短程硝化污泥颗粒化过程中EPS无机和有机组分的动态变化及作用机理分析

There was unclear mechanism of organic components in extracellular polymeric substance(EPS) during sludge granulation process, and the effects of inorganic components in EPS were often neglected. Based on the actual predicament of the conventional biological nitrogen removal technology to handle high concentrations of ammonia wastewater The study will build new methods for partial nitrification granular sludge formation characterized in sequencing batch reactor（SBR）with the stage culture process. The advanced detection methods such as IR and XES will adopted for optical properties of the EPS components, the inorganic components. The trace metal in EPS, both in tightly bound EPS(TBEPS) and loosely bound EPS(LBEPS) need determine and quantify, the organic components of those also can be quantified. The morphological classification methods utilized for metal speciation during partial nitrification sludge granulation process and trying to analysis the corresponding relationship among the metal speciation, sludge size, relative hydrophobic, Zeta potential and components of EPS by SPSS,in order to evaluate the corresponding granulation mechanism of components in EPS. The research will provide theoretical and technological support for granular sludge application in high concentration ammonia nitrogen wastewater treatment.

针对污泥颗粒化过程中胞外聚合物（EPS）有机组分的作用机制不清晰及EPS所含无机组分常被忽略的问题，基于常规生物脱氮技术处理高浓度氨氮废水的实际窘况，项目通过在序批式活性污泥反应器（SBR）内，采用阶段培养法建立以亚硝化菌作为优势菌群的颗粒污泥培养、构建新方法。通过采用红外光谱、X射线能谱分析等现代光学手段对EPS组分光学特性进行描述，对EPS及其紧密层(TBEPS)和松散层（LBEPS）中总无机组分、主要及微量金属元素含量进行定性、定量分析，对有机组分进行定量描述；并通过运用形态分类法对短程污泥颗粒化过程中金属元素存在的形态进行分析，利用SPSS软件对主要金属元素存在形态、污泥粒径、污泥相对疏水性、Zeta电位与EPS组分含量间的关系特性进行统计分析，以期揭示EPS在短程硝化污泥颗粒化过程中的作用机制。本项目的开展将为好氧颗粒污泥技术在高氨氮废水处理中的应用提供一定的理论依据和技术支持。

好氧颗粒污泥是一种比较有前途的污水处理技术，其应用范围不断扩大，明确颗粒污泥的形成机制是该领域的重要方向之一。短程硝化是降低废水中氨氮的低耗途径。研究以加快颗粒污泥的形成过程及阐明颗粒污泥的形成机制为目标，通过自主设计的反应装置，在颗粒污泥形成过程中研究了污染物去除效果、污泥特性、胞外聚合物的变化的基础上，对EPS组分载颗粒污泥形成过程中的作用机制进行了研究，考察了颗粒污泥去除污染物的主要影响因素；分析了生物处理过程中好氧颗粒污泥EPS中氮素含量的变化，以揭示总氮去除的途径。曝气强度和方式影响颗粒污泥的形成过程，通过定期改变水力剪切力，有利于形成粒径更大的颗粒污泥，低曝气强度更有利于形成短程硝化颗粒污泥。随着颗粒污泥粒径的增加，颗粒污泥的多糖含量变化不大，而蛋白质含量逐渐增加；EPS及LBEPS、TBEPS中Ca、Fe、Mg、K、Zn含量较高，其中以Ca含量最大；EPS中的金属离子不仅通过与有机物作用而以离子形式存在，同样有部分金属元素将以沉淀离子形式存在。好养颗粒污泥处理高氨氮废水过程中总氮的去除与吹脱作用、异养反硝化、厌氧氨氧化过程有关，好氧颗粒污泥具有同步硝化反硝化作用与之对应的菌群如Nitrosomonas-like AOB and nitrite denitrification, 可能存在厌氧氨氧化作用。无论在正常运行的反应器周期内还是烧杯实验测定反硝化菌能力时，在EPS中均检测到氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮即使反应完成后，EPS对氮素的吸附作用会高估好氧颗粒污泥的反硝化能力，对烧杯试验结果而言，EPS吸附总氮分别占异养反硝化和厌氧氨氧化过程中总氮损失的32.94%和72.29%。排水比对NH4+-N的去除效果影响较大，而对COD的去除率均能在92%以上；当进水NH4+-N浓度低于500 mg/L时，COD和氨氮去除率均在90%以上。