【摘 要】
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好氧颗粒污泥（AGS）被认为是目前最有前途的生物污水处理技术。然而,由于该技术造粒时间长、颗粒稳定性低等因素,好氧颗粒技术始终无法在废水处理中得到大规模的应用。为加速好氧颗粒的成粒,学界已经进行了广泛的实验研究,例如生物强化、接种颗粒污泥和添加载体介质。本论文同样基于此目的,从底物基质入手,考察采用交替负荷运行反应器方式对好氧造粒的促进作用及运行效果,为解决好氧颗粒在工程应用中造粒速度慢的问题提供
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好氧颗粒污泥（AGS）被认为是目前最有前途的生物污水处理技术。然而,由于该技术造粒时间长、颗粒稳定性低等因素,好氧颗粒技术始终无法在废水处理中得到大规模的应用。为加速好氧颗粒的成粒,学界已经进行了广泛的实验研究,例如生物强化、接种颗粒污泥和添加载体介质。本论文同样基于此目的,从底物基质入手,考察采用交替负荷运行反应器方式对好氧造粒的促进作用及运行效果,为解决好氧颗粒在工程应用中造粒速度慢的问题提供方法参照。本论文设置交替负荷进水方式的序批间歇式反应器（SBR）R1培养好氧颗粒污泥,并且对R1设置了交替负荷运行阶段（0～30天）和恒定负荷进水阶段（31～54天）两个运行阶段,一是考察交替负荷运行对好氧颗粒形成的促进作用,二是考察交替负荷条件下形成的颗粒在恒定负荷运行下的持续稳定性。同时设置全程恒定负荷进水的反应器R2作为对照组。本次研究还结合运行过程中颗粒形成的关键组分胞外聚合物（EPS）和微生物群落结构的变化,对交替负荷影响造粒的作用机制进行了深一步的探讨。获得结论主要如下:好氧颗粒的形成状况显示,交替负荷运行可以实现更快造粒。反应器R1和R2分别在17天和25天形成平均粒径大于200μm的好氧颗粒污泥。交替负荷运行下的颗粒粒径增长速度高于恒定负荷,两者平均增速分别为10和5.5μm/d。交替负荷运行下形成的颗粒在恒定负荷运行阶段未出现崩解并且以5μm/d的速度保持粒径增长。交替负荷下快速培养出的好氧颗粒污泥与恒定负荷下培养出的好氧颗粒污泥能够具有同样的水质处理效果,R1、R2运行稳定后的COD去除效率均在90%以上,总氮去除效率为68%左右。在形成颗粒的过程（0～25d）中,反应器R1中的EPS浓度大于R2中的浓度。数据显示,交替负荷运行可以刺激污泥更早产生较高浓度的EPS,对EPS中的蛋白、多糖浓度的增长均有促进作用,而这些成分可以增加细胞粘性、疏水性,从而促进颗粒的初期粘附和聚集。对EPS进行红外光谱分析发现,交替负荷反应器R1中的TB-EPS中C-O的伸缩振动强度远高于其他EPS中C-O的伸缩振动强度,该基团属于多糖类亲水基团,可以促进细胞粘性,能较好地促进微生物的聚集。对EPS的蛋白成分进行二级结构分析,发现反应器R1中EPS的蛋白含有更多有利聚集结构,LB-EPS和TB-EPS中有利聚集结构占比分别达到69%和68%。但恒定负荷反应器R2中EPS蛋白的有利聚集结构仅为52%,说明交替负荷运行使得细胞具有更好的聚集性。在颗粒形成后期（31～54天）,两个反应器中EPS浓度相似并都趋于波动稳定,稳定在110～120 mg/g vss。通过对不同时期样本的群落结构进行分析,在运行20天的样本中,相比反应器R2样本,反应器R1中的污泥样本的群落结构与最后成熟颗粒样本中的群落结构更相似,一定层面上反应交替负荷运行反应器中的污泥颗粒化程度大于恒定负荷运行反应器。而在运行48天的样本中,由于运行方式相同且颗粒均已成熟,两个反应器样本的群落结构基本相似。从具体菌属水平上看,交替负荷运行有利于Thauera、Paracoccus、Zoogloea、Rhodobacter、Micropruina、Azoarcus、Meganema、Hydrogenophaga、Denitratisoma、Arenimonas这些EPS分泌菌、糖原累积菌和反硝化菌属的富集,这些功能菌属的富集帮助交替运行反应器更快地形成好氧颗粒。利用PICRUST软件对群落的具体功能进行预测,发现交替负荷运行样本中的反硝化关键酶,多糖合成关键酶丰度占比更高,这也可能是交替负荷运行促进造粒和反硝化的原因,需要进一步的实验加以验证。
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