剩余污泥厭氧酸化液VFAs為碳源驅(qū)動(dòng)硝酸鹽去除的研究.pdf

1、我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥中，含有大量的難降解有機(jī)物和氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素。若只經(jīng)過(guò)減量化處理后外排，會(huì)嚴(yán)重威脅環(huán)境安全和公眾健康。目前，厭氧酸化法是能同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥無(wú)害化和資源化的途徑之一。通過(guò)厭氧酸化，污泥中的大部分有機(jī)物可以轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)和乙醇等易降解物質(zhì)，回用于污水處理中，既可以解決反硝化碳源不足的問(wèn)題，還能進(jìn)一步提高污水的脫氮除磷效率。但一般厭氧條件下污泥產(chǎn)生的VFAs量很少，不足以滿(mǎn)足實(shí)際工程中反硝化菌對(duì)碳源

2、的需要，因此需要不斷調(diào)控厭氧酸化的影響因素，提高剩余污泥的水解酸化率。同時(shí)，不同條件下剩余污泥產(chǎn)生的VFAs組成分布不同，而VFAs中各酸含量的不同又會(huì)對(duì)反硝化速率和硝酸鹽去除率產(chǎn)生不同的影響。因此，本論文結(jié)合國(guó)內(nèi)外污泥產(chǎn)酸發(fā)酵的研究進(jìn)展，運(yùn)用單因素調(diào)控和響應(yīng)面法系統(tǒng)地研究了不同厭氧條件對(duì)污泥產(chǎn)酸及其組分的影響，并人工模擬不同組成分布的VFAs作碳源，對(duì)UASB反應(yīng)器中污水的反硝化速率和脫氮率進(jìn)行了初步探索。
　　首先單一調(diào)控剩余

3、污泥的初始pH、ORP和反應(yīng)的振蕩速率，以污泥發(fā)酵液中的SCOD、VFAs及其組分的變化為研究重點(diǎn)，根據(jù)污泥水解和產(chǎn)酸的效果確定各因素的最佳值。結(jié)果表明，最適初始pH為6.0或8.0，此條件下污泥能快速生成340.7 mg/L和325.8 mg/L的VFAs，酸化率分別為65.9％、63.6％。最適初始ORP為200 mV，此時(shí)厭氧過(guò)程中pH和ORP均在水解酸化菌的適宜范圍內(nèi)。雖然初始ORP對(duì)VFAs產(chǎn)量影響不大，且各組分含量在厭氧過(guò)程

4、中基本保持不變，但較低的ORP有利于增加戊酸的含量并使乙酸長(zhǎng)時(shí)間積累。振蕩速率和發(fā)酵時(shí)間密切相關(guān)，60 r/min、反應(yīng)4h和150 r/min、反應(yīng)12h都取得了較好的產(chǎn)酸效果，VFAs產(chǎn)量分別為318.0 mg/L和278.2 mg/L，酸化率各為65.3％、59.3％。此外，振蕩速率對(duì)丙酸的形成影響較小，而高振速下出現(xiàn)了乙酸的累積。
　　為研究多因素之間的相互作用，本論文采用響應(yīng)面法設(shè)計(jì)污泥SS、初始ORP和振蕩速率的不同組

5、合條件，對(duì)嗜熱菌處理后的剩余污泥進(jìn)行厭氧酸化，通過(guò)分析響應(yīng)面圖和擬合方程，確定污泥發(fā)酵液中SCOD、VFAs及其組分、乙醇、蛋白質(zhì)和糖類(lèi)含量最大時(shí)的最適條件。實(shí)驗(yàn)表明，污泥SS對(duì)剩余污泥產(chǎn)生的VFAs總量影響不大，而初始ORP和振蕩速率較低的條件則有助于VFAs的積累。這是由于初始ORP較低能使發(fā)酵過(guò)程的ORP控制在水解酸化菌適宜的范圍內(nèi)，振蕩速率較低則能使污泥中的有機(jī)物與微生物長(zhǎng)時(shí)間充分接觸。最適條件8.0 g/L、0和60 r/mi

6、n下VFAs產(chǎn)量最大為1400.8 mg/L，約是原污泥的29倍。同樣，SCOD受SS影響很小，在混合狀態(tài)相同時(shí)高濃度污泥并沒(méi)有生成更多的可溶性有機(jī)物。預(yù)測(cè)的SCOD最大值是8331.7 mg/L，對(duì)應(yīng)的最適條件為8.0 g/L、143.7 mV和60.0 r/min。此外，發(fā)酵液中乙酸和乙醇的含量與SS和振蕩速率密切相關(guān);丙酸和丁酸的含量受初始ORP的影響較大，這可能是由于初始ORP的變化容易引起剩余污泥產(chǎn)酸過(guò)程中發(fā)酵類(lèi)型的改變，從而

7、造成丙酸或丁酸的積累;SS和初始ORP相互影響了戊酸和蛋白質(zhì);而厭氧菌的發(fā)酵可能多以糖降解為主，使得糖類(lèi)累積量很少，三因素對(duì)其作用規(guī)律仍未可知。
　　最后研究了不同組成分布的VFAs作碳源對(duì)硝酸鹽去除的影響。用不同比例的乙酸和丙酸制成混合酸后，污水的反硝化速率和脫氮率都比較高。其中乙/丙為1∶2時(shí)降解最快，脫氮率最高為97.5％。硝酸鹽氮的降解速率還與丙酸含量呈一定的正相關(guān)。這也證明了VFAs中丙酸比乙酸更適合作反硝化碳源。當(dāng)不同

8、體積比的乙酸、丙酸、丁酸和戊酸作反硝化碳源時(shí)，污水的反硝化速率和脫氮率差異很大。結(jié)果顯示，四種酸的最佳體積比為30％∶60％∶5％∶5％，此時(shí)各酸含量分別為482.5 mg/L、205.7 mg/L、52.3 mg/L和26.9 mg/L。該比例下雖然反硝化速率不是最快，但出水中硝酸鹽氮濃度會(huì)隨反應(yīng)時(shí)間不斷下降，達(dá)到2.0 mg/L以下，脫氮率最高為97.5％，實(shí)現(xiàn)了污水的深度脫氮。此外，增加丁酸和戊酸的含量對(duì)污水中硝酸鹽的快速降解也能