活性污泥小试系统为研究对象，探究不同温度条件下活性污泥中胞外聚合物及其组分含量的变化对污泥絮体结构和沉降性能的影响，分析了低温条件下胞外聚合物大量积累引起的污泥沉降恶化和污泥比重下降的原因。主要研究成果如下：
　　(1)通过对一年四季不同温度条件下实际生产性活性污泥系统的研究，结果表明:随着反应温度的下降，活性污泥沉降性能逐渐变差，胞外聚合物不断积累，其中主要是LB-EPS（即疏松型的胞外聚合物）和Total-C(即胞外多糖)的大量累积。当反应温度从25.7℃降至11.1℃时，SVI值从232mL/g升至326mL/g，其增加量为94 mL/g，增加幅度达41％;LB-EPS从88mgCOD/gMLVSS增加至207mgCOD/gMLVSS，其增加量达到119mgCOD/gMLVSS，增幅高达135％，LB-EPS的增加量占Total-EPS增加量的73％;Total-C从34.51mg/gMLVSS增加至56.85mg/gMLVSS，其增加量达到22.34mg/gMLVSS，增幅为39％。此外，不同温度条件下，活性污泥SVI值与LB-EPS、Total-C存在较高的相关性。因此，在实际生产性活性污泥系统中，随着反应温度的下降活性污泥中LB-EPS和Total-C的不断积累是导致活性污泥沉降性能变差的直接原因。
　　(2)通过外力作用人为改变污泥絮体结构，分析胞外聚合物对活性污泥基质传质影响的研究，结果表明:利用外力作用后的活性污泥进行现场序批式小试试验，作用强度为超声波(20W/gMLSS，20kHz)分别处理0min、1min、2min、5min，外力作用后活性污泥的代谢能力和污泥的沉降性能得到不同程度的提高，INT-ETS（即电子传递体系活性）分别为107、110、150、161 mg/（gVSS*h），SVI分别为213、207、147、109mL/g;而活性污泥的胞外聚合物含量发生明显变化，尤其是LB-EPS分别为276、242、192、175mgCOD/gMLVSS，TB-EPS分别为421、423、368、339 mgCOD/gMLVSS;作用强度不同的活性污泥系统之间SVI、INT-ETS值与LB-EPS、TB-EPS都存在很好的相关性。因此，当通过外力作用人为改变污泥絮体结构后提高了污泥的基质传质能力，进而增强了活性污泥的代谢能力，导致胞外聚合物含量的减少，最终改变了活性污泥的沉降性能。
　　(3)通过对不同温度条件下现场活性污泥小试系统的研究，结果表明:
　　①当反应温度从24℃降至8℃时，活性污泥系统沉降性能和污泥代谢能力逐渐变差，活性污泥系统的比重逐渐下降，胞外聚合物尤其是LB-EPS和Total-C的不断积累。SVI值从85mL/g升至328mL/g，其增加值高达243 mL/g,增加幅度更是高达286％;污泥比重值从1.0318g/mL降至1.0129g/mL;而LB-EPS则从167 mgCOD/gMLVSS增加至287 mgCOD/gMLVSS，其增加值为120 mgCOD/gMLVSS，增加幅度高达72％; Total-C从47.4 mg/gMLVSS增加至72.4 mg/gMLVSS，其增加值为25 mg/gMLVSS，增加幅度为53％。活性污泥的SVI值与LB-EPS、Total-C之间也存在很高的相关性;活性污泥的SVI值与污泥比重之间也存在很高的相关性。因此，对不同温度条件下现场活性污泥小试系统而言，随着反应温度的下降LB-EPS和Total-C的不断积累以及污泥比重的不断减小是导致活性污泥沉降性能变差的直接原因。
　　②当反应温度从24℃降至8℃时，活性污泥的代谢能力逐渐下降。TTC-DHA（即脱氢酶活性）从16.74mg/(gVSS*h)降至4.39 mg/(gVSS*h),其值下降12.35 mg/(gVSS*h);INT-ETS（即电子传递体系活性）从170.86 mg/(gVSS*h)降至41.37 mg/(gVSS*h)，其值下降129.49 mg/(gVSS*h)。活性污泥系统的反应温度与TTC-DHA与INT-ETS之间存在较高的相关性; TTC-DHA、INT-ETS与LB-EPS、Total-C、污泥比重之间存在很高的相关性。因此，对不同温度条件下现场序批式活性污泥小试系统而言，活性污泥代谢能力随反应温度下降而降低，进而导致胞外聚合物的不断积累和污泥比重下降，是导致活性污泥沉降性能变差的根本原因。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 我国水环境现状

1．2 活性污泥法在污水处理中的应用

1．2．1 活性污泥法

1．2．2 活性污泥法应用中存在的主要问题

1．3 污泥膨胀

1．3．1 污泥膨胀的定义

1．3．2 脱氮除磷系统的污泥膨胀

1．4 胞外聚合物

1．4．1 胞外聚合物的定义及功能介绍

1．4．2 胞外聚合物的主要影响因素

1．4．3 胞外聚合物对活性污泥絮凝沉降性能的影响

第2章 研究内容和试验方法

2．1 课题研究背景

2．2 研究内容

2．3 试验方法

2．3．1 常规指标

2．3．2 活性污泥镜检

2．3．3 胞外聚合物的提取和测定

2．3．4 微生物胞内能量代谢指标

2．3．5 比重的测定

第3章 胞外聚合物随反应温度的变化对污泥沉降性能的影响研究

3．1 反应温度对胞外聚合物的组成及其含量的影响

3．1．1 不同温度条件下胞外聚合物总量的变化

3．1．2 不同温度条件下胞外聚合物中多糖类物质的变化

3．1．3 不同温度条件下胞外聚合物中蛋白类物质的变化

3．2 活性污泥沉降性能的影响分析

3．2．1 反应温度对活性污泥沉降性能的影响

3．2．2 胞外聚合物对活性污泥沉降性能的影响

第4章 反应条件变化对活性污泥的胞外聚合物及沉降性能的影响

4．1 运行条件对活性污泥胞外聚合物及沉降性能的影响

4．1．1 试验材料与方法

4．1．2 活性污泥系统的运行状况

4．1．3 活性污泥胞外聚合物的变化

4．1．4 胞外聚合物对活性污泥沉降性能的影响

4．2 外力作用对污泥胞外聚合物及沉降性能的影响

4．2．1 试验材料与方法

4．2．2 活性污泥沉降性能、结构、活性及其处理能力变化

4．2．3 活性污泥胞外聚合物的变化

4．2．4 胞外聚合物对活性污泥沉降性能的影响

4．3 在缺少基质条件下活性污泥胞外聚合物及沉降性能的变化

4．3．1 试验材料与方法

4．3．2 活性污泥代谢活性及其絮体结构的变化

4．3．3 活性污泥胞外聚合物含量变化

4．3．4 胞外聚合物对活性污泥沉降性能的影响

第5章 反应温度对活性污泥沉降性能影响机制研究

5．1 试验方法与装置

5．1．1 试验方法

5．1．2 试验装置

5．2 反应温度变化对不同反应负荷处理系统处理能力与污泥结构的影响

5．3 不同温度条件下胞外聚合物及其组分的变化

5．3．1 反应温度对胞外聚合物总含量的影响

5．3．2 反应温度对胞外聚合物中多糖类物质的影响

5．3．3 反应温度对胞外聚合物中蛋白类物质的影响

5．4 微生物代谢活性变化对胞外聚合物和污泥比重的影响

5．4．1 反应温度对微生物代谢活性的影响

5．4．2 胞外聚合物随微生物代谢活性的变化

5．4．3 污泥比重随微生物代谢活性的变化

5．5 活性污泥沉降性能的影响研究

5．5．1 反应温度对污泥沉降性能的影响

5．5．2 活性污泥疏水性对污泥沉降性能的影响

5．5．3 活性污泥絮凝性能对污泥沉降性能的影响

5．5．4 胞外聚合物对污泥沉降性能的影响

5．5．5 活性污泥比重对污泥沉降性能的影响

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