论文部分内容阅读
剩余污泥含水率高、产量大且含有大量有毒有害物质及难降解有机物,但同时还富含氮、磷、钾等植物及微生物所需营养物质。作为污水处理的终端产物,剩余污泥的双重性特点使其合理资源化的处理处置成为我国城市和农村污水处理厂亟待解决的难题。蚯蚓生物滤池和植物生态床可分别实现剩余污泥的生态型资源化处理,但二者又分别存在处理效率低,易堵塞等问题。因此,本实验将蚯蚓生物滤池和人工湿地的理论相结合,利用蚯蚓植物生态床,处理浓缩剩余污泥。探究其对浓缩剩余污泥的处理效果及作用机理,探明其在城镇及农村小型污水处理厂运行的可行性,旨在为剩余污泥资源化处理处置提供新的技术思路。研究结果如下:选取菖蒲和绿萝作为试种植物,构建蚯蚓植物生态床处理浓缩剩余污泥,以不接种植物为对照组进行效果研究。经60 d的连续运行结果表明,蚯蚓植物生态床可显著提升对浓缩剩余污泥有机物的截留和降解效率,总悬浮固体(TS)减量率可达61%~77%,化学需氧量(COD)去除率达36%~84%,且出水溶解性化学需氧量(SCOD)含量较无植物组降低了5.33%~56.45%。蚯蚓植物生态床对污泥总磷(TP)去除率达40.70%~89.02%,但出水硝氮(NO3--N)浓度较无植物组提升了19%~40%。三维荧光光谱(3D-EEM)显示植物的接种有利于可溶性微生物副产物及芳香族蛋白质的去除。进一步研究发现,蚯蚓植物生态床中污泥有机物降解主要发生在表层0~10 cm的蚯蚓粪层,其细菌及真菌数量均显著高于中层10~15 cm的陶粒层(P<0.05)。与无植物组相比,蚯蚓植物生态床表层真菌数量显著提升了51.9%~52.8%(P<0.05)。高通量测序结果表明,菖蒲组、绿萝组及无植物组中优势细菌与真菌菌属各不相同,植物的生长可增加细菌种群α多样性,显著改变细菌及真菌群落的β多样性及功能菌群组成。相比而言,菖蒲可作为蚯蚓植物生态床中的优选植物。分别提取蚯蚓分泌物(粘液、蚯蚓粪)及植物根系分泌物,设置单独添加组及混合添加组,进行活性污泥好氧厌氧交替降解实验,揭示蚯蚓和植物分泌物对剩余污泥中有机物降解的作用。结果表明,蚯蚓和植物分泌物均可显著提升TS减量率。单独添加蚯蚓粘液致使总有机碳(TOC)浓度较其余各组提升了13.03%~39.79%,同时细菌及真菌数量较其他组显著提升了38.98%~98.63%(P<0.05),从而促进污泥中可溶性微生物副产物和芳香族蛋白质类物质的去除。另外,单独添加蚯蚓粪可提升污泥中TP去除效果,其去除率较其他组提升了0.71%~5.46%。并且3D-EEM结果显示,蚯蚓粪的加入有利于剩余污泥胞外聚合物(EPS)紧密结合层富里酸类物质的去除;而蚯蚓和植物分泌物的交互混合可有效降低剩余污泥EPS紧密结合层芳香族蛋白质类物质含量。相比于植物根系分泌物,蚯蚓粘液和蚯蚓粪对剩余污泥有机物降解起主要作用。