富藻水處理工藝優(yōu)化及其機(jī)理研究.pdf

1、水體富營(yíng)養(yǎng)化及其導(dǎo)致的藍(lán)藻水華是目前及今后我國(guó)眾多湖泊和水庫(kù)面臨的重大水環(huán)境問題。藍(lán)藻水華大面積暴發(fā)時(shí)，及時(shí)收集與打撈藍(lán)藻能夠迅速去除水體中氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素，并有效緩解水體富營(yíng)養(yǎng)化。然而打撈出的富藻水（藍(lán)藻與水的混合體，含水率一般在99％左右）如果得不到及時(shí)有效地處理，將腐爛發(fā)臭，不僅嚴(yán)重影響周邊環(huán)境，而且會(huì)釋放藻毒素威脅飲用水安全。本文以實(shí)現(xiàn)富藻水減量化、資源化、無害化為目標(biāo)，開展了富藻水的高效厭氧發(fā)酵技術(shù)、沼液處理與資源化技術(shù)研究。從

2、富藻水生物質(zhì)充分利用的角度出發(fā)，改進(jìn)了傳統(tǒng)的厭氧反應(yīng)器，并通過試驗(yàn)考察了兩種反應(yīng)器用于富藻水發(fā)酵工藝特性及微生物群落特性，同時(shí)研究了以氮磷資源化利用為目的的富藻水沼液生態(tài)處理技術(shù)及農(nóng)田回用技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了富藻水資源化處理處置的優(yōu)化。主要的研究成果如下:
　　通過小試試驗(yàn)考察了腐熟時(shí)間、攪拌條件對(duì)藍(lán)藻厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣性能的影響，進(jìn)而優(yōu)化厭氧發(fā)酵工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明:藍(lán)藻經(jīng)過腐熟水解預(yù)處理后，可溶性有機(jī)質(zhì)（蛋白質(zhì)和多糖等）從固相轉(zhuǎn)移到液

3、相，有效提高了藍(lán)藻的產(chǎn)氣速率。在腐熟藍(lán)藻厭氧發(fā)酵小試中，反應(yīng)初期，蛋白酶、輔酶F420活性隨腐熟時(shí)間的延長(zhǎng)而升高;反應(yīng)過程中腐熟7d藍(lán)藻系統(tǒng)中TTC-脫氫酶最高。腐熟7d的藍(lán)藻厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷量最高，其產(chǎn)甲烷潛力為248.1 mLCH4/gVS。
　　藍(lán)藻厭氧發(fā)酵過程中，攪拌強(qiáng)度對(duì)其產(chǎn)氣影響最大，攪拌周期其次，攪拌持續(xù)時(shí)間影響最小。攪拌強(qiáng)度大、攪拌頻繁將會(huì)破壞特定厭氧微生物生長(zhǎng)的“微環(huán)境”，使系統(tǒng)中不同種屬厭氧微生物的協(xié)同作用受到局

4、部破壞，導(dǎo)致系統(tǒng)中污泥的蛋白酶、脫氫酶及輔酶F420活性下降，產(chǎn)氣率降低;而攪拌強(qiáng)度過小、攪拌周期長(zhǎng)，藍(lán)藻容易上浮，與污泥中微生物的有效接觸將減少，最終導(dǎo)致藍(lán)藻降解速率降低。采用響應(yīng)曲面法確定藍(lán)藻厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣最佳攪拌條件為攪拌強(qiáng)度56r/min、攪拌周期6h、持續(xù)時(shí)間20min/次。
　　對(duì)傳統(tǒng)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)和厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)加以改進(jìn)，分別增加自動(dòng)攪拌裝置和彈性填料。采用“投加接種污泥、階梯提高進(jìn)水負(fù)

5、荷”的方式可在35d左右實(shí)現(xiàn)改進(jìn)型反應(yīng)器處理富藻水的成功啟動(dòng)。改進(jìn)型外循環(huán)UASB所增加的自動(dòng)攪拌系統(tǒng)，有效控制了因藍(lán)藻上浮引起結(jié)殼，產(chǎn)氣效率降低的現(xiàn)象。同時(shí)攪拌系統(tǒng)具有強(qiáng)化傳質(zhì)的效果，從而縮短反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間。成功啟動(dòng)后，反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥中微生物形態(tài)多樣，以球菌、絲狀菌為主，同時(shí)顆粒污泥中蛋白酶及輔酶F420的活性較強(qiáng)。改進(jìn)型ABR中彈性填料在處理富藻水中起到關(guān)鍵作用，其有利于生物膜的形成，加速反應(yīng)器中顆粒污泥的馴化，促進(jìn)反應(yīng)器格室中微

6、生物群落合理有序空間分布，從而使反應(yīng)器具有明顯的相分離特征。反應(yīng)器內(nèi)格室中污泥的蛋白酶活性沿程遞減，而輔酶F420活性沿程遞增。改進(jìn)型外循環(huán)UASB和改進(jìn)型ABR對(duì)富藻水具有較好的處理效能。
　　利用熒光原位雜交技術(shù)(FISH)和變性梯度凝膠電泳(DGGE)技術(shù)對(duì)兩種改進(jìn)型厭氧反應(yīng)器內(nèi)微生物群落進(jìn)行分析。檢測(cè)結(jié)果表明，改進(jìn)型外循環(huán)UASB在顆粒污泥中主要的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)甲烷古菌在啟動(dòng)期和穩(wěn)定運(yùn)行期發(fā)生了變化，出現(xiàn)明顯的生態(tài)位分離。穩(wěn)定時(shí)期

7、反應(yīng)器中優(yōu)勢(shì)產(chǎn)甲烷古菌為:Methanolinea，Thermogymnomonas，Methanoregula，Methanobacterium，Methanosaeta， Methanoculleus。改進(jìn)型ABR具有明顯的相分離特征，前端格室中細(xì)菌數(shù)量較多，后續(xù)格室中古菌較多。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，改進(jìn)型ABR各個(gè)格室中古菌種群的結(jié)構(gòu)和數(shù)量都發(fā)生了變化。各個(gè)格室中微生物群落通過自身的調(diào)節(jié)適應(yīng)能力發(fā)生協(xié)同進(jìn)化，從而達(dá)到新的平衡狀態(tài)。在

8、穩(wěn)定運(yùn)行期，反應(yīng)器中古菌主要屬于產(chǎn)甲烷菌群，其中包括:Methanoregula, Methanobacteriaceae, Methanosaeta, Methanoculleu and Thermogymnomonas。
　　三階式接觸氧化池與水生蔬菜人工濕地組合工藝用于處理富藻水沼液時(shí)，出水COD、NH4-N、TN、TP能夠達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。富藻水沼液經(jīng)過三階式接觸

9、氧化池處理后，減少了后續(xù)單元的處理壓力。水生蔬菜人工濕地中水生蔬菜發(fā)達(dá)的根系具有強(qiáng)大的表面積，為攔截顆粒物和富集微生物提供了場(chǎng)所。三階式接觸氧化池能夠有效去除富藻水沼液中烷烴、芳烴及雜環(huán)類等難降解有機(jī)物。三階式接觸氧化池與水生蔬菜人工濕地組合工藝對(duì)富藻水沼液中的藻毒素有顯著的去除效果，組合工藝富集的大量微生物協(xié)同降解是去除藻毒素的主要原因。
　　開展富藻水沼液農(nóng)田回用技術(shù)研究。采用富藻水沼液配置低濃度肥水澆灌小白菜時(shí)，其產(chǎn)量與對(duì)照