污水生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹機(jī)理與控制研究項(xiàng)目摘要

生物脫氮工藝作為目前城市污水處理廠最普遍應(yīng)用的一種活性污泥處理工藝，絲狀菌污泥膨脹問題時(shí)有發(fā)生，并逐漸成為制約脫氮效果的一個(gè)重要難題。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)于生物脫氮工藝污泥膨脹的關(guān)注不多，對(duì)其發(fā)生機(jī)理缺少統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，更缺少有效的控制方法。本項(xiàng)目將專門針對(duì)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(yùn)行條件以及反應(yīng)器類型），建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)；采用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，檢測(cè)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(diǎn)；在此基礎(chǔ)上深入研究生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹機(jī)理；并進(jìn)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(jìn)工藝。通過本項(xiàng)目的研究，確定生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹的致因，進(jìn)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。

本項(xiàng)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(jìn)行試驗(yàn)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(jī)理和微生物特性，考察其對(duì)生物脫氮效果和有機(jī)物降解效果的影響。主要研究?jī)?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(jī)理研究、生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹的分子生物學(xué)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(gè)方面。研究取得的成果主要包括以下幾個(gè)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(duì)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(shí)際低C/N生活污水較優(yōu)運(yùn)行條件，確定了以乙酸鈉作為外加碳源時(shí)A/O工藝處理實(shí)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(shí)際低C/N生活污水時(shí)低氧絲狀菌污泥微膨脹的發(fā)生條件。在有機(jī)負(fù)荷(F/M)為0.28 kg/(kgMLSS?d)，溶解氧為0.5mg/L時(shí)，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(jī)理與原因。在低氧條件運(yùn)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(zhǎng)的主要原因。 三是確定了針對(duì)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(yīng)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(shí)，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(duì)SBR工藝H.hydrossis絲狀菌污泥膨脹的有效控制方法。維持有機(jī)負(fù)荷為0.37 kg/(kgMLSS?d)，采取完全好氧運(yùn)行模式，能夠較好地控制H.hydrossis絲狀菌引起的污泥膨脹。 本項(xiàng)目共發(fā)表論文SCI 3篇，EI 7篇，申請(qǐng)專利4項(xiàng)，在國(guó)際會(huì)議做分組報(bào)告3項(xiàng)，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

本書系統(tǒng)總結(jié)和歸納了國(guó)內(nèi)外目前在污泥膨脹領(lǐng)域取得的研究成果和最新進(jìn)展，在重點(diǎn)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(jī)理，客觀評(píng)價(jià)和比較不同污泥膨脹的預(yù)防與控制方法，并提出針對(duì)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(xué)基礎(chǔ)

第3章 絲狀菌形態(tài)學(xué)與生態(tài)生理學(xué)

第4章 污泥膨脹理論與學(xué)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(yù)防與控制

第7章 預(yù)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(xué)模型

第9章 國(guó)外控制污泥膨脹的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐

第10章 污泥膨脹的研究熱點(diǎn)和進(jìn)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(wú)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(tuán)生長(zhǎng)良好，顯微鏡下觀察到菌膠團(tuán)外緣整齊清晰，并可發(fā)現(xiàn)有纖毛類原生動(dòng)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(tuán)和絲狀菌組合而成的。絲狀菌猶似絮狀體的骨架，菌膠團(tuán)粘結(jié)在骨架上，相互交織在一起如同骨和肉的關(guān)系。對(duì)正常的活性污泥來說，它們兩者之間有一個(gè)適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系。如果絲狀菌生長(zhǎng)繁殖過多，菌膠團(tuán)的生長(zhǎng)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(yán)重時(shí)，顯微鏡下觀察的整個(gè)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(dá)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(xí)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。可見，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(qiáng)，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(rùn)。因此發(fā)生高黏性膨脹污泥時(shí)，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(shí)人們亦稱這種污泥膨脹為水漲性污泥膨脹或菌膠團(tuán)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(tuán)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(tuán)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(tuán)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(dá)400。在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，發(fā)生這種類型的污泥膨脹，相對(duì)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(duì)后面一種(非絲狀菌性污泥膨脹)則有所忽視。