污水生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹機理與控制研究

本項目選取目前污水處理廠普遍采用的生物脫氮工藝----A/O工藝和SBR工藝進行試驗研究，研究生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹的發(fā)生條件、影響因素、作用機理和微生物特性，考察其對生物脫氮效果和有機物降解效果的影響。主要研究內(nèi)容包括生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹發(fā)生的環(huán)境因素研究、生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹機理研究、生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹的分子生物學研究以及生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹的控制方法研究四個方面。研究取得的成果主要包括以下幾個方面。 一是明確了低C/N比生活污水在生物脫氮過程中環(huán)境因素對絲狀菌污泥膨脹的影響過程。確定了在不加外碳源的情況下A/O工藝處理實際低C/N生活污水較優(yōu)運行條件，確定了以乙酸鈉作為外加碳源時A/O工藝處理實際低C/N生活污水的最低碳源投加量。 二是明確了A/O工藝處理實際低C/N生活污水時低氧絲狀菌污泥微膨脹的發(fā)生條件。在有機負荷(F/M)為0.28 kg/(kgMLSS?d)，溶解氧為0.5mg/L時，系統(tǒng)的SVI能穩(wěn)定維持在250mL/g以下，系統(tǒng)的曝氣能耗可節(jié)省約40%。明確了A/O工藝H.hydrossis絲狀菌惡性膨脹的發(fā)生及膨脹機理與原因。在低氧條件運行過程中，發(fā)生由H.hydrossis型絲狀菌引起的惡性污泥膨脹，分析了其快速生長的主要原因。 三是確定了針對A/O工藝H.hydrossis絲狀菌污泥膨脹的有效控制方法。將A/O反應器的好氧區(qū)由三格室增加到五格室，使水流接近推流式流態(tài)；同時，逐漸提高溶解氧至2mg/L，能有效控制污泥膨脹。 四是明確了針對SBR工藝H.hydrossis絲狀菌污泥膨脹的有效控制方法。維持有機負荷為0.37 kg/(kgMLSS?d)，采取完全好氧運行模式，能夠較好地控制H.hydrossis絲狀菌引起的污泥膨脹。 本項目共發(fā)表論文SCI 3篇，EI 7篇，申請專利4項，在國際會議做分組報告3項，培養(yǎng)博士研究生2名，碩士研究生7名，培養(yǎng)本科生3名。 2100433B

生物脫氮工藝作為目前城市污水處理廠最普遍應用的一種活性污泥處理工藝，絲狀菌污泥膨脹問題時有發(fā)生，并逐漸成為制約脫氮效果的一個重要難題。當前國內(nèi)外對于生物脫氮工藝污泥膨脹的關(guān)注不多，對其發(fā)生機理缺少統(tǒng)一認識，更缺少有效的控制方法。本項目將專門針對這一現(xiàn)狀展開，研究生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹發(fā)生的環(huán)境因素（包括水質(zhì)條件、運行條件以及反應器類型），建立相應的數(shù)據(jù)庫；采用現(xiàn)代分子生物學技術(shù)，檢測和鑒定生物脫氮過程中絲狀菌污泥膨脹的菌群特征，分析其結(jié)構(gòu)與功能的差異以及在不同環(huán)境中的變化特點；在此基礎(chǔ)上深入研究生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹機理；并進一步研究其有效的控制方法，開發(fā)防治污泥膨脹的生物脫氮改進工藝。通過本項目的研究，確定生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹的致因，進一步完善現(xiàn)有的活性污泥膨脹理論和生物脫氮理論，為解決城市污水處理廠生物脫氮過程發(fā)生的污泥膨脹問題，改善生物脫氮效果提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

本書系統(tǒng)總結(jié)和歸納了國內(nèi)外目前在污泥膨脹領(lǐng)域取得的研究成果和最新進展，在重點闡述絲狀菌生理生態(tài)特性的基礎(chǔ)上，詳述污泥膨脹的成因和機理，客觀評價和比較不同污泥膨脹的預防與控制方法，并提出針對不同污泥膨脹類型的不同控制方案。

前言

第1章 污泥膨脹的基本概念

第2章 活性污泥法微生物學基礎(chǔ)

第3章 絲狀菌形態(tài)學與生態(tài)生理學

第4章 污泥膨脹理論與學說

第5章 污泥膨脹的成因和主要影響因素

第6章 污泥膨脹的預防與控制

第7章 預防與控制污泥膨脹的專家系統(tǒng)

第8章 污泥膨脹的數(shù)學模型

第9章 國外控制污泥膨脹的經(jīng)驗和實踐

第10章 污泥膨脹的研究熱點和進展

彩圖 2100433B

活性污泥膨脹可分為：由于污泥中絲狀菌過度繁殖引起的絲狀菌性污泥膨脹以及無大量絲狀菌存在的非絲狀菌性污泥膨脹。通常多數(shù)情況下是絲狀菌性污泥膨脹。

絲狀菌性污泥膨脹

正常的活性污泥結(jié)構(gòu)較稠密，菌膠團生長良好，顯微鏡下觀察到菌膠團外緣整齊清晰，并可發(fā)現(xiàn)有纖毛類原生動物。污泥呈礬花狀，絮凝、沉降和濃縮性能良好。污泥體積指數(shù)(SVI)在100左右，污泥沉降體積(SV)在30%左右，含水率約90%。從污泥的結(jié)構(gòu)來看，活性污泥絮狀體是由菌膠團和絲狀菌組合而成的。絲狀菌猶似絮狀體的骨架，菌膠團粘結(jié)在骨架上，相互交織在一起如同骨和肉的關(guān)系。對正常的活性污泥來說，它們兩者之間有一個適當?shù)谋壤P(guān)系。如果絲狀菌生長繁殖過多，菌膠團的生長繁殖將受到抑制，好多絲狀菌伸出污泥表面之外，使得絮狀體松散，沉淀性能惡化，污泥體積膨脹，污泥沉降體積(%)及污泥體積指數(shù)(SVI)均很高，這就是絲狀菌性污泥膨脹。膨脹嚴重時，顯微鏡下觀察的整個視野幾乎都是絲狀菌。這種絲狀菌性膨脹的污泥體積指數(shù)(SVI)，一般可達200～2000，視膨脹程度而異。絲狀菌性膨脹污泥的外觀不同于正常污泥，上清液少但亦非常清澈。

這種由于絲狀菌過度繁殖而引起的活性污泥膨脹，占發(fā)生污泥膨脹的大多數(shù)，故一般人們常把這種絲狀菌性污泥膨脹，習慣上通常為污泥膨脹。

非絲狀菌性污泥膨脹

活性污泥膨脹，除了上述的一種類型外，還有并非絲狀菌過度繁殖而引起的一種類型，稱之為非絲狀菌性污泥膨脹。這種膨脹是由于在活性污泥菌體外積蓄高黏性多糖類物質(zhì)而形成的?？梢?，它和上述一種類型污泥膨脹的區(qū)別，就在于：前者是直接由于微生物增殖造成，而后者是南于代謝產(chǎn)物(高黏性多糖類)積蓄造成。由于這種高黏性代謝產(chǎn)物(多糖類)分子中具有許多氫氧基，與水的結(jié)合力很強，呈親水性，是一種非常穩(wěn)定的親水膠體。而且這種高黏性物質(zhì)在活性污泥中覆蓋著微生物，一般呈凝膠狀態(tài)的形式。凝膠的特征是需吸收大量的水予以膨潤。因此發(fā)生高黏性膨脹污泥時，其外觀體積顯著增大。它所含的結(jié)合水，比正常的活性污泥要多出好幾倍。故有時人們亦稱這種污泥膨脹為水漲性污泥膨脹或菌膠團污泥膨脹。亦就是說，在這種膨脹污泥絮狀體中，含結(jié)合水很高的菌膠團和絲狀菌之間的比例和前述絲狀菌性膨脹污泥正好相反，即菌膠團占了多數(shù)，絲狀菌很少或甚至看不到，即使看到也是為數(shù)極少的短絲狀菌。因而，亦使得絮狀體松散。

不同于絲狀菌性膨脹污泥，非絲狀菌性膨脹污泥的沉淀、濃縮性能變差是由于菌膠團含有大量水分，體積膨脹，而使污泥容重減輕，壓縮性能惡化之故。這種膨脹污泥的污泥體積指數(shù)(SVI)，亦可高達400。在實際運轉(zhuǎn)中，發(fā)生這種類型的污泥膨脹，相對絲狀菌性污泥膨脹來說，還是極少數(shù)的。故一般人們提到污泥膨脹，往往指的是前面一種(絲狀菌性污泥膨脹)，而對后面一種(非絲狀菌性污泥膨脹)則有所忽視。