固定化菌藻共生系统去除氮磷的效能研究及EPS在其过程的作用机制

作     者：章楚卓 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：詹健

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：菌藻共生 脱氮除磷 胞外聚合物 发光填料 

摘      要：在采用传统活性污泥法处理污水时,仍存在如脱氮除磷方面优势不足、运行费用高、容易出现污泥膨胀、需定期排泥、管理复杂、效果不稳定等缺陷,在当今社会以可持续发展和节能为导向的技术需求下,采用菌藻共生体系来处理污水是一种可行的替代方式,将菌藻共生系统引入到SBR反应器中,利用污泥细胞和藻类细胞的协同作用,不仅可以弥补SBR在脱氮除磷方面的不足,更有资源的回收、降低能耗等技术优势,具有重大的研究意义。本课题对小球藻与活性污泥协同互补形成的菌藻共生系统处理生活污水进行了研究,考虑小球藻在反应器内部光照不足和流失现象严重,故在反应器内添加发光填料,并在此基础上添加了光照强度和光照时间两因素对固定化菌藻共生系统处理污水效能的影响,并提取分析固定化菌藻共生体系中污泥及生物膜胞外聚合物,探究胞外聚合物的含量及性质在固定化菌藻共生系统中的作用机制。首先探讨发光填料对系统水处理效能的影响。针对反应器内部由于光衰减现象导致的微藻生长速率受限以及藻类细胞流失现象严重的问题,在反应器内部添加发光填料。设置四组反应器,尽量控制各组反应器的其他运行条件一致,待反应器运行一段时间后,每天在相同的时间范围内取水样,测定各组反应器的出水水质及系统内叶绿素a的浓度,以此判断处理效能及藻类的生长状况。研究表明,添加了发光填料的反应器对COD、NH-N、TP的平均去除率分别为86.19%、87.46%、80.02%,比对照组的平均去除率分别高出了9.78%、7.42%、13.92%;其悬浮液、上清液和填料上的叶绿素a浓度在反应周期内最高可分别达到540±10μg/L、350±10μg/L和240±10μg/L,由此可知在该反应器内藻类的生长状况较好。其次,由于光照在藻类生长繁殖的过程中起到至关重要的作用。因此考察了光照强度和光照时间对固定化菌藻共生系统脱氮除磷效果的影响。在反应周期内对出水水质中的COD、NH-N、TP、叶绿素a浓度及污泥性质等指标的考察,确定反应器运行的最佳光照条件。结果表明,光照强度为4500lux时,反应器对COD、NH-N、TP的平均去除率分别达到89%、90.58%、85.4%,污泥性质较好,没有出现污泥膨胀及老化的现象;光照时间为10h时,反应器内对COD、NH-N、TP的平均去除率分别达到89.51%、91.15%、85.85%,其污泥体积指数(SVI)处在50-100m L/g之间,说明污泥沉降性能较好。最后,在最佳光照条件下长期运行反应器。两组菌-藻SBR反应器,一组添加普通填料,一组投加发光填料,对系统内污泥和生物膜EPS中的含量及性质进行考察。试验结果表明,投加了发光填料的反应器中EPS含量大于添加普通填料的反应器,不论是污泥相还是生物膜相,其LB-EPS中PN/PS值都明显高于TB-EPS;且生物膜相中LB-EPS和TB-EPS的PN/PS值均大于污泥相LB-EPS和TB-EPS的PN/PS值,这说明生物膜相EPS的PN分泌值高。由三维荧光光谱图可知,在整个反应周期内,对比Rf和Rp两组反应器,Rf中TB-EPS的荧光峰值强度整体大于LB-EPS,即TB-EPS含量大于LB-EPS,且生物膜相EPS含量大于污泥相,这也证实了发光填料的加入对系统稳定运行有正向作用。