生物沥浸法处理剩余污泥的效能研究

生物沥浸法处理剩余污泥的效能研究
随着人们对生活用水的质量要求日益提高,污水处理厂数量的增多和污水处理技术的提升是大势所趋。

活性污泥法作为一种传统且高效的污水生化处理方法为绝大多数污水处理厂所应用,而使用活性污泥法处理城市污水,大量剩余污泥的产生不可避免。

由于剩余污泥中携带有重金属、病原微生物以及有毒有机物等成分,如不加妥善处理而肆意废弃势必会对周遭的土壤和水体造成二次污染,进而严重威胁人类健康。

因此,剩余污泥的安全处理处置极为关键。

生物沥浸技术作为一种经济且环境友好的污泥生物调理技术已经被应用到剩余污泥的处理处置中,该方法不但可以去除污泥中的重金属及病原微生物,还可以改善污泥的脱水性能,实现污泥的减量化,为污泥后续的处理处置提供便利、节约运输成本。

如何提高生物沥浸反应的效率,使其在最佳运行条件下最大限度改善剩余污泥的脱水性能是急需解决的问题。

本研究从培养生物沥浸功能菌种入手,着重研究了影响生物沥浸反应的几大因素对生物沥浸改善剩余污泥脱水性能反应进程的影响并研究了生物沥浸对剩余污泥的处理效能;用响应面法对生物沥浸反应参数进行优化,以期获得生物沥浸反应最佳运行条件;对生物沥浸功能菌液及沥浸污泥进行生物群落结构分析,明确了生物沥浸作用机制。

本文首先对生物沥浸功能菌种在特定培养基中进行富集培养并探究菌种在富集过程中的生长规律,绘制了生长曲线。

结果表明,在改进型9K培养基中对生物沥浸功能菌种进行富集,在30℃、180r/min的条件下经过72h的恒温振荡培养可以获得高活性高密度的功能菌种发酵液,菌浓度约为2.5g/L。

利用该发酵液研究生物沥浸对剩余污泥脱水性能的
影响,探究了污泥浓度、营养剂投加量、生物沥浸功能菌发酵液添加比例等影响因素对处理效果的影响。

结果表明,对于处理不同浓度的污泥有着相对应的营养剂投加量,使得在该条件下污泥的脱水效果最佳。

通过相关性分析得知,污泥浓度与营养剂投加量呈现出显著的正相关关系。

按10%的比例添加生物沥浸功能菌发酵液且按合适浓度添加营养剂来进行生物沥浸反应可以获得更理想的处理效果且处理成本与不添加营养剂的处理相比更低。

通过研究生物沥浸对剩余污泥的处理效能可知:生物沥浸处理由于功能菌种具有生物酸化作用,导致剩余污泥中微生物细胞破裂,随着生物沥浸反应的不断进行:(1)上清液中氮磷含量宏观上呈现出上升趋势;(2)污泥固相中重金属含量逐渐减少;(3)污泥混合液中EPS含量显著减少;(4)污泥混合液中异养微生物总数显著减少。

基于上述实验的结果,运用科学的方法优化反应参数,以期获得生物沥浸反应最佳参数比例。

本研究运用响应面优化设计的Box-Behnken设计方法对生物沥浸反应参数进行优化,以污泥浓度、营养剂投加量及反应时间三个因素为自变量,以污泥比阻的下降率为响应值,通过建立二阶多项式函数模型并对该模型得出的数据进行方差分析及显著性检验,最终得到最佳反应参数比例并对该组参数进行实验验证。

结果表明,响应面优化设计得到的二阶多项式模型可靠性较高,得出的优化参数为:污泥浓度约为20000mg/L,营养剂投加量约为2g/L,即污泥浓度、营养剂投加量、生物沥浸功能菌浓度三者之比为80:8:1,反应时间为1d。

利用该组参数进行验证实验,所得实际值与预测值的相对误差为2.16%。

对生物沥浸功能菌液及生物沥浸反应不同时间段的污泥进行取样并对各样
本的群落结构进行解析,共取得六个样本。

首先对收集的数据进行统计并优化,
确保分析数据的可靠性。

然后对各样本进行OTU分析、Alpha多样性分析、稀释曲线分析、Venn图分析、群落组成分析,并探究样本和物种的关系。

生物沥浸功能菌液物种丰富度较低,主要由Acidithillius嗜酸性硫杆菌属和Acidiphillum嗜酸性隐性异养菌属两种菌属组成。

生物沥浸功能菌属在污泥体系内的丰富度比例随着生物沥浸反应的不断进
行而显著增大,供试剩余污泥的群落结构经过生物沥浸处理后发生了明显的转变。

对生物沥浸作用机制进行分析,主要包括生物破壁作用、电荷中和及吸附架桥作用、胞外聚合物的减量、微生物群落结构的转变及次生铁矿物的生成等机制。