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吉建斌的网易博客

吉建斌

 
 
 

日志

 
 

颗粒污泥的风干过程及其结构特征(下)  

2017-12-30 07:26:29|  分类: 废水污泥处理和资 |  标签: |举报 |字号 订阅

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另一方面,从比干燥速率来看[图2(b)],3种颗粒的比脱水速率在整个干燥过程中均呈下降趋势。但黑色、白色以及黄色颗粒分别在320~430、210~260、225~285 min的时间区间出现了一个干燥速率明显放缓的平台,对照表2可以看出,这些时间区间均处于风干阶段的第III阶段即毛细脱水阶段。平台的出现表明,在该阶段脱水速率并未因孔道外层阻力逐渐消失而有所提高。与上述提到的(含湿多孔介质)干燥模型略有区别,考虑可作为颗粒污泥干燥阶段的划分界限。出现这种现象的原因可能与颗粒内部EPS有关。正如许多研究提出,颗粒内部EPS属水合性物质,对污泥脱水有阻碍作用,尤其是颗粒外部疏松EPS对颗粒脱水的影响作用最明显[11]。一旦颗粒孔隙内空气对流干燥与EPS含水性之间达到平衡,在脱水曲线上就会呈现速率不变的平台。从曲线上看,3种颗粒比脱水速率出现平台的时间和平台延续的时间有差别。从出现平台的时间分析,干燥开始,颗粒外部开口孔隙较多,EPS对其脱水速率的影响不明显,随着干燥向颗粒内发展,依次出现第一、第二平台,即EPS有分层分布的特征[12]。从平台延续的时间看,持续时间越长,说明EPS的阻碍作用越大,即EPS含量较多。鉴于以上分析可以推断,黄色颗粒的EPS含量最大,这与笔者前期的研究结果一致[3]。以细菌为优势菌群的黄色颗粒较高的EPS也是导致风干实验所测得含水率与在105条件下烘干2h后计算结果相差最大(表2)的主要原因。

颗粒污泥的风干过程及其结构特征(下) - 不在眉头愁 - 吉建斌的网易博客

风干速率一方面可以反映来自于孔道的分布及其大小的阻力,另外一方面也可以反映颗粒由表到内的物质交换的阻力。而这些因素也往往决定了基质的由外到内的传递过程。对于溶解性有机物而言,颗粒自由水含量越高,其与外部的传质阻力越小,颗粒中的微生物容易获得基质。若颗粒的毛细水被干燥速率慢,可认为基质交换存在一定的阻力,对传质不利。在本实验中,黑色和白色颗粒自由水含量分别为79%和83%,颗粒能够很好地完成与外部营养物的置换,有利于颗粒的成长,因此颗粒的粒径较大。但若基质的交换仅仅在颗粒表面进行,那么意味着颗粒内外的微生物所处的环境存在严重的差异,容易导致颗粒内部的空洞化和表面疏松化,这对颗粒的稳定是不利的。在本实验中,白色颗粒的自由水含水量较高,其主要在脱水的第一阶段完成,由此推断颗粒的自由水主要束缚在表面,因此,其颗粒表现为密度小孔隙率大(表1)。而黑色颗粒的风干过程较为平缓,表面颗粒内外部的环境差异不如白色颗粒明显,这对颗粒的稳定有积极的作用,因此其颗粒密度大、孔隙率小。

2.3 COD、NH4+-N、NO3?-N的处理效果和SOUR比较

有研究指出丝状菌会导致系统中污泥密实度下降,沉降性能减弱,从而使污泥逐渐从系统中排走,引起大量微生物流失,导致系统水质恶化[13,14]。另一方面,关于丝状菌有较好污水处理效果的报道也很多,如丝状真菌对造纸废水的脱色及纤维素降解[15],各种真菌对消化液中不同结构的有机物表现出了不同的降解特性等。然而,这些丝状菌在形成颗粒后的特性如何尚不清楚。为此,本实验将3种不同颗粒分别取出,比较它们对COD、NH4+-N、NO3?-N的去除效果。分别取曝气结束前一定量的3种颗粒,静沉后去上清液,利用污泥干重与湿重比近似计算颗粒质量,分别为:黑色0.095g、白色0.108g、黄色0.014g。将取出定量的颗粒分别使用PBS缓冲液冲洗3次,加入基质至100mL,使用纯氧曝气。每隔10min从平行的烧杯中取5mL水样进行稀释后测定。当测定反硝化速率时,在基质中加入硝酸钠,使NO3?-N为60mg/L,为保证其缺氧环境,当放置0.5h后间隔取样,其去除率如图3所示。可以看出,黑色和白色颗粒在60min内对COD 去除率达到70%,且反硝化效果明显。黄色的细菌颗粒COD去除率较低主要是由于实验过程中其污泥量较少所致。由于COD没有完全降解,自养菌的代谢活动受到异养菌的抑制,从而NH4+-N的去除效果不能准确描述。SOUR实验也表明,3种颗粒生物活性都很好,黑色颗粒和白色颗粒SOUR分别是普通黄色颗粒的1.29和1.26倍,这可能得益于丝状菌颗粒污泥表面基质交换阻力较小。

颗粒污泥的风干过程及其结构特征(下) - 不在眉头愁 - 吉建斌的网易博客

3 结论

(1)通过风干实验,分析了不同类型颗粒表面结合自由水和毛细水的分布特性:丝状菌形成的黑色和白色颗粒的表面结合的自由水分别为79%和83%,而传统的细菌为主的黄色颗粒中自由水为64%,表明颗粒表面积、表面开口孔隙以及内部孔隙率由大到小的排序为:白色、黑色和黄色颗粒。根据风干过程中不同阶段的速率可以推断,白色和黑色的颗粒表面基质交换速度较快,易形成松散的大颗粒,不利于颗粒的稳定。另外,颗粒切片的图像分析结果也显示丝状菌孔隙率较黄色的细菌颗粒大。

(2)颗粒化的丝状菌具有较高的生物活性,表现出良好的COD降解和脱氮性能。黑色和白色丝状菌颗粒的SOUR分别是普通黄色细菌颗粒的1.29和1.26倍,这可能与丝状菌颗粒污泥表面基质交换阻力较小有关。

参考文献

颗粒污泥的风干过程及其结构特征(下) - 不在眉头愁 - 吉建斌的网易博客 
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