超声破解污泥促进生物反硝化脱氮效果与机理研究

本研究主要对象为具有生物脱氮功能的城市污水厂中剩余污泥，利用超声破解污泥，采用采样分析、实验室模拟等技术，运用多种现代仪器与分子生物学手段，研究不同超声条件（声强、声能密度、作用时间以及超声反应器形式等）下，超声破解污泥过程前后，水相与污泥絮体中慢速生物降解物质的空间分布规律，主要水解酶、硝酸盐还原酶的活性变化，并分析破解后的水解产物。基于以上研究成果，综合考虑各种要素，选择典型超声反应条件破解剩余污泥，并将其破解液回流至缺氧池，考察长期运行时超声破解污泥回流对低碳源城市污水生物反硝化脱氮效果稳定性。最后，利用荧光原位杂交（FISH）技术，考察污泥超声破解前后反硝化细菌的在污泥絮体中空间位置变化规律以及反硝化菌活性变化，得出超声破解污泥促进生物反硝化脱氮的机理。研究结果对城市污泥减量化与资源化以及低碳源城市污水生物脱氮反硝化工艺改进具有重要意义。

污泥经超声预处理后，酶活力随着比能增长，总体呈现先增高后下降的趋势。一定功率密度下，破解时间增长，酶活力提升；一定范围内功率密度提升，破解后酶活力提升高于较低功率密度下。但是功率密度继续提升，酶活力总体数值低于较低功率密度下，对于胞内酶与胞外酶均存在这种现象，而胞内酶活力下降是由于超声波使细胞膜破裂进而使胞内酶失去作用。对于硝酸盐还原酶，最佳破解功率密度为0.96 kW•L-1；对于蛋白酶和α-葡萄糖苷酶，最佳破解功率密度为1.44 kW•L-1。.未经超声波预处理后的污泥进行厌氧水解酸化，前4小时属于单纯水解阶段，消化液不产生VFA，4小时后VFA生成量缓慢增长。这4小时可看成污泥水解时间，而超声破解的污泥没有明显的厌氧水解改变，直接进入酸化过程。.在2W/mL的声能密度下，污泥经超声波预处理后进行厌氧水解酸化，投配率为33.3%时，前12小时内，VFA随时间呈线性增长趋势。投配率为50%时，超声破解10min后，污泥在厌氧水解酸化前8小时内，VFA随时间呈线性增长趋势，在12小时VFA生成量达到最大值691.94mg/L；超声破解15min后，污泥在厌氧水解酸化前6小时内，VFA随时间呈线性增长趋势，在8小时VFA生成量达到最大值749.12mg/L；在多种声能密度复合预处理条件下，污泥经超声波预处理后进行厌氧水解酸化，前12小时内，VFA随时间呈线性增长趋势。.发酵温度提升有利于蛋白质和多糖的水解，以及产酸速率和产酸量。常温反应环境下，蛋白质和多糖水解速率较慢。控制组、0.48kW/L，5min和0.96kW/L，15min产酸速率依次为47.52、51.92和326.13。中温下控制组、0.48kW/L，5min和0.96kW/L，15min产酸速率依次为215.24、205.8和472.62；高温下依次为1297.2、1216.5和1787.8。发酵过程中产生的VFA以乙酸为主。随着温度的提升，0.48kW/L，5min组和控制组在蛋白质多糖浓度，水解速率以及产酸速率和产酸量上与0.96kW/L，15min组接近，超声波预处理的作用不再明显，温度成为主要影响因素。.污泥经超声破解之后，可用作反硝化碳源，但对C/N比较低的污水而言，污泥超声破解发酵液仍不能满足反硝化碳源需求，仍需寻找其他碳源补充形式。秸秆浸出液可用作生物脱氮碳源。