连续流气提式流化床中好氧颗粒污泥的形成与性质研究

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尽管对好氧颗粒污泥的研究日趋成熟,但目前相关的研究和应用多是在SBR中展开的,关于好氧颗粒污泥在连续流工艺中培养成功的研究还鲜见报道。论文采用新型连续流气提式流化床(continuous airlift fluidized bed,CAFB)培养好氧颗粒污泥,探讨了CAFB流体力学特征和氧传质特性、好氧颗粒污泥形成过程、形成机理以及好氧颗粒污泥性质,并对外加Ca2+在颗粒污泥内部的存在状态进行了解析和表征。CAFB是新型完全混合式连续流反应器,较SBR、AUSB差异较大。当表观气速小于34mm·s-1,CAFB装置的气相含率、氧传质系数KLa和流体剪切力均随着表观气速增加而增加。当表观气速进一步增加时,受到节涌现象的影响,各参数趋于平稳甚至下降,这与CAFB独特的流态特征有关。为使反应器正常运行,要合理控制表观气速。通过多组实验研究,控制适当的工艺运行条件,如:COD/N/P、DO、HRT和实验配水等,可以有效抑制丝状菌膨胀,保证CAFB工艺长期稳定运行。通过1.53.5gCOD·L-1·d-1(R1)和1.54.8gCOD·L-1·d-1(R2)两个负荷的反应器运行,CAFB工艺在第2天,均能形成粒径为250300μm的好氧颗粒污泥。而相同条件下,SBR反应器需要2050天。R1去除负荷从0.2gCOD·L-1·d-1增长稳定至2.5g COD·L-1·d-1左右;R2从0.7g COD·L-1·d-1逐步增加至3.5gCOD·L-1·d-1。R1、R2的颗粒形成率由种泥的5.9%分别增加为71.9%和58.6%(Day32)。胞外聚合物(EPS)和表面疏水性,随着进水负荷的增加而增加,对促进颗粒形成发挥重要作用。由于CAFB反应器具备持续规则的内循环运动,其对于颗粒的剪切作用是SBR工艺的100300倍,能够强化絮体和颗粒聚集,快速形成好氧颗粒污泥,保证优良的混合传质能力和较强的抗冲击负荷能力。通过对好氧颗粒污泥切片的EPS和细菌分布特征研究,好氧颗粒污泥的EPS为蛋白质-多糖共存型,与活菌和凋亡细菌共同均匀分布于整个颗粒内部。由于CAFB独特的运行条件和流态特征,氧传质系数约为SBR反应器的两倍,具备更高的混合传质能力。在CAFB装置中,添加Ca2+可以加快污泥颗粒化进程,好氧颗粒污泥形态规则,粒径分布均匀。通过EDX分析得到Ca、P元素均匀分布在整个颗粒切片上,XRD表征证明Ca2+与磷酸盐主要是以无机晶核Ca4H(PO43·2.5H2O的形式存在。
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