碳源脅迫對顆粒污泥穩(wěn)定性及除磷特性的影響及機制

分別以葡萄糖和醋酸鈉為碳源培養(yǎng)成熟的脫氮除磷顆粒污泥，研究了環(huán)境條件（溫度變化及低DO）和營養(yǎng)不足（氮缺乏）條件會使系統(tǒng)由于絲狀菌過度繁殖而發(fā)生膨脹，兩種膨脹條件下，EPS變化不同，前者EPS升高而后者EPS降低，前者污泥反硝化加強，而后者反硝化減弱。究其主要原因為膨脹中優(yōu)勢微生物的差異引起。另外，兩種碳源條件下形成的顆粒污泥微生物優(yōu)勢種群結(jié)構(gòu)不同（以葡萄糖為碳源的顆粒污泥中，Candidatus Saccharimonas含量最高，其次是Thauera，Candidatus Accumulibacter和Lebinella。而以醋酸鈉為碳源的顆粒污泥中Chitinophagaceae unclassified含量最高，其次是Rhodocyclaceae unclassified，Deltaproteobacteria unclassified，Thiothrix絲硫細菌屬），EPS含量不同，但EPS中蛋白質(zhì)均為其主要組成部分，其次是多糖。兩種碳源條件下的生物除磷中，糖原是重要的能量物質(zhì)，其中以葡萄糖為碳源的顆粒污泥中糖原的含量達15%以上系統(tǒng)均能保持穩(wěn)定，SEM結(jié)果顯示其微生物以球菌為主，污泥中磷含量在5%左右；而醋酸鈉為碳源的顆粒污泥中糖原在10%以下，系統(tǒng)維持穩(wěn)定，其微生物以球菌和短桿菌為主，污泥中的磷的含量在6%左右。同時，前者中EPS中磷含量高達30%，后者EPS中磷含量基本維持在10%，前者EPS含量在 285mg/g VSS左右，后者EPS總量在200mg/g VSS左右。由此看出，兩種碳源條件下，前者除磷的主要機理為生物除磷作用和胞外EPS的化學除磷作用，而后者主要以胞內(nèi)生物除磷為主，而生物除磷中糖原是其代謝途徑中不可缺少的重要部分。利用XRD和SMT手段對污泥中磷的成份分析發(fā)現(xiàn)，污泥中磷主要以無機磷為主，其中Ca-P是無機磷的主要組成形式，其中以葡萄糖為碳源的顆粒污泥中基于EPS的化學除磷作用，無機磷種類較多，利用SMT法不能檢測出其他形態(tài)磷。利用31P-NMR法對EPS 中磷進行分析發(fā)現(xiàn)，EPS中未發(fā)現(xiàn)有Mono-P，Diester-P和膦酸酯有機磷，而主要以O(shè)rtho-P和Poly-P無機磷形式存在。說明在EPS中不存在生物作用，EPS中磷主要源于磷的化學作用及傳輸過程中截留的部分磷。同時研究發(fā)現(xiàn)，0.06g/L GO雖然對除磷和反硝化作用不具

顆粒污泥具有沉速快、活性高、污泥濃度高等特點，在脫氮除磷方面具有較好的應(yīng)用前景，但污泥穩(wěn)定性不足制約了其應(yīng)用。EPS是決定顆粒污泥穩(wěn)定性的關(guān)鍵物質(zhì)，并在顆粒污泥除磷過程中可能扮演重要角色。不同碳源可通過改變細菌群落結(jié)構(gòu)從而影響顆粒污泥中EPS組成，進而影響污泥穩(wěn)定性及除磷效果，但目前對該過程尚缺乏認識。本研究擬以不同碳源下培養(yǎng)的同步脫氮除磷顆粒污泥為研究對象，利用SEM和PCR-DGGE等手段研究顆粒污泥中微生物形態(tài)和菌群結(jié)構(gòu)，利用TEM和TOC等手段研究顆粒污泥EPS的形態(tài)、組成等，根據(jù)碳源、菌群結(jié)構(gòu)和EPS組成間的關(guān)系，揭示碳源對顆粒污泥穩(wěn)定性的影響及機制；利用XRD等手段研究不同碳源下顆粒污泥中磷的形態(tài)及含量，探討磷在顆粒污泥中賦存形式、分布及其含量，分析EPS對除磷的作用機制，進而揭示碳源對顆粒污泥除磷的影響及機制。研究結(jié)果可為顆粒污泥系統(tǒng)穩(wěn)定高效除磷提供理論和技術(shù)支持。

《厭氧顆粒污泥的吸附特性及工程應(yīng)用》較為詳細地闡述了厭氧顆粒污泥的組成結(jié)構(gòu)、特性、吸附理論基礎(chǔ)及相關(guān)研究進展，借助生物學手段和熱力學方法揭示了厭氧顆粒污泥吸附有機污染物的機理，并就吸附過程進行了吸附動力學模型擬合；同時，從吸附劑、吸附質(zhì)以及環(huán)境條件等方面全面系統(tǒng)地分析了厭氧顆粒污泥吸附有機污染物的影響因素，提出了具有優(yōu)良吸附性能的厭氧顆粒污泥的特征，總結(jié)了厭氧顆粒污泥吸附特性在工程中的應(yīng)用。本書拓展了廢水厭氧生物處理的理論基礎(chǔ)，拓寬了厭氧顆粒污泥技術(shù)的應(yīng)用范圍，也為實際工程的設(shè)計、操作提供了有力的依據(jù)，具有較強的實用性和參考價值，可供環(huán)境科學與工程、市政工程等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、科研人員和管理人員參考，也可供高等學校相關(guān)專業(yè)師生參閱。

第1章 概述

1.1 厭氧顆粒污泥

1.1.1 厭氧顆粒污泥的發(fā)現(xiàn)

1.1.2 厭氧顆粒污泥的定義

1.1.3 厭氧顆粒污泥的優(yōu)點

1.2 厭氧顆粒污泥的形成

1.2.1 厭氧顆粒污泥的形成過程

1.2.2 厭氧顆粒污泥形成的幾種假說

1.2.3 厭氧顆粒污泥形成的影響因素

1.3 厭氧顆粒污泥的形態(tài)結(jié)構(gòu)、組成、微生物相及特性

1.3.1 厭氧顆粒污泥的外觀形態(tài)

1.3.2 厭氧顆粒污泥的結(jié)構(gòu)

1.3.3 厭氧顆粒污泥的微生物相

1.3.4 厭氧顆粒污泥的化學組成

1.3.5 厭氧顆粒污泥的特性

1.4 吸附

1.4.1 吸附的類型

1.4.2 生物吸附

參考文獻

第2章 厭氧顆粒污泥吸附有機物的性能及機理

2.1 厭氧顆粒污泥吸附有機物的性能

2.1.1 實驗?zāi)康?

2.1.2 吸附實驗裝置

2.1.3 厭氧顆粒污泥初期吸附實驗方法

2.1.4 厭氧顆粒污泥對廢水中有機物COD的初期吸附去除

2.1.5 厭氧顆粒污泥吸附去除廢水中有機物過程中VFA的變化

2.1.6 厭氧顆粒污泥吸附去除廢水中有機物過程中CH4的變化

2.1.7 結(jié)果分析

2.1.8 小結(jié)

2.2 厭氧顆粒污泥的吸附機理

2.2.1 吸附等溫線

2.2.2 吸附熱力學參數(shù)

2.2.3 同種厭氧顆粒污泥經(jīng)不同處理后對有機污染物的吸附

2.3.4 不同種厭氧顆粒污泥經(jīng)相同處理后對有機污染物的吸附

2.2.5 紅外光譜

2.3 結(jié)論

參考文獻

第3章 厭氧顆粒污泥的吸附動力學

3.1 吸附過程

3.2 吸附動力學模型

3.2.1 膜傳質(zhì)

3.2.2 顆粒間的擴散

3.2.3 準一級動力學模型和準二級動力學模型

3.3 厭氧顆粒污泥吸附的動力學

3.3.1 膜傳質(zhì)和顆粒間的擴散模型擬合

3.3.2 準一級反應(yīng)動力學及準二級反應(yīng)動力學模型擬合

3.4 小結(jié)

參考文獻

第4章 影響厭氧顆粒污泥吸附性能的因素

4.1 厭氧顆粒污泥特性對有機污染物初期吸附性能的影響

4.1.1 污泥粒徑及比表面積

4.1.2 污泥生物活性和比產(chǎn)甲烷活性

4.1.3 污泥沉降性

4.1.4 污泥疏水性

4.1.5 污泥胞外多聚物

4.1.6 污泥表面Zeta電位

4.1.7 污泥微生物組成

4.1.8 污泥濃度

4.1.9 厭氧顆粒污泥良好吸附性能評價

4.2 廢水特性對有機污染物初期吸附性能的影響

4.2.1 有機污染物濃度

4.2.2 不同粒徑有機污染物COD

4.2.3 不同溶解態(tài)有機污染物COD

4.2.4 溶解態(tài)有機物葡萄糖

4.2.5 修正后不同溶解態(tài)有機污染物COD

4.2.6 離子強度

4.2.7 重金屬離子

4.2.8 毒性物質(zhì)

4.2.9 小結(jié)

4.3 環(huán)境條件對厭氧顆粒污泥初期吸附性能的影響

4.3.1 pH值

4.3.2 溫度

4.3.3 攪拌

4.3.4 小結(jié)

參考文獻

第5章 厭氧顆粒污泥吸附特性的工程應(yīng)用

5.1 厭氧顆粒污泥對有機污染物的吸附

5.1.1 AB-ASBR工藝的提出

5.1.2 AB-ASBR工藝流程

5.1.3 AB-ASBR工藝的生物學基礎(chǔ)

5.1.4 AB-ASBR工藝特點

5.1.5 AB-ASBR對啤酒廢水的處理

5.1.6 AB-ASBR和ASBR工藝運行效果對比

5.2 厭氧顆粒污泥對染料的吸附

5.2.1 染料廢水及其來源

5.2.2 染料廢水的危害

5.2.3 染料廢水污染特性

5.2.4 染料廢水的處理現(xiàn)狀

5.2.5 厭氧顆粒污泥對染料的吸附

5.2.6 厭氧顆粒污泥對亞甲基藍的吸附

5.2.7 AB-ASBR反應(yīng)器處理低濃度的亞甲基藍廢水

5.3 厭氧顆粒污泥對廢水中難降解有機物的吸附

5.3.1 難降解有機物

5.3.2 難降解有機物的來源及危害

5.3.3 難降解有機物的特性

5.3.4 難降解有機物廢水的處理現(xiàn)狀

5.3.5 厭氧顆粒污泥對難降解有機物的吸附降解

5.3.6 厭氧顆粒污泥對鄰苯二甲酸二丁酯的吸附

5.4 厭氧顆粒污泥對廢水中重金屬的吸附

5.4.1 重金屬廢水及其來源

5.4.2 重金屬廢水的危害

5.4.3 重金屬廢水污染特性

5.4.4 重金屬廢水的處理現(xiàn)狀

5.4.5 重金屬廢水的生物吸附機理

5.4.6 厭氧顆粒污泥對重金屬的吸附

5.4.7 厭氧顆粒污泥對Hg2 的吸附

5.4.8 厭氧顆粒污泥對Cr6 的吸附

5.4.9 填充柱工藝處理重金屬污染廢水

參考文獻