低强度超声波强化厌氧折流板反应器处理污水性能研究

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厌氧折流板反应器(anaerobic baffled reactor,ABR)作为一种高效的厌氧生物处理工艺,不仅在处理中高浓度有机废水方面取得了一系列的研究成果,而且在处理低浓度废水方面也受到越来越广泛的关注。但是厌氧生物处理污水存在一些急需解决的问题。在低温下厌氧微生物生长慢,对基质的降解速率低;由于产气量小,导致固液传质效率低;产甲烷菌的生存条件苛刻,反应器的启动周期长。而低强度超声波辐照可以有效地促进传质、增加酶活性和加速细胞生长,从而能够强化污水生物处理,是提高污水厌氧生物处理效率的有效途径。本课题组设计制作了两个完全相同的ABR进行平行对照试验,接种污泥取自南昌市某污水处理厂的厌氧消化池,试验用水采用人工配制的污水。本课题组成功启动了两组ABR,然后研究了超声辐照间隔周期和辐照处理污泥比例两个重要运行参数,并在最佳运行参数下研究了超声对ABR的有机物降解、VFA、p H值、EPS分泌和释放、污泥形态和污泥沉降性能的影响。在稳定运行阶段研究了低强度超声波对ABR的抗水力冲击负荷、抗有机冲击负荷和抗低温的影响。实验研究结果表明:(1)超声辐照间隔周期和超声辐照处理污泥比例是影响ABR中各隔室内污泥脱氢酶活性和辅酶F420含量的两个重要工艺参数。从脱氢酶活性、辅酶F420含量和COD去除率的提高、经济合理的角度综合考虑,应该选择最佳超声辐照间隔周期为24 h。当超声辐照处理污泥比例为10%时,与对照组相比,超声组ABR中各隔室内污泥的脱氢酶活性、辅酶F420含量和COD去除率提高的幅度最大。因此,最佳超声辐照处理污泥比例为10%。(2)超声组ABR的平均COD去除率、平均TN去除率和平均TP去除率分别比对照组提高了7.2个百分点、6.8个百分点和2.8个百分点,平均NH3-N增加率比对照组降低了5.5个百分点。超声组和对照组ABR从1#隔室到4#隔室的VFA的浓度、胞外聚合物的总量、蛋白质的含量、多糖的含量、DNA的含量和污泥沉降性能都逐渐降低,p H值逐渐升高。超声组和对照组ABR在相同隔室内的EPS的总量基本相同、DNA的含量相差不大。与对照组相比,超声组ABR中各隔室内VFA的浓度和蛋白质的含量都有所提高、p H值和多糖的含量都有所降低、颗粒污泥粒径更小、污泥沉降性能更好。(3)超声组ABR的抗水力冲击负荷、抗有机冲击负荷和抗低温能力有所提高。当水力停留时间由原来的8 h调整为4 h时,超声组ABR比对照组提前4天达到稳定,超声组ABR的平均COD去除率比对照组提高了6.0个百分点。当进水COD由原来的600mg/L调整为1200 mg/L左右时,超声组ABR比对照组提前5天达到稳定,超声组ABR的平均COD去除率比对照组提高了5.2个百分点。在低温条件下,超声组ABR比对照组提前4天达到稳定,超声组ABR的平均COD去除率比对照组提高了8.6个百分点,COD总去除率明显提高,而且厌氧污泥的活性也提高到与常温条件下的对照组基本相同,低温条件下的超声强化效果比常温条件下更显著。
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