序批式活性污泥法(SBR)生物脱氮过程胞外聚合物影响因素研究

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生物脱氮技术是当今水污染控制领域的重要研究方向,其具有处理效果较好且低能耗等特点。氮的去除通过硝化和反硝化工艺两部分组成,即在硝化菌作用下将NH4+-N转化为NO3--N,紧接着反硝化菌作用下将硝态氮转化为氮气从水中逸出。微生物脱氮过程中,底物的组成或生长环境条件的变化,会影响到硝化菌和反硝化细菌的生长状况,降低氨氮的去除效果。胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substance,EPS)是污泥絮体的一部分,是相关菌种在生长过程中所分泌的高分子有机物质,对絮体的组成以及脱氮性能具有影响。国内外学者认为,SBR运行模式和温度对生物脱氮性能有着一定的影响。为了考察SBR运行模式(aerobic/anoxic(O/A)和anoxic/aerobic(A/O))和温度对生物脱氮性能和EPS及其组分的影响,在研究中采用SBR工艺,从运行模式(O/A和A/O)和温度考察了SBR系统的生物脱氮性能和EPS及其组分的特性。研究的结果如下:(1)SBR系统缺氧/好氧(A/O)和好氧/缺氧(O/A)2种运行模式对生物脱氮性能及EPS组分影响,主要结论包括:1)O/A和A/O运行条件下,SBR反应器均实现了较高的氨氮去除率,去除率分别为97.5%和98.0%。2)在RO/A和RA/O系统,硝化速率分别为6.4±1.9 mg/(gVSS·h)和6.3±2.0mg/(g VSS·h)。SBR的运行模式条件对硝化反应速率几乎无影响。3)硝化速率随着NH4+-N负荷的增加而升高,呈现正相关。4)运行模式对紧密结合型胞外聚合物(tightly bound EPS,TB-EPS)及其组分((蛋白质(protein,PN)、多糖(Carbohydrate,PS)和核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)))无影响;而松散型胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)含量以及及其组分(PN和PS),A/O模式分别是是O/A模式的1.4、1.38和1.56倍;5)RO/A和RA/O系统中TB-EPS含量占EPS含量的80%以上,LB-EPS占EPS含量的16%20%,因此,EPS主要以TB-EPS为主。6)两种运行模式下,PS占TB-EPS和EPS含量的67%73%和48%51%之间,PS是TB-EPS和EPS中主要的组分,而PN为LB-EPS的主要成分,占LB-EPS含量的54%56%;7)EPS对活性污泥的沉降性能具有一定的影响。随着EPS产量的增加,污泥的沉降性能变差,即污泥EPS与SVI呈正相关。(2)在实验条件为15、25和35℃下,探究在温度变化过程中,SBR系统NH4+-N去除效果和EPS及其组分的影响,主要结论包括:1)R15℃、R25℃和R35℃系统NH4+-N相应的去除率平均值分别为96.9%、98.3%和96.6%。本实验3种温度条件下,SBR反应器均实现了较高的NH4+-N去除率,获得了较充分的NH4+-N去除效果。2)R15℃、R25℃和R35℃系统的硝化反应速率分别为3.2±0.26 mg·(g·h)-1、4.3±0.47mg·(g·h)-1、7.9±0.86 mg·(g·h)-1,可见随着温度升高,硝化反应速率显著增高。可见温度对生物脱氮硝化反应速率具有重要影响。3)R15℃表现为全程硝化,R25℃中NH4+-N去除基于全程生物脱氮和短程生物脱氮两种途径完成,而R35℃系统中实现了稳定的短程硝化,说明高温条件有利于短程硝化的实现,并获得较高的硝化速率。4)温度对EPS,LB-EPS和TB-EPS含量具有一定影响。随着温度升高,三者均呈现逐渐降低趋势。此外,EPS以TB-EPS为主(占69.079.5%),随着温度升高,TB-EPS含量逐渐降低,LB-EPS含量却逐渐上升(20.531%),导致TB-EPS/LB-EPS比值逐渐减小,介于2.23.8之间。5)温度对EPS中PN,DNA和PS含量产生明显影响。PN和DNA在EPS,TB-EPS和LB-EPS中含量随温度升高而降低。PS在EPS和LB-EPS中含量随着温度升高而增加,在TB-EPS中含量逐渐降低。此外,15℃和25℃时,PN是EPS,TB-EPS和LB-EPS的主要成分。35℃时,EPS和TB-EPS主要成分是PS,LB-EPS主要成分PS和PN,比例均为49%。6)不同温度条件下,EPS及其各组分在生物脱氮过程的变化规律表现出一定差异性。15℃时,EPS及其各组分呈现逐渐增加(硝化反应过程),而后逐渐降低的趋势(反硝化过程)。25℃和35℃时,EPS及其各组分呈现先降低、后升高(硝化反应过程),再轻微升高的趋势。
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