强化污水处理厂剩余污泥微氧水解酸化的研究

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水体富营养化已成为全球性最突出的水环境问题,大量研究表明富含氮、磷的污水的过度排放是导致地表水体富营养化的主要原因。生物脱氮除磷技术由于经济高效的特点已被广泛应用于各大城市污水处理厂。目前城市污水厂在运行过程中面临两大难题:一是碳源不足成为低C/N比污水脱氮除磷处理的瓶颈;二是生物处理过程产生大量的剩余污泥需要妥善的处理处置。因此,内碳源开发以及剩余污泥的减量化、无害化和资源化成为近年来的研究热点。  本研究在微氧条件下考察了化学表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和零价铁粉两两混合对污水处理厂剩余污泥水解酸化的影响,以及环境pH值对微氧水解酸化的影响。主要考察指标为溶解性化学需氧量(SCOD)、溶解性蛋白质、溶解性多糖、TVFA(Total Volatile Fatty Acid)及其组分、氨氮和磷等产物,并对系统中微生物群落结构进行分析。  考察表面活性剂与零价铁粉混合投加对污泥水解酸化的影响,研究结果表明:表面活性剂和零价铁对污泥水解酸化都有一定的促进作用,综合考虑污泥水解酸化效果、表面活性剂的投加剂量即投加成本和反应时间,最终两种物质组合的最佳投加量分别为:SDS+SDBS为0.06+0.06(g/gTSS)、SDS+Fe为0.04+0.2(g/gTSS)、SDBS+Fe为0.08+0.4(g/gTSS)。  分析比较了十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和零价铁粉单独投加和每两种物质混合投加(最佳投加量)对污泥水解酸化的影响。研究表明:两种物质混合投加有利于产酸阶段的进行,并且产酸阶段持续的时间更长久,不仅可以提高酸化效率,增大产酸量,还可以提高乙酸所占百分比;污泥消化液中蛋白质浓度始终高于多糖浓度,水解作用越好,蛋白质浓度与多糖浓度的比值越大,水解作用越差,蛋白质浓度与多糖浓度的比值越小;由于Fe2+或Fe3+会与磷酸盐生成沉淀,所以有铁投加的反应器内,磷浓度偏低。  采用高通量测序的方法对系统中微生物群落结构进行分析。研究表明:门水平优势菌种共有7大类。最主要的菌门有三种,分别是:Proteobacteria、Bacteroidetes和Firmicutes。水解效果最好的是单独投加SDS和混合投加SDS+SDBS,Proteobacteria为主要优势菌种,分别占58.4%和60.5%,较其它反应器高很多。两种物质混合投加比各物质单独投加时,属水平上的相对丰度要大,均大于空白对照组;相对丰度最大的为气单胞菌属(Aeromonas),主要的功能是发酵产酸作用;其次为Macellibacteroides,可以降解蛋白质,发酵氨基酸为乙酸和氨气;vadinBC27和Thauera也是两种相对丰度较大的发酵型细菌。除了水解发酵型细菌外,其余大部分都是脱氮除磷菌。  考察微氧曝气条件下pH值对污泥水解酸化溶出物及微生物群落结构的影响。研究结果表明碱性条件下,污泥微氧水解酸化溶出物中VFAs、可溶性COD、蛋白质和多糖浓度均高于酸性条件,最佳pH值为10.0。TVFA浓度最高达到4156.4mg COD/L,乙酸是主要产物,占TVFA的52%。蛋白质浓度是多糖浓度的3-4倍。pH值10.0条件下,第8天时,蛋白质浓度达到2621.2mg COD/L。碱性及微曝气条件下,氨氮的溶出浓度远小于酸性条件。研究结果证实了污泥微氧消化开发内碳源的可行性。原污泥和pH值4.0的酸性条件下,变形菌门(Proteobacteria)是优势菌种,分别占59.9%和38.6%。pH值10.0的碱性条件下,厚壁菌门(Firmicutes)转变为为优势菌种,占70.9%,其中隶属于Firmicutes的梭菌纲(Clostridia)所占比例最大,约为63.4%。不同酸碱条件下,微生物的群落结构及优势菌种的改变导致不同的污泥消化性能。
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