连续式厌氧微生物破解剩余污泥反应器的设计与运行

摘要

活性污泥法是世界上主流处理污水的方法，然而其处置过程中产生的大量剩余污泥如果处置不当会对环境造成严重的二次污染。末端处置方法（如填埋、焚烧及堆肥等）不能从根本上实现经济高效的污泥处置，因此建立一个稳定、安全、经济的处理剩余污泥方法已经成为一个热点研究领域。
　　好氧-沉淀-厌氧（OSA）系统更稳定和经济。但在OSA系统中污泥破解效率依赖于氧化还原电位（ORP）水平，许多研究都是在氧化还原电位为?250 mV下进行的。然而，这个氧化还原电位水平意味着一个严格的厌氧条件，这在工程是很难实现的。此外，因为氧化还原电位水平无法再低于?250 mV，污泥减量效果也无法再提升。但一些厌氧微生物可以加强破解过程，突破由氧化还原电位水平带来的上限。
　　我们以前的研究表明，厌氧微生物比厌氧环境的破解污泥效果更好。且氧化还原电位水平没有特别控制（在0至50 mV之间），污泥破解效果已经十分明显。但与大多数研究一样，我们前期取得的良好污泥破解效果是350 mL小体系的间歇处理。在工业应用前，需要进行增大处理能力和提高破解效果的研究。因此，4L连续式厌氧反应器的设计用来解决上述问题。除了少量厌氧微生物之外，没有任何附加条件，如控制氧化还原电位水平或调节pH等。
　　在反应器中加入4 L蒸馏水和3 g厌氧菌。通过对液相中COD、NH4+-N、TP、蛋白质和多糖等指标的测定，来考察不同水力停留时间（4 d、3 d和2 d）对污泥破解效果的影响。结果表明：水力停留时间为4 d时，出水中COD、NH4+-N、TP的浓度分别从98 mg·L-1、0.06 mg·L-1、0.133 mg·L-1升高到3310 mg·L-1、8.90 mg·L-1、3.90 mg·L-1，蛋白质及多糖浓度从42.94 mg·L-1、22.69μg·L-1升高到99.12 mg·L-1、377.83μg·L-1；水力停留时间为3 d时，出水中COD、NH4+-N、TP的浓度分别从72 mg·L-1、0.04 mg·L-1、0.005 mg·L-1升高到3103 mg·L-1、3.11 mg·L-1、3.88 mg·L-1，蛋白质及多糖浓度从22.37 mg·L-1、5.37μg·L-1升高到37.32 mg·L-1、83.78μg·L-1；水力停留时间为2 d时，出水中COD、NH4+-N、TP的浓度分别从92 mg·L-1、0.04 mg·L-1、0.61 mg·L-1升高到2973 mg·L-1、3.10 mg·L-1、3.84 mg·L-1，蛋白质及多糖浓度从20.13 mg·L-1、1.34μg·L-1升高到36.85 mg·L-1、69.84μg·L-1。
　　我们发现以上指标均随着厌氧时间的延长而增大，且随着水力停留时间的增加而增大。这表明对于此反应器厌氧时间越长，污泥的破解效果越好；水力停留时间越长，污泥的破解效果越好。
　　通过投加促酶活物质，我们发现 FeCl3对污泥破解起抑制作用，而粉末活性炭对污泥破解起促进作用。投加5 g FeCl3期间，污泥破解率为46.7％，日均减量1.06 g·L-1；投0.5 g加粉末活性炭期间，污泥破解率为59.1%，日均减量1.34 g·L-1。
　　本文主要对此反应器中污泥的破解效果进行了探讨，旨在为后期的试验和污水处理厂提供理论参考。

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缩略词

第一章 文献综述

1.1 我国城镇污水处理和污泥处置现状

1.2 污泥减量化研究进展

1.3 污泥厌氧消化研究进展

1.4 胞外聚合物对污泥减量影响的研究进展

1.5 本研究的目的意义及技术路线

第二章 材料与方法

2.1 材料

2.2 仪器

2.3 测试方法

第三章 反应器的设计与运行

3.1 塑料模型反应器的设计与运行

3.2 玻璃模型反应器的设计与运行

3.3 玻璃反应器的设计与运行

3.4 本章小结

第四章 厌氧菌破解剩余污泥的效果研究

4.1 污泥破解效果

4.2 有机物的释放

4.3 胞外聚合物与污泥细胞破解的关系

4.4 本章小结

第五章 促酶活物质对污泥破解效果的影响

5.1 促酶活物质的污泥破解效果

5.2 促酶活物质对胞外聚合物影响

5.3 促酶活物质对有机物释放的影响

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

作 者 简 介

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