（环境工程专业论文）活性污泥解耦联代谢过程研究.pdf

摘要 活性污泥法是最常用的污水处理技术，但同时由此而产生的大量剩余污泥需 要进行处理和处置本文针对剩余污泥的减量问题尝试利用前期研究证明具有 高效解耦联效果的化学解耦联剂2 , 4 , 6 - - - - 氯苯酚( t c p ) 使活性污泥中微生物的 分解代谢和合成代谢解耦联，造成能量泄漏，导致微生物的合成代谢速率小于分 解代谢速率，进而使微生物产量减少，实现污泥减量化本课题首先研究了活性 污泥s b r 系统中t c p 的最佳使用浓度和对污泥的减量效果以及对污水处理效果 的动态影响；其次，研究了长期添加三氯苯酚( t c p ) 对s b r 工艺运行效能和 污泥减量效果的影响，同时对解偶联剂造成的污泥沉降性能变化和污泥生态系统 中微生物种群的变化进行了初步研究；再次，研究t o p 在活性污泥系统中的迁 移、转化过程，对其在出水和污泥中的含量进行跟踪监测：最后，研究了出水中 1 1 c p 的安全性问题 在实验室规模的s b r 中。投加不同浓度的t c p , 研究其对污泥表观增长系数 和基质去除率的动态影响研究发现当系统中的污泥浓度为2 0 0 0 m r a , , 溶解氧为 s m g l 时，t c p 在此套装置中的最佳使用浓度为4 m g 1 在此浓度下能使污泥减 量5 3 0 2 ，并且对基质去除率的影响很小动态实验的结果表明t c p 的加入对 比基质去除率有促进作用，t c p 的加入可以使比基质去除率提高2 6 多3 4 并且t c p 的浓度越高，比基质去除率越高，表明代谢解偶联水平越高而加入 了1 p 的活性污泥的比增长率较空白对照有所下降这说明t c p 使活性污泥中 的微生物的分解代谢和合成代谢解偶联，这也就意味着存在较高程度的能量泄漏 用于代谢调节，这也是污泥产率下降的原因 连续7 0 天的运行结果表明，t c p 能使污泥产量下降4 7 8 3 ，而基质去除能 力基本没有受到影响污泥的s v i 值比对照略有增大，但对污泥的沉降性能影 响不大应用显微镜对污泥系统进行分析照片显示t c p 加入后活性污泥的微 生物群落有一定的变化，系统中后生与原生动物明显减少，这也许导致了解偶联 代谢污泥絮体普遍较松散。 研究了不同浓度的解耦联剂2 , 4 , 6 - - - 氯苯酚( t c p ) 在活性污泥系统中的分 布以及不同曝气时间和不同污泥浓度对t c p 在出水和污泥中含量的影响结果 表明，反应后，t c p 在水中的浓度约为系统初始浓度的7 0 - , 8 0 ；系统中约有2 5 的t c p 分布在占总体积约为5 - 1 0 d 右的污泥中；其中的2 0 - , 3 0 d g 在于微生物 细胞内部，说明在微生物的新陈代谢过程中，部分t c p 转移到细胞内部。t c p 在出水中的浓度随着曝气时间的增加或者污泥浓度的增加而有所下降，而污泥中 的t c p 浓度却略有上升这说明，曝气时间越长、污泥浓度越高，越多的t c p 向污泥中迁移、被吸附于微生物细胞表面或被积累在细胞中 搏要 通过v e r o 细胞培养法研究含有t c p 浓度分别为l ，5 ，1 0 , 2 0 , 5 0 m g l 的培 养基中的生长情况结果发现，当溶液中t c p 浓度小于或等于5 m g l 时，其对 v e t o 细胞的生长抑制作用小于5 ，而当溶液中的t c p 浓度超过5 m g l 时，t c p 对v c r o 细胞增值呈现出明显的抑制作用，并且该作用随着其浓度的增大而增大 这说明，若出水中的t c p 浓度小于5 m 以，该出水水质是较安全的以t c p 为 解耦联剂的s b r 过程中，最佳使用浓度为4 m g l 出水中残留约3 m g l ，基本处 于可接受水平 关键词：解偶联剂，2 , 4 , 6 - 一- - - 氯苯酚( t c p ) ，污泥减量，污泥表观增长系数， c o d 去除率，污泥沉降性能，出水水质，细胞毒性 1 1 a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s si si nc o m m o nu f o rt h et r e a t m e n to f w a s t e w a t e r , b u ti ta l s og e n e r a t e s l 缸龄q u a n t i t yo f “嘲s l u d g ed a f f y - b y p r o d u c t i nt h i s 球驴薯b a s e d o l lt h e i n c r e a s i n gr p r o b l e mo fs h i d g e u l t i m a t e o u t l e t , 2 , 4 ，6 - u i c h o r o p h m o l ( t c p ) ，w h i c h h a s b e e n p r o v e d a n e f f i c i e n t 曲日n 酬u n c o u p l e r , 矗u s e dt or e d u c i n gt h ey i e l do fb i o t at h 。q 船b d k mm dd l ea n a b o l i s mo f m i c 埘曹蛐i s mc o u l db eu n c o u p l e du n d e rt h ep r e s e n c eo fc h e m i c a ll m l 单i v 而t i l e 也c 伽唧i n t e n d e df o ra n a s o l i s mo fc e l l sm m i sd i s s 枞sa n dhu s e df o r c a t a b o f i m n , w h i c hp r o v i d e s d i r e c tp a t h w a yf o rs l u d g er e d u c t i o n ap n o t 9 ko f s b rr e a c t o rw a st e s t e dt oi n v e s t i g a t et h es l u d g er e d u c t i o ng n d e rt h ep r e s e n to f 2 , 4 , 6 - u i c h k m p h m o la n dt h e 缸单do ft c po f fe f f l u e n tq u a u t y ( c o dm m o v a l e f f i c i e y ) a n dl h l d 簪c h a r a c t e m t i c lt h ec o n c e n t r a t i o no ft c p u s d i s c h a r s $ d e f f l u e n t a n d i ns l u d g e w a s d e t e d e d t h e t o x i c i t y o f d i s c h a r g e d e m u c t r w e v a l t m t e d i nt h es e c o n dc h a p t e r , t h eo p t i m a lc o m t m r a t i o t mo f t c pa n di t se f f e c t so ns l u d g e o b s e r v e dg r o w t hy i e l da n dc o dr e m o v a lr a t ew c l ei n v e s t i g a t e di nb a t c ha c t i v a t e d s l u d g ep r o c e s s t h er e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h a tt h eo p t i m a lc o n c e a t r a t i o uo ft c pw a s 4 m s t , w h i l e t h es l u d g ey i c c mr e d u c e b y 5 3 0 2 w i t h l i n kr e d u c t i o a o f m r e m o v a lr a t e mr e s u l t so fd y n a m i cc x p e r i m e n ts h o w e dt h a t 印i 6 cs u b s t r a t e r e m o v a lr a t e c a n b e i m p r o v e d b y 2 6 - 3 0 b y 4 m 鲫t c p t h e h i g h e r i s t h e u n c o u p l e r c o n c a n u l i o n , t h eh i g h e rt h e 印证i cs u b s t r a t er e m o v a lr a t e h o w e v e r , t h e 印e c i f i c c e l lm a u p r o d u c t i o nr a t eo v 口u n i tt i m ew i t ht c p i sl o w e rt i t a nt h ec o n t r o ls a m p l e s t 蛔es h o w e dt h a tt h ec 到阻b o 妇a n dm m b o l i m no f m i c r o o r g a n i m n _ 翟m o u p l e d b y t c p , w h i c hp r e d i c a t e dt h e r ew sme n e r g y - s p i l l i n gp o gf o rm e t a b o l i cr e g u l a t i o n a n dt h u sc a u s e ds l u d g er e d u c t i o n t h er e s u l t so f 7 0d a y sc o “【i m 矾壕o p e r a t i o no f a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s ss h o w e d t h a tc x o e 路s l u d g ep r o d u c t i o nw i t h4 m 矿t c pw a sr e d u c e db y4 7 8 3 a n dc o d r e m o v a lr a t ea n ds l u d g es e t t l a b i f i t yw 嗽n o ti n f l u e n c e do b v i o u s l y s l u d g ee c o s y s t e m _ ma n a l y s e dw i t hm i c r o s c o p e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep o p u l a t i o no fp r o t o z o a a n dm e 纽z o a nw a sd e c r e a s e dd r a m a 6 c a i l yi nt h es h l d g ce c o s y s t e mw i t ht c p , w h i c h r e s u l tp r o b a b l yi na l t e r a t i o no f s l u d g es e t t l a b i l i t y i nt h ef o u r t hc 妇p t e r , t h ea m m 删o ft c pi nd i 瘩_ c h a f g e de f f l u e n ta n di n s l u d g ew a sd e t e c t e d t h ei m p a c t so fa e r a t i o nt i m ea n ds l u d g ec o n c e n t r a t i o no n d i s t n 融t i o n o f 科i ns y s t e m 嘲e v a l u a t e d t k r e s u l i s s h o w t h a t t h e c o n c e n t r a t i o n o f t c t i n d i s c h a r g e de f f l u e n t i se q u a l t o7 0 - 8 0 o f g e n e r a lc 翻瞳譬删匿稍o n o f s y s t e m t k s l u d g ew h i c h 艄p f 幅邮t h e5 - 1 0 v o l u m eo ft h ew h o l es y a t a nc o n t a i n sa b o u t 2 5 t c p , i nw h i 纛翁h 嬲e = i a t sw i t h i nt h ec e l l s 糍t h ei m e a s l n go fa d a t i o n t i m ea n dc o n c e n t r a t i o no fs l u d g e , c o n c e n t r a t i o no ft c p 缸d 确= r g e de f f l u e n tw i l l d e c r e a s e , a n dt h a ti ns l u d g ew i l l 蛔c 州獬 t h e v e t o c e l l w a s u s e d t o e v a l u a t e t h e t o x i c i t y o f e f f l u e n t w i t h t h e c o m ：e n t r a t i o n o f t c b e i n g l ，5 ，| 辑2 0 , 5 0 m g 以t h er e s u l t ss h o w t h a t w h e n t h ec o n c e m r a t i o n o f t c pi s 瑚1 d d5 m kt h e 蛐o nv e t oc e l l sg r o w t hi il i m i t e dt ol i t t l ee m c m i n n , w i t had e c r e a s i n go f5 a n dt h ee f f l u e n tc o u l db ec o n s i d e r e dt ob ea c c e p t a b l ea n d s a f e 。 k e yw o r 妇u n c o u p l e r , s l u d g er e d u c t i o n , s l u d g eo b s e r v e d8 r o w t hy i c 蛀c o d r e m o v a le t f i e n c y , s l u d g ed n 瞄d d i # 娃“2 4 ，6 - t r i c h l u r o p h e n o if r e t ) ，幻硝c i t y 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下 各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学 位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存 论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务； 学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在 不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术 活动 学位论文作者签名： 年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担 学位论文作者签名： 绒。r 几 0 7 年予月f e t 第一章绪论 第1 章绪论 1 1 裳国城零污承楚理浮浅耩凌 1 。1 我国浠泥排放现状 淫蛙污澹法是壤枣污承箍攥厂瘟翅交螽广泛熬生囊楚理按零，宅其有基建投 爨省，处理效鬻好等优点识铉盼一个主要弊螭蹙运行过程中会产生大量豹剩余 污泥2 0 0 3 年惫国污水处理总麓为1 4 7 9 9 x 1 0 8 吨，按污水台蹰率为o 0 2 计算， 污泥产量为1 a 8 x 1 0 7 咤( 含水率为8 0 ) ，苄污泥为2 9 6 万魄i “随着经济的发 袋帮城枣纯避糕豹燕袭，今最建年覆嚣豹污嚣妒囊将夫棰塞土舞，圭妻骞秣下踅 个原因口j ： 1 污水量增加麓着我图人口的增加和城市化进程的加快，污水捧放鬃将 爨益增加据商关都j 门预蔫，獯滢城市污水量雀未来年套精较大增长。2 0 l o 第污承量蒺诗逡4 4 0 x 1 0 z m 3 d ，2 0 2 0 年跨这璃5 3 6 x 1 0 s m 3 d 。 2 污永处理率提高全嗣城市污承处理帛毪从2 0 0 0 年的3 3 1 5 提高刘去 年底的4 5 6 7 。随着人民生活水平的提高和城市化进程的加快，我国污水处理 睾还会进一步握高 蔓整理豁壤撵菇蓬蓍我嚣蘩蒎蠹难爨鹣严揍及浮永羟瑗臻夔瓣强袋，海 泥产量随之增加尤其是现在瓣盏g l 起重视的茏机营养物质n 。p 的去除，德国 脱氮除磷污水处理厂的运行缀骏表明，若污溅中磷的含量为5 ，污泥量比传统 活性污泥要增加1 3 “ 在我蓬城带纯承睾襞离豹梵令城素每逢嚣，污泥出露鞫避懑经十分突鸯。鑫 乎污泥中含有太熏水分( 7 5 9 9 ，) ，成分复杂，盥有大量的病暇菌和寄生虫( 卵) ， 束稳定化的有机物，有害的无机污染物，重金属等有害成分，俸有恶臭，易腐燃， 如不及时处理，缀易造成二次污絷现在大爨米稳定处理的污淀已成为城市污水 楚理厂熬滚重受燕帮拜凌豹援犬藏貉。螽露楚壤处置这些污滋憝惫蒜解凌蠡擘犬封 艨。 ，2 我国嚣溅处理处置现状与存在豹问躐 鼙蓠全国酷经建成的污求簸理厂中，有浮泥簸瑾工艺盼哭眷3 0 ，有浮淀罄 滗处理设施的约为2 5 ，建有污水处理厂的犬中城市中，9 0 以上的污泥处理设 施不配套，一贱中小城市基本没有污泥处理设施i ”我国的污泥处理中有5 5 袋 第一章绪论 用了直接浓缩脱水处理，这部分污泥大多数采用延时曝气工艺，得到了一定的稳 定化大约有5 5 的污泥未采用稳定化技术进行处理，有3 6 5 的污泥采用厌 氧消化技术进行稳定化处理，此外有2 肋蝴污泥采用好氧消化技术进行稳定化 处理在污泥处置方面，我国大约有4 5 的污泥用作农业利用，3 4 a 的污泥被 土地填埋，污泥绿化和焚烧各约占3 5 。没有处置的约1 3 蚶” 污泥用于农业和绿化所占比例总和接近污泥处置的一半但是我国既没有系 统、科学的管理办法，也没有配套的污泥标准体系，故污泥土地利用的安全性正 在受到质疑。在土地利用时，由于使用处理不到位的污泥，使得污泥中有效成分 不能被充分有效地利用，有的导致土地盐害、烧苗和病虫害等问题，污泥在很多 地区反而成为了一种污染。 污泥填埋也占了相当大的比例，但是，污泥填埋会对填埋场的安全产生危害 ( 尤其是对污泥和城市垃圾混合填埋) ，还会污染附近的生态环境。填埋的污泥 会造成填埋场渗滤系统的严重堵塞大大缩短了垃圾填埋场的寿命，严重污染地 下水污泥焚烧，由于含固率达不到焚烧的准入条件，焚烧产生的大气污染也相 当严重 我国的污泥处理，处置缺乏统一的规划我国污水厂处理的污泥有很大一部 分达不到5 0 - 6 0 含水率的要求，给污泥的最终处理带来极大的麻烦。 污泥处理不到位使得我国污泥减量化和稳定化目标失败，明显的一点就是污 泥含水率很高。目前，污泥处理处置问题已经在大城市中显现出来。总体而言普 遍存在以下问题p m 1 对污泥处理重视程度不够长期以来，国内外对污水处理技术给予了大 量的关注，处理工艺目益成熟。处理标准也随着国家对环境问题的重视逐渐提高， 但由于经济，设计，管理等诸多方面的因素导致人们忽略了污泥处理的重要性 虽然近年来对污泥处理处置的认识有所提高，但是也仅停留在技术层面，没有专 项的规划和法规。 2 污泥处理难度增加近年来。我国经济突飞猛进，但是随之也带来了工 业废水超标捧放、农业捧水和雨水径流等面源污染问题。这使得污泥中的成分日 益复杂，使污泥处理难度大大增加。这些污泥如果得不到妥善处理，将形成新的 污染源新的公害，使城市污水处理事倍功半。 3 随着污水处理捧放标准提高，污泥处理产生新问题。为了防止水体富营 养化的发生，污水厂不仅要将有机物去除，也要进行n ，p 等无机营养物的去除 同时由于水资源的日益紧张。各国城市尤其是缺水地区都在寻求新的水源，污水 资源化也是其中的主要途径。而满足污水回用需进一步去除污水中的污染物质， 随着这种处理功能的拓展。污泥量也随之增加，而且生物脱氮除磷工艺要考虑污 2 第一章绪论 泥处理处置中n ，p 的返回负荷德国脱氮除磷工艺运行情况表明，污泥处理返 回的氮量可达进水含氮量的2 0 ，返回的磷量可达进水含礴量的具体返 回负荷大小与污泥处理工艺有关，这对污泥处理提出了新的要求 4 ，污泥处理处置基建投瓷大，运行费用高虽然污泥产量约为污水量的1 2 。但是污泥处理设施的投入占整个污水处理厂总投资的3 0 5 0 目前，我 国的污泥处理技术严重滞后，已有的污水处理设施中，污泥处理工艺和配套设施 极不完善，处理工艺和配套设施完善的不到1 0 我国大多数污水厂采用厌氧 消化污泥，这种工艺存在前期一次性投资大，工艺负荷低，安全性要求高，运行 管理难度大，运行经验不足等问题，使得部分运行管理水平低的污水处理厂索性 将消化池闲置，造成很大浪费有些污水处理厂被日益发展起来的居民区包围， 隔离距离达不到消防部门的要求，造成消化池无法正常运行一些小型的污水处 理厂更是没有条件考虑污泥的处理处置问题。这些原因导致我国绝大多数污泥都 是只经过重力浓缩，消化，机械脱水这一套简单工艺处理之后。就被送到垃圾场 填埋或是直接暴露于旷野，造成严重的二次污染，大大抵消了污水处理的环境保 护意义 5 现有的各种污泥处理处景方法存在某些不足目前，大多数国家采用填 埋，焚烧，投海，土地利用等方法处理处置污泥表l 列举了一些国家的污泥 产量和处理方法 表i 部分国家的污泥产量与处理方法 在这些常用的污泥处理处置技术中，投海己明令禁止。填埋所需的成本最低 第一章绪论 但是它要占用大量的土地资源。而且填埋场周围的环境也会恶化，遭受渗滤液和 臭气的困扰在许多国家和地区，这种处置方法也遭到人们的反对如德国从 2 0 0 0 年起，要求填埋污泥的有机物含量要小于5 ，美国环保局估计今后2 0 年 内，美国6 5 个填埋场将关闭5 0 0 0 个焚烧处理虽然减量程度很高，但投资运 行费用太高，难以处理量大面广的城市污水厂的污泥，而且存在烟气污染问题。 土地利用可以将污泥变废为宝，但是污泥中含有的重金属离子。呋喃等有害物质， 尤其是我国由于捧水沟道建设的不完善，绝大多数城市的生活污水与工业废水混 合进入污水处理厂集中处理，造成剩余污泥中重金属和持久性有机污染物( p o p s ) 普遍超标，难以达到土地利用的标准 6 管理水平落后。污泥处理处置问题的难度首先源于管理体制上的混乱。 而管理体制的混乱首先是责任主体缺位政府有关部门对污泥处理处置重视不 够，缺少系统的管理和监控鉴于污泥处理处置的重要性，政府有必要将污泥处 置纳入政府监管的序列，同时还应公开污泥的处理处置方式，将舆论监督作为政 府监管的辅助手段 污泥处理处置的管理缺位还表现在缺少系统规翔国内各城市的总体规划中 尚未涉及到污泥处理处置内容，更无专项规划目前仅深圳、上海，北京等大城 市初步尝试了污泥处理处置专项规划的编制。但仅限于技术性规划，应在系统性 方面进一步提高完善，而其他绝大部分城市尚未开展污泥处理处置的规划工作 污泥问题不仅是中国也是全世界面临的技术挑战目前，通过技术进步和工 艺改造等手段减少污泥的产生量是一种有效的手段大力开展促进污泥减量技术 的研究，以大幅度降低现有污泥处理处置的基建运行费用，提高污水处理厂投入 产出比，使污水和污泥都能合理妥善的处理，达到污染控制和清洁生产的目的 1 2 污泥减量化技术 污泥减量化是2 0 世纪9 0 年代提出的减少活性污泥过程中过量剩余污泥产生 的新概念。概括起来说，污泥减量化技术是通过物理、化学和生物手段，使整个 生物处理系统中污泥产量减少的技术，主要包括围绕降低细菌合成量的代谢解耦 联技术、维持代谢技术、增强微生物隐性生长的各种溶胞技术和强化微型动物捕 食细菌的技术 1 2 1 维持代谢技术 微生物首先在满足了维持能需要后才能将剩余的能量用于生物合成【9 】因 此，可以通过增加污泥停留时间和降低污泥负荷率( f ，m ) 使能量的供给在理论上 等于维持能需要，从而达到污泥减量的目的。 4 第一章绪论 比如，在膜反应器( m b r ) 中，由于膜缀件的截留作用，徽生物被宽众截 留在反应器中，实现了污泥停留时问和水力停留时间的完全分离因此，m b r 掰在寿容积负特、低污泥负持、长污泥停蟹对阕下运行，从褥酶低7 污泥产攫。 然磊，国r 簌长污泥箨餐罄| 鞫下运行跨，戆戴离，簇蒜臻凝，器频繁清洗秘更 换膜组件，从而大大增加了撵作成本因此，b i b r 在实际的污泥减量化应用中 是不可行的i 1 乏2 基予雅蠖生长煞污滋缀羹证技零 微生物利用衰亡细胞溶解所产生的二次蕊质生长的过程叫做隐性生长能包 括：细胞溶解釉= 次基质被微生物利用两步。其中细胞溶解为拄镧步骤因此， 霹浚遴过各种游脆援零强纯簸裳耨豹貔姓生长达到污滋减囊豹嚣熬嚣嚣摄避瓣 溶胞技术有；利用臭氧、氯气象氧化细胞。施加视械压力，翔年l l 用超声波。碾磨 器等，高温( 柏1 8 0 0 c ) 等 臭氧，氯气郡是利用其载他性使徽生物绷胞壁破裂，细腻铹蕨被溶解，俸为 = 次基矮袭擞囊锈垂l 爱，溶簿瓣骞裁蘩被矿纯为c 0 2 囊h 2 0 ，麸番减多污滗豢 有研究指出幂吐朋寞氧，c 1 2 氧化活性污泥簸髓废水过程申，污泥量可以减少5 0 虽然化学法操控比较简单，但是成本较高，而且氧化过程中的某犊中 间产物( 如捌撇s 三氯甲烷) 其有明显的致燃律用另外一照回流污泥中的o ， 纛c 鞋连萋，述会影臻睡气泡巾活毪涎嚣熬生长释霞瀣，簸器籍来大撬摸瘦建# 键 超声波技术，在超声波作用下，液体中会产生大量空纯气泡它们瞬问破灭 时。产生极短暂的强压力脉冲。在气泡周围微小的空问内形成局部熟点，产舷高 瀛、高压和具糟强烈冲击力的微射流，哥以压猝细胞壁、释放绷胞内壹物，以便 遴一步簿簿。蔽褒承楚理孛，越声渡主要溪予撵泥嚣藏系统，畿诧缀耱豹霹簿簿 性减少污掘盼产量 i u 目前超声波应用予污泥处理及减爨存在的主要闯撩是 超声波处理运行参数的优化，如何进一步提商超声效率，降低成本以及超声反应 嚣的合理设计簿两且如何将其与污永处理置芑合理组合，发挥超声波的特点， 也需要徽避一步懿研究，孝畿斑露手实酝工裁巾 1 2 3 基于微型动物捕食作用的污泥减缀化技术 获生态孥角度讲，系统食貔链越长，麓爨援失越多，可用学生魏体会戒麴能 麓藏越少活饿污拢霹看成一徽型生态系统豳茈，可通过娥长食物链或强健食 物链中徽型动物的捕食作用而减少污泥的产薰目前该技术主要有两段式蒹统 和直接接种徽激动物两种方法1 1 0 1 s 第一章绪论 两段式系统的第段为分数绷藕阶段，采用究垒混合式反斑器，水力捧窝时 间岛污泥停留时间相等，没有生物景停留，使得大量分散细菌生长；第二段为捕 食阶段，具有较长的污泥停留时间，以确保微型动物的大量生长。但由于两段式 系统瓣第一段要求较长懿泰走停黎霹闰，壤热了茨瘫器骞积，大大媾藤7 授资秘 簸瑗成本因此，秘翦两段式系统还不能应用予实掰的废水楚理 直接接种微型动物能降低能耗、低资金投入的条件下，大犬减少污泥产量 但其还不能用于实际污承处理中。因为目前对操作参数和微型动铹生长的关系笛 方嚣羲磷究还不够 目前为止，以上豹污泥减璧技术由于成本或怒一些未能解决的技术问题，尚 没肖一个被广泛的成用于实际中 + 2 ，4 健漤簿耧联攘零 从根本上说，活性污泥法鄱微生物以废水中的污染物质( 基威) 作为生长的碳 灏和能源，将污染物从废水中去除，并将其转化为新细胞物质和c 0 2 或者其他 形式( 冕圈1 ) 。 嫩成物 癜谚 壁墨 j 圈1 分解代谢和合成代谢关系示意图 在大多鼗德凝下，生长我谢怒平黉瓣，帮徽擞罄生长与基矮髑嗣是援关懿， 每去除1 个单位基矮就会产生y 单位微生钫量冀化学计量方程如下辅： 碳源+ 能源+ 电子受体+ 营养物细胞生成量+ 0 0 妒还原后受体+ 最终产物( 1 ) 袄主逮诗董努獠霹季窭，生褥套戎爱瘦狳了凌矮复瘦箨，还篱要蓖够与之耀 耦念的能量用于新细胞的形成，滤种能量主要由兰三磷酸腺苷( 艚) 提供。 慕质+ a t p 细胞物质+ a d p + p ( n 废弃产物( 2 ) 褥a t p 羹g 主鼙是墩生麴分解代谢过程孛逶遗a d p 鹃氧纯粒磷酸纯生疵。 纂质产物+ 废弃产物+ 能量( 3 ) 6 第一章绪论 a d p + p o , 3 + 能量一 i p ( 4 ) 正常情况下，微生物的分解代谢和合成代谢是紧密耦合的。分解代谢通过氧 化磷酸化过程将分解底物获得的能量储存于a t p 中，而合成代谢通过a t p 脱去 一个磷酸获得的能量来合成细胞物质因此，细胞合成产率的大小与a t p 的量 密切相关 代谢解偶联技术就是从能量上对微生物的合成进行控制，通过添加解耦联剂 或改变微生物的生存环境使微生物氧化底物所获得的能量不用于合成微生物的 细胞，底物被氧化时不出现大量的a t p 被合成，或者即使被合成也以其它的方 式被迅速释放而不用于微生物细胞的合成，从而使微生物在保持正常分解底物的 同时，表观产率系数降低，污泥产量减少。达到污泥减量化的目的 1 投加解耦联剂 解耦联剂一般为脂溶性的弱酸性化学物质口”，它们可以通过抑制a t p 的合 成来控制微生物细胞的合成根据，英国生化学家p m i c h e t l 在1 9 6 1 年提出的“化 学渗透学一的观点嘲。印生成a t p 的氧化与磷酸化之间起偶联作用的因素是矿 的跨膜梯度即在微生物体内，氧化过程中释放的能量不断地将细胞内的矿逆 浓度梯度泵出细胞膜；而由于细胞膜的选择性1 r 不能自由透过细胞膜，于是在 细胞膜两侧形成一个质子跨膜梯度细胞膜外的矿只有通过一个特异的质子通 道才能顺着矿浓度梯度进入细胞内，l r 顺浓度梯度方向运动所释放的自由能使 a d p 和p o , , 3 - 结合生成a t p 。所以说，生成a t p 的氧化与磷酸化之阃起偶联作用 的因素是矿的跨膜梯度。 而解偶联剂可以增强细胞膜对l r 的通透性，促进i r 被动扩散通过细胞膜， 消除细胞两侧的质子梯度，所以不能再合成a t p ，从而抑制合成反应( 2 ) 的进行， 使微生物产率大幅度减小 2 好氧沉淀厌氧( o s a ) 3 - 艺 在厌氧、好氧交替改变的环境条件下，微生物的表观产率系数会减少这是 因为好氧微生物在好氧段所产生的a t p 不能立即用于合成代谢，而在底物缺乏 的厌氧段作为维持能被消耗掉 在1 9 9 2 年，c l m d o b ap 等。在一个改进的活性污泥系统中，即o s a ( 曝气- 沉淀厌氧) ，来研究代谢解偶联对污泥减量的影响【2 2 】o s a 工艺给微生物提供 了一个交替好氧和厌氧的环境，使得微生物在好氧段所获得的a t p 并未立即被 大量用来合成新的细胞，而是在厌氧段作为维持能被消耗掉，使微生物的分解代 谢和合成代谢相对分离，不再像通常条件下紧密耦联，从而达到污泥减量的效果 但这是在厌氧状态中来研究污泥解偶联生长的条件，该法只有在进水有机物浓度 较高的条件下才能体现出优越性，若进水有机物浓度较低则和常规活性污泥法相 第一章绪论 魄没有太大优势。 3 高s o x o 条件下解耦联 日前关于高s 0 ) ( o ( 初始底物的质量浓度朋始微生物的质量浓度) 郾存在谶 裁貔滚条黪下，发黧我遴簿耩联懿熊释奏囊耱。秘试为：在褰s o x o 条搏下， 一魏离子( 翔礤或k + ) 能穿过绑胞膜，酶低跨貘电位，引起毹鬟溢出；第二神 认为：在高s o x o 条件下，微生物的代谢途径产生了变化，绕过了能量储存的糖 酵辫途径，引起代谢解耦联 t 0 1 憾高s e x o 条件还不能用于实鼯的污水处理避 纛。溺为要实瑗簿耩联夔鼯强筐瑰骧毒生活污承秘乃岛蓬燕8 0 - 8 0 0 燕s l o m g c o d , t m g m l s s ，0 0 1 - 0 1 3m g 【o d i ) c 脚g 【m l s s 】o 哪 1 3 投加解耦联剂法 ，3 _ 研究现状 投加解耦联剂的代谢解耦联方法的优势是举髂要对现有污承鲢理工艺作大 约改避，其震增设投菸装置印霹。避年来国骣上豹疆竞燕纛主要繁孛在选择裹羧 羽代落解骺联剩，所谓商效代谢孵偶联翔是指英簌较底浓度下藏镌抑制污泥的台 成代谢，同时又尽纛不影响污泥的分解代谢能力。如b 护io 曲l - u i , s t r a n d 2 s l 譬 在实验室中研究了1 0 多种代谢解髑联剂的效果，发现当p a r a n i t r h e n o l ( p l q p ) 。 氍豳l 。印铡( t c p ) 秘t a r a c h l o r o s a l i 磷a n i l i d e ( t c s ) 浓度分嬲在1 0 0 m g l ， 5 m g l 和0 8m 班时，褥泥产量分掰减少了6 2 ，5 0 弱7 s ，两污水的处理 效粜只下降了l o 1 5 国内对这方面的研究也已开始起步，北京商业大学的刘雨教授在遮方面作过 羧涤入照霹宠。戆轿究7t c s 掺瓷健瀣簿疆联裁壤凝下污嚣豹减繁壤援帮褒瘩 处瑷效果闭，同时迸发现胺基苯酚也是一种有效的代谢解偶联秘，在2 0 m g l 静 浓度下，几乎没有剩余污泥产生田j 浙江大学的叶芬霞等人也用t c s 做解偶联 剂加入到活性污混工艺中，结果表明t c s 在浓度为2 0 、2 8 和3 6m g l 时，纂 震瓣去除戆力襄窭承氨氮及慧氮浓度驽来受影穗，污嚣约s o u r 魏襄麓氢酶溪 生襁瘟增加，污泥豹沉降性能也束见有明显影响b 研另外哈尔滚正业大学的芏 宝贞，王琳教授伫9 】，中科院生态环境研究中心的魏源远、樊耀玻教授咖】也曾探 讨谶解偶联代谢技术用于污泥减缝的问题但总体辩言，国内在遂方蕊的研究比 较薄鞲，蔹毒静死瑗辑究夔鬟是程考塞7 污滗减蠹秘密拳整理效鬟涎令变量戆馈 况下来选择高效解偶联捌表2 总结了各种解偶联剂用于活性污泥法的减量效 果。 l 第一章绪论 表2 各种解儡联剂的应用情况 注：p - , t 3 ( 间氯苯酚) ：卜1 3 ( 闻硝基苯酚) ：r - 1 3 ( 邻硝基苯酚) ；s - t 3 ( 对氯苯酚) 从上表中可看出t c p 是相对高效的解耦联剂，即以较低的浓度达到较高的 污泥减量效果。当活性污泥系统中t c p 的浓度在5 m g l 时，污泥减量效果为5 0 而其他解耦联剂如m - c p ，m - n p 等。其浓度需达到2 0 m g l 。污泥减量效果才能 达到6 5 8 6 此外，陈志英等在摇瓶实验中研究比较了2 , 4 二硝基苯酚( d b p ) ，邻氨基 苯酚( a p ) 、2 4 6 三氯苯酚( t c p ) 、3 , 3 4 ，5 四氯水杨酰苯胺( t c s ) 和丙二酸 这五种化学解耦联剂对污泥减量和污水处理效果的影响；同时还对各解耦联剂的 适宜的用量进行比较结果发现，每种解耦联剂都有一个最佳使用浓度若使用 量超过这个浓度。其c o d 去除率会急尉下降当这些解耦联剂处于各自最佳浓 度是，除t c s 外，其他4 种解偶联剂的减量效果相对显著。污泥减量率均达5 0 以上；t c p 和丙二酸对c o d 去除率的影响要比其他药剂小；t c p 和t c s 的 最佳使用量最小，分别为4 m g l 和1 2 m g l ，而其他3 种解耦联剂都在1 5 m g l 以上因此，t c p 是相对优良的高效的解耦联嗣，它的药剂用量较少，污泥减量 效果明显，能基本保证污水处理效果。这一结论与上段比较结果相同 代谢解偶联技术用于剩余污泥减量化可能存在的负面影响 剩余污泥减量化可以降低污泥处理与处置的费用，提高运行效率和降低污泥 处置的环境风险等，但是尚有一些经济、运行和环境安全问题需要考虑 9 第一章绪论 1 污泥的沉降性能 传统混合曝气工艺例如活性污泥工艺，要求污泥絮体具有良好的沉降性，以 保证出水质量和浓度的回流污泥，提高曝气池中的污泥浓度污泥的沉降性能与 微生物中絮体形成细菌和丝状菌之问地平衡有关。另外胞外多聚体和阳离子浓度 也与沉降性有关。采用代谢解偶联技术可能对不同种群微生物的生长速率影响不 同t 从而改变污泥系统中的种群结构。对污泥沉降性能产生不利影响，如絮凝能 力差，丝状菌繁殖导致污泥膨胀等d 1 1 2 氧气的需求 在传统活性污泥工艺中，按照曝气方法的不同，氧气的传质效率约为o 6 4 2k g o t j k w h 田j 一般曝气占工厂总能源费用的5 0 以上通过以呼吸作用去 除污水中的污染物质以降低污泥处置量的方法将提高氧气的需求量，因此能源费 用增大必须加以考虑d 1 1 3 营养物质的去除 污泥产率的下降将导致污水中c o d a 、氨等营养物质的去除量下降，因为污 水中的部分氮素将同化为污泥。污泥的减量化技术可能因污泥的同化作用，而使 其他一些物质从污水中的去除率下降( 如含氮化合物和磷) 这些物质的捧放将 导致受纳水体的富营养化和脱氧为达到排放要求，可能需要三级处理 4 解偶联剂的安全问题 解偶联剂一般都是人工合成的环境外物质具有一定的毒性，其在处理后出 水中的残留浓度对环境和人体健康的影响也是不可低估的 在活性污泥的解偶联代谢中。高效解偶联剂的使用浓度一般比较低，经过和 污泥的相互作用后( 包括吸收、吸附与降解) ，出水中的浓度更低但由于解偶联 剂的不可降解和脂溶性特点，长期接触势必会造成其在人体( 哺乳动物) 内的积 累，造成对人体的伤害必须对出水中解偶联剂的残留置做跟踪监测，对其生物 毒性对人体的影响必须有快速、成本低廉、敏感和直观的检测方法来测定。从生 物毒性的角度确定不同解偶联剂的最高可使用浓度，再结合污泥对解偶联剂的敏 感性和降解能力。可以设计出一组最佳的解偶联剂及其使用浓度，该最佳使用浓 度既能达到污泥减量和废水处理的设计要求，又使出水中残留的解偶联剂对环境 和人体的毒性降低到控制标准之内 1 4 论文研究内容、技术路线和意义 1 4 1 论文研究内容 本课题以具有较高解耦联效果的2 ，4 ，6 三氯苯酚( t c p ) 为例，研究解耦 第一章绪论 联剂在活性污泥系统中的解耦代谢过程，同时研究其环境安全性。确定最佳工艺 条件及合理的加药量其主要研究内容如下： ( 1 ) 2 ，4 ，6 i 三氯苯酚对活性污泥系统污泥减量的效果与c o d 去除率的影 响，确定最佳工艺条件 当活性污泥系统的污泥产量减少时，其净化处理能力也会相应受到影响本 研究通过比较不同浓度的2 ，4 ，矗三氯苯酚对活性污泥减量的效果及其对c o d 去除率的影响，找出既能显著减少污泥生成量，又不对c o d 去除率造成大的影 响的最佳工艺条件 ( 2 ) 2 ，4 ，6 - 三氯苯酚对污泥沉降性能的影响 污泥的沉降性能与微生物中絮体形成细菌和丝状菌之间地平衡有关采用代 谢解偶联技术可能对不同种群微生物的生长速率影响不同，从而改变污泥系统中 的种群结构，对污泥沉降性能产生不利影响，如絮凝能力差，丝状菌繁殖导致污 泥膨胀等本课题通过模拟s b r 反应器，研究解偶联剂对污泥沉降性能的长期 影响 ( 3 ) 2 ，4 ，6 _ 三氯苯酚在活性污泥系统中的演变规律。分析出水中的残留 浓度，确定其环境安全性 解偶联剂一般都是人工合成的环境外物质，具有一定的毒性，其在处理后出 水中的残留浓度对环境和人体健康的影响也是不可低估的本课题通过研究不同 浓度的解耦联剂，其在污泥和出水中的残留浓度，以生物毒性的角度确定解耦联 剂的最高使用浓度 1 4 2 技术路线 第一章绪论 圆2 , 4 8 - = i 苯岫一 网嬲 l 邵壤安全性| 8 u l v 第一章绪论 1 4 3 研究意义 本课题以2 4 。6 - 三氯苯酚为倒，研究解偶联剂用于活性污泥减量技术中对 污泥增长率和c o d 去除率的影响，以及对污泥减量效果的影响，同时还考察其 在活性污泥系统中的迁移转化和分布，及其在出承中的环境安全性。为代谢解偶 联污泥减量技术的实际应用提供实验数据和技术支撑 第二章s b r 工艺中2 , 4 , 6 - 三氯苯酚的最佳投加浓度及其对污泥减量效果的影响 第2 章s b r 工艺中2 , 4 ，6 - - - 氯苯酚的最佳投加浓度及其对 污泥减量效果的影响 2 1 前言 解耦联荆2 , 4 ，6 三氯苯酚( t c