活性污泥解耦联代谢过程研究

论文摘要

活性污泥法是最常用的污水处理技术,但同时由此而产生的大量剩余污泥需要进行处理和处置。本文针对剩余污泥的减量问题,尝试利用前期研究证明具有高效解耦联效果的化学解耦联剂2,4,6-三氯苯酚（TCP）使活性污泥中微生物的分解代谢和合成代谢解耦联,造成能量泄漏,导致微生物的合成代谢速率小于分解代谢速率,进而使微生物产量减少,实现污泥减量化。本课题首先研究了活性污泥SBR系统中TCP的最佳使用浓度和对污泥的减量效果以及对污水处理效果的动态影响;其次,研究了长期添加三氯苯酚（TCP）对SBR工艺运行效能和污泥减量效果的影响,同时对解偶联剂造成的污泥沉降性能变化和污泥生态系统中微生物种群的变化进行了初步研究;再次,研究TCP在活性污泥系统中的迁移、转化过程,对其在出水和污泥中的含量进行跟踪监测;最后,研究了出水中TCP的安全性问题。在实验室规模的SBR中,投加不同浓度的TCP,研究其对污泥表观增长系数和基质去除率的动态影响。研究发现当系统中的污泥浓度为2000mg/L,溶解氧为6mg/L时,TCP在此套装置中的最佳使用浓度为4mg/l。在此浓度下能使污泥减量53.02%,并且对基质去除率的影响很小。动态实验的结果表明TCP的加入对比基质去除率有促进作用,TCP的加入可以使比基质去除率提高26%～34%。并且TCP的浓度越高,比基质去除率越高,表明代谢解偶联水平越高。而加入了TCP的活性污泥的比增长率较空白对照有所下降。这说明TCP使活性污泥中的微生物的分解代谢和合成代谢解偶联,这也就意味着存在较高程度的能量泄漏用于代谢调节,这也是污泥产率下降的原因。连续70天的运行结果表明,TCP能使污泥产量下降47.83%,而基质去除能力基本没有受到影响。污泥的SVI值比对照略有增大,但对污泥的沉降性能影响不大。应用显微镜对污泥系统进行分析。照片显示TCP加入后活性污泥的微生物群落有一定的变化,系统中后生与原生动物明显减少,这也许导致了解偶联代谢污泥絮体普遍较松散。研究了不同浓度的解耦联剂2,4,6-三氯苯酚（TCP）在活性污泥系统中的分布以及不同曝气时间和不同污泥浓度对TCP在出水和污泥中含量的影响。结果表明,反应后,TCP在水中的浓度约为系统初始浓度的70～80%;系统中约有25%的TCP分布在占总体积约为5～10%左右的污泥中;其中的20～30%存在于微生物细胞内部,说明在微生物的新陈代谢过程中,部分TCP转移到细胞内部。TCP在出水中的浓度随着曝气时间的增加或者污泥浓度的增加而有所下降,而污泥中的TCP浓度却略有上升。这说明,曝气时间越长、污泥浓度越高,越多的TCP向污泥中迁移、被吸附于微生物细胞表面或被积累在细胞中。通过VERO细胞培养法研究含有TCP浓度分别为1,5,10,20,50mg/L的培养基中的生长情况。结果发现,当溶液中TCP浓度小于或等于5mg/L时,其对Vero细胞的生长抑制作用小于5%,而当溶液中的TCP浓度超过5mg/L时,TCP对Vero细胞增值呈现出明显的抑制作用,并且该作用随着其浓度的增大而增大。这说明,若出水中的TCP浓度小于5mg/L,该出水水质是较安全的。以TCP为解耦联剂的SBR过程中,最佳使用浓度为4mg/L出水中残留约3mg/L,基本处于可接受水平。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 我国城市污水处理厂污泥概况
• 1.1.1 我国污泥排放现状
• 1.1.2 我国污泥处理处置现状与存在的问题
• 1.2 污泥减量化技术
• 1.2.1 维持代谢技术
• 1.2.2 基于隐性生长的污泥减量化技术
• 1.2.3 基于微型动物捕食作用的污泥减量化技术
• 1.2.4 代谢解耦联技术
• 1.3 投加解耦联剂法
• 1.3.1 研究现状
• 1.3.2 代谢解偶联技术用于剩余污泥减量化可能存在的负面影响
• 1.4 论文研究内容、技术路线和意义
• 1.4.1 论文研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 1.4.3 研究意义
• 第2章 SBR工艺中2,4,6-三氯苯酚的最佳投加浓度及其对污泥减量效果的影响
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验步骤
• 2.2.3 实验测定项目和方法
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 TCP最佳浓度的确定
• 2.3.2 TCP对污泥增长和COD去除的动态分析
• 2.4 结论
• 第3章 解耦联剂TCP对活性污泥性能的长期影响
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 实验测定方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 TCP对SBR系统污泥排放量的长期影响
• 3.3.2 TCP对SBR系统COD去除率的长期影响
• 3.3.3 TCP对SBR系统污泥沉降性能的长期影响
• 3.3.4 TCP对SBR系统污泥表观增长系数Yobs的长期影响
• 3.3.5 显微镜观察结果与分析
• 3.4 结论
• 第4章 TCP在活性污泥系统中的演变规律
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 实验材料与试剂
• 4.2.2 实验步骤
• 4.2.3 实验分析方法
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 TCP在水和污泥中的分布
• 4.3.2 曝气时间对TCP在水和污泥中分布的影响
• 4.3.3 污泥浓度对TCP在水和污泥中分布的影响
• 4.4 结论
• 第5章 出水中残留2,4,6-三氯苯酚（TCP）的环境安全性分析
• 5.1 前言
• 5.2 实验原理、材料与方法
• 5.2.1 实验原理
• 5.2.2 实验材料
• 5.2.3 实验步骤
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.4 结论
• 第6章 经济效益核算
• 6.1 前言
• 6.2 计算与分析
• 6.2.1 处理1吨水增加的投药费:
• 6.2.2 处理1吨水增加的溶解氧所耗电费
• 6.2.3 处理1吨水减少的处理费用
• 6.3 结论
• 第7章 总结
• 7.1 结论
• 7.2 进一步的建议
• 第8章 致谢
• 参考文献
• 个人简历在读期间发表论文和研究成果