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好氧颗粒污泥作为一种新型生物废水处理技术,近年来已成为国内外研究的一个热点。但是,无论是模拟废水还是实际废水为基质,形成的好氧颗粒污泥均存在稳定性问题,即长期运行中好氧颗粒出现容易出现解体消失。影响好氧颗粒污泥稳定的因素很多,根据其属性和实际作用,可分为外部输入运行因素(有机负荷、培养运行方式、温度、溶解氧等)和内部生长影响因素(EPS组成和含量、颗粒组分电化学特性以及微生物组成和种类等)。本论文围绕这些影响因素,从成熟好氧颗粒污泥出发,较系统地探讨和研究好氧颗粒污泥稳定性的表现特征及转化机理。主要试验研究结果如下: 1.在SBR反应器中,颗粒污泥稳定性及解体转化特征随有机负荷提高主要有两种表现:①典型好氧颗粒污泥系统,在剪切力的控制下(Vup=3.0 cm/s),平均粒径1.5mm左右,当进料COD逐渐升高至2800 mg/L,有机负荷为8.0 kgCOD/m3·d时,颗粒污泥出现解体现象。其主要特征为絮体污泥大量产生,原有的颗粒污泥直接解体为碎片或者絮体污泥。②特殊片状结构的好氧颗粒污泥系统,当有机负荷仅提高至1.7 kgCOD/m3·d(进料COD升高至600mg/L),颗粒污泥出现不稳定特征,颗粒污泥内部逐渐形成厌氧区域而变灰或变黑并形成空洞,粒径3.0-5.0mm的大颗粒逐渐解体为细小的碎片或者絮体。因此,不同形态结构的好氧颗粒污泥,在不同运行条件下其稳定性表现特征不同,对有机负荷变化的响应有较大差别,典型好氧颗粒污泥对有机负荷提升具有较高的稳定边界条件。 2.在两个絮体SBR反应器(R1和R2)中投加颗粒污泥,SVI值分别由原来的49 ml/g和39ml/g下降为25ml/g和29ml/g,疏水性分别由原来的38％和33％升高至56％和52％,电位值由-18.0mV左右迅速减低为-11.0 mV左右。R1反应器中投加的颗粒部分破碎成小颗粒,50天后实现完全颗粒化。R2反应器中投加的颗粒污泥基本能保持自身的完整形念和稳定性,35天后完全颗粒化。结果综合表明,投加颗粒污泥可明显提高污泥沉降性能和聚集能力,加速絮状污泥颗粒化过程并缩短完全颗粒化时间。低有机负荷运行可促进污泥性能的转变和加速颗粒化过程的进行。 3.采用城市生活污水,在反应器起始阶段采用高污泥浓度(12.3-20.0 g/L)和低污泥负荷(0.021-0.056 kgCOD/kgSS·d)方法有利于初始好氧颗粒形成。控制污泥浓度(4.0g/L)和污泥负荷(0.225 kgCOD/kgSS·d)可作为快速颗粒化技术的重要运行控制措施。厌、好氧交替SBR运行模式不仅强化了TN,TP去除,而且有利于形成稳定的好氧颗粒污泥。在进水温度较低时(＜13℃),大量原后生动物(累枝虫或钟虫)生长附着于好氧颗粒表面,对保持颗粒污泥结构不利。较高的进水SS含量对维持颗粒污泥的良好沉降性能和结构也有负面影响。 4.采用离心技术,在不同的离心条件下藉助污泥压缩比(VCR)作为一个量化指标,可有效用于比较和判别颗粒污泥的结构强度和稳定性。这种方法简便、有效且灵敏性高。良好的颗粒污泥结构稳定性好、强度高。在离心力3000-10000×g作用下,其VCR值在0.86-0.94之间。而絮体污泥在同样的离心力区间下,VCR值仅在0.21-0.29之间。7000×g为颗粒污泥结构强度变化的临界值。当离心力在3000-10000×g时,密度变化仅从1.024升至1.028g/ml,密度变化较小,而絮体污泥变化很大,充分说明了好氧颗粒自身结构稳定性。对离心过程中颗粒污泥进行受力分析、建立模型,可得出颗粒污泥所受压强的公式表达:Pn=F(n-1)/△a=2ρ0ω2[r02-(△ι+ι0)r0+△ι(△ι+2ι0)/4]。 5.对颗粒污泥和絮体污泥进行三维荧光分析,颗粒污泥EPS三维荧光波谱含有Peak A,Peak B和Peak C三个荧光峰,而解体后絮体污泥则只含有Peak B和Peak C,二者差异明显。Peak A所对应的含有苯环氨基酸结构的物质主要存在于LB-EPS中,表明LB-EPS可能是影响污泥结果稳定性的重要成分,并对颗粒污泥解体转化为絮体污泥产生影响。颗粒污泥不同成分的电位值规律为Zeta(混合液)≈Zeta(LB-EPS)＜Zeta(TB-EPS)＜Zeta(提取后颗粒),其值分别为-10.0,-12.0 mV,-17.0 mV,-30 mV,表明LB-EPS电位与混合液电位接近,即混合液的电化学特性主要由LB-EPS所决定。 6.对不同粒径颗粒进行荧光染色,粒径较小(0.8mm左右)的颗粒污泥结构致密,蛋白、多糖和微生物在颗粒污泥径向上(由外及内)均有分布。粒径较大(2.5mm)的颗粒污泥,其蛋白、多糖和微生物主要分布在颗粒污泥的外层,结构疏松,内部空洞较大。因此,粒径不同的颗粒内部组成和空问结构有较大差别。PCR-DGGE分析结果表明良好的颗粒污泥其微生物相较为稳定,菌群相对较少,解体后絮体污泥微生物相种类趋于丰富和多样。 7.当真菌颗粒大量形成时,通过调整进水基质,用醋酸钠替代葡萄糖,能有效抑制真菌颗粒的生成。基质不同对反应器中颗粒形态和微生物相具有重要的影响,并最终影响颗粒污泥的稳定性。添加NaHCO3(200mg/L)调控碱度和控制pH值,能有效抑制细菌颗粒污泥表面生长的大量丝状微生物。当进水pH值由原来7.0左右调整为8.5-9.0左右时,通过两周的运行,丝状微生物逐渐消失。