（环境科学专业论文）蚓粪对好氧反应器启动影响的初步研究.pdf

有着明显的作用。随着温度的升高，蚓粪投加量1 ：l 在1 5 时存在优势。当温度 在2 5 时，出水水质最佳，此时低污泥浓度中添加蚓粪既可提高反应器的启动效 率，又可节省污泥使用量。3 5 时出水水质优于1 5 处理，但次于2 5 时反应器 出水。 4 、低污泥浓度下，若想在短时间实现反应器启动，可对蚓粪进行一次投加； 若考虑运行出水稳定性方面，则应考虑二次投加的方式。对于较高的污泥浓度情 况时，分批添加可减小污泥负荷，得到更好的c o d 去除效果。 5 、进水c o d 浓度大于4 0 0 m g l 时，添加蚓粪也可达到加快反应器启动的效 果。蚓粪自身造成的c o d 升高，可在运行初期的2 - 3 个周期内降解。 6 、污泥蚓粪取代原始污泥对反应器启动效果不佳，但在利用污泥蚓粪作为接 种污泥的反应器内添加蚓粪可起到很好的出水c o d 去除效果。 7 、投加蚓粪对由于曝气量过大而引起的污泥膨胀现象有一定的抑制作用，有 利于污泥团聚体的形成。 本研究初步发现蚓粪的添加在增加好氧污泥微生物活性方面有着一定的作 用。然而，需要进行更多的微观层面上对污泥、蚓粪以及反应器启动过程中污泥 形态、微生物组成等方面的实验，研究蚓粪对反应器启动影响的具体作用机制， 有利于更准确的利用蚓粪进行污水处理方面的应用。 关键词：蚓粪；生化处理；s b r 反应器；c o d ； s t u d y o nt h ee f f e c t so f v e r m i c o m p o s ts u p p l e m e n t a t i o no n s t a r t u po f t h ea e r o b i ct r e a t m e n tr e a c t o r a b s t r a c t a e r o b i ca e r a t e dt r e a t m e n th a sf e a t u r e so f s m a l ls t r u c t u r e s ，s h o r ta e r a t e dt i m e ，h i i g h e f f i c i e n c y , 伊o de f f l u e n tq u a l i t y , f l e x 如l eo p e r a t i o n , a n dl o we x p e n s e ，w h i c hm a d ei t w i d e l yu s e di n v a r i o u st y p e so fw a s t e w a t c rt r e a t m e n t s s b rh a sb e c o m eo n eo ft h e p r i m a r yw a y si nw a s t e w a t e rb i o l o g i c a lt r e a t m e n t sw h i c hi ss u i t a b l ef o rt h es i t u a t i o no f o u rc o u n t r yb e c a u s eo fi t se f f i c i e n t , e c o n o m i c a la n dr e l i a b l ec h a r a c t e r i s t i c s h o wt o c u l t i v a t eh i g ha c t i v i t ya n dg d 0 ds e t t l e - a b i l i t ya c t i v a t e ds l u d g ei st h ek e yt ot h i s t e c h n o l o g y i nm a n yw a y so fe n h a n c i n gt h es l u d g ea c t i v i t ya n dg r a n u l a t i o n , t h r o w i n gi n a d d i t i v e s h a sb e e np a i dm u c ha t t e n t i o na sa l le f f e c t i v ew a y v e r m i c o n p o s t ，雒t h e p r o d u c to f c a r t h w o r m s p r o c e s s i n go f o r g a n i cs o l i dw a s t e ，h a sh i g hp o r o s i t ya n ds p e c i f i c s u r f a c ea r e a ，g o o dd r a i n a g e ，a n dh i g hw a t e rh o l d i n gc a p a c i t y , a n dc o n t a i n sm a n yk i n d s o fn u t r i t i v ee l e m e r r t sa n dm i c r o b i a lf l o r a i tp l a y sas i g n i f i c a n tr o l ei np r o m o t i n g a n a e r o b i cf e r m e n t a t i o n t h e s es p e c i a lf u n c t i o mp r o b a bl yh a v eac e r t a i ni n f l u e n c eo nt h e s t a r t u po f b i o c h e m i c a li r e a t m e n tr e a c t o lb u ts of a r , t h er e s e a r c hi nt h i sa l e ah a sr a r e l y b e e nr e p o r t e d i nt h i s 伧x t , u s i n gw o r me x c r e t i o n 锯t h ee x p e r i m e n t a lm a t e r i a lt os i m u l a t et h es b r o p e r a t i o nm o d e ，i n c r e a s e d d i f f e r e m q u a l i t yg r a d i e n t w o r m c a s t 幻d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n so fs l u d g e ，a n ds e l e c t e dt h es u i t a b l e q u a n t i t yo fw o r m c a s tt h r o u g h a i m l y z i n gt h ec o dl i o me v e r yp e r i o do f e f f l u e n t ；d e t e r m i n e dt h ee f f l u e n te a c hh o u rt o s t u d yt h ed y n a m i cr e s p o n s eo fo m w i t ht h ew o r m c a s t ；s t u d i e dt h ei n f l u e n c eo nw a t e r q u a l i t yw h e na d d i n gw o r m c a s tt ot h er e a c t o ru n d e rd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s ；d i s c u s s e d t h ec o n c e n t r a t i o nc h a n g eo ft h ec o do ft h ee f f l u e n tu n d e rd i f f e r e n tm e t h o d so f w o r m c a s ta d d i t i o n ；a m l y z e dt h e r e s p o m et o t h e s t a r t - u pt i m ew h e na d d i n gt h e w o r m c a s tu n d e rt h ec o n d i t i o no f d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o mo f t h ef l o o d i n gw a t e r ；s t u d l e d t h ei n f l u e n c eo nt h er e a c t o rw h e nr e p l a c i n gs l u d g ew i t hs l u d g ee a r t h w o r m , i no r d e rt o f i n do u tn e ws t a r t e rt ot h er e a c t o ro ft h ea e r o b i ct r e a t m e n to fd o m e s t i cs e w a g e ，1 1 m a i nf i n di n g sa r ea sf o 1 0 w s ： 1 t h ea d d i t i o no fw o r m c a s th a dc e r t a i nf a c i l i t a t i o nt ot h es t a r t u po ft h er e a c t o r u n d e rt h et e m p e r a t u r eo f3 0 ，t h el o wc o n c e n t r a t i o no fs l u d g eh a do b v i o u se f f e c t w h e na d d i n gt h ee q u a lq u a l i t yo fw o r m c a s t , w h i l et h eb w e s tq u a l i t yo fw o r m c a s th a d t h eb e s te f f e c tu n d e rt h ec o n d i t i o no ft h es a m ec o n c e n t r a t i o no fs l u d g e ，a n dt h ee f f e c t w a st h es e c o n db e s tw h e nt h er a t i oo ft h et i a r a , a c t i o no fs l u d g ea n dw o r m c a s ti nt h e m q u a l i t yw a s , 2 ：1 2 a n a l y s i so ft h ec o dr e m o v a lm 钯sb ya d d i n gw o r r r l c a s tr e v e a l e dt h a tt h e m i c r o o r g a n i s m si nt h ew o r m c a s tb e g a nt oa d a p tt ot h ew a t e re n v i r o m m n ta n dw o r k m a i n l yi nt h er u n n i n gp e r i o d ss e c o n dp h a s e 3 u n d e rd i f f e r e mt e m p e r a t u r ec o n d i t i o n s ，t h ee f f e c t so fa d d i n gw o r n a s ti nt h e s t a r t u po ft h er e a c t o rw e r ed i f f e r e n t a tl o wt e m p e r a t u r e s ，t h eb es ta m o t i n tofa d d i n g w o r l ma s tw a sw h e nt h er a t i oo fs l u d g ea n dw o r m c a s tq u a l i t yw a s2 ：1 ，a n dw h e nt h e c o n c e n t r a t i o no fs l u d g ew a sh i g h ，t h ee f f e c to ns t a r t i n gu pt h er e a c t o rw a so b v i o u s w i t h t e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g , t h ea d d i n ga m o u n to f1 ：1h a da d v a n t a g ea t15 w h e nt h e t e m p e r a t u r ec a m gt o2 5 ，t h eo u t l e tw a t e rq u a a t yw a st h eb e s la n du n d e rt h ec o n d i t i o n o fl o wc o n c e n t r a t i o no fs l u d g e ，a d d i n gw o r m c a s tc o u l dl 蚍o n l ys p e e dt h er e a c t o r s t a r t u p ，b u ta l s os a v et h ea m o u n t o fs l u d g eu s e d t b co u t l e tw a t e rq u a l i t ya t3 5 w a s b e t t e rt h a n1 5 。c ，b u tp o o r e rt h a n2 5 c 4 i fas h o r t - t i m es t a r t wo ft h er e a c t o rw a sn e e d e du n d e rt h ec o n d i t i o no fl o w c o m e n t r a t i o no fs l u d g e ，o n e t i m ea d d i t i o nw a sag o o dc h o i c e h o w e v e r , i fc o n s i d e r i n g t h ew a t e rs t a b i l i t y , at w o - t i m ea d d i t i o ns h o u l db et h ec h o i c e w h e nt h es l u d g e c o n c e n t r a t i o nw a sh i g h , m u l t i p l e - a d d i t i o nc o u l dd i m i n i s ht h es l u d g el o a ds o 嬲t og e t b e t t e re f f e c to f c o dr e m o v a t 5 w h e nc o dc o n c e n t r a t i o nw a sh i g h e rt h a n4 0 0 r a g l ，a d d i n gw o r m c a s tc o u l d a l s os p e e du pt h es t a r t u po f t h er e a c t o r t l 砖i n c r e a s eo f c o dr e s u l t i n gf r o mw o r m c a s t c o u l db ed e g r a d e de a r l yi nt h e2 - 3r u n n i n gp e r i o d 6 s l u d g e w o r m c a s td i d n th a dab e t t e re f f e c ti ns t a r t u po f t h er e a c t o r , b u tu s i n gi t t ov a c c i n a t es l u d g ea i l da d d i n gw o r m c a s tc o u l do b t a i nab e t t e rc o dr e m o v a le f f e c t 7 a d d i n gw o r m c a s ti nt h er e a c t o rc o u l dh e i g h t e nt h es l u d g ef l o c c u l a t i n ge f f e c ta n d h a ss o m gi n h i b i t o r ye f f e c t so ns l u d g eb u l k i n g t 磕s t u d yh a si n i t i a n yf d u n dt h a ta d d i n gw o r m c a s th a ds o m ee f f e c t so ne n h a n c i n g t h ea c t i v i t yo fm i c r o o r g a n i s m s h o w e v e r , m o r em i c r oi e v e lt e s ts u c h 雒t h e m i c r o o r g a n i s m sc o n s t i t u t i o n sa n dp a t t e r n so fs l u d g e a n dw o r m c a s ti nt h ec a s eo f r e a c t o rs t a r t u ps h o u l db ec a r r yo i ls t u d yo nt h es p e c i f i ca c t i o nm e c h a n i s mo fa d d i n g w o r m c a s ti i ls t a r t u po f t h er e a c t o rw o u l dm a k en l o r ea c c m a t ea p p l i c a t i o no fw o r r m a s t i nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t s k e y 帅r d s ：v e r m i c o m p o s t ；b i o l o g i c a lt r e a t m e n t ；s b r ：c o d i v 史巍：蚓粪对好氧反应器启动影响的初步研究 三 l 绪论 1 1 好氧颗粒污泥的研究进展 1 1 1 好氧颗粒污泥的基本性质 好氧曝气法具有构筑物少、曝气时间短且效率高、出水水质好、运行灵活、 费用低等优点，被广泛应用于各类污水处理。如何培养出高效的活性污泥成为这 一技术的关键。国内外很多学者就好氧污泥的微生物特性、形成机理、以及影响 好氧污泥的因素进行了多方面的分析研究。 1 1 1 1 好氧污泥的物理性质 好氧颗粒污泥一般呈橙黄色，具有相对规则的圆形外观，表面光滑，边界清 晰，放大镜下观察到颗粒污泥表面有一些孔隙，这些孔隙被认为是氧、基质、代 谢产物等底物与营养物质传递的通道( p e n g , 1 9 9 9 ) 。在不同条件下形成的颗粒污泥在 粒径、密度、沉降性能方面存在较大的差异，其平均粒径分布在0 2 - 5 0 m m 之间， 密度从1 0 0 4 一1 0 6 5 9 e m 3 不等，含水率一般为9 7 一9 8 ，s v i 为1 2 1 6 - 6 4 1 5m l g ， 单个颗粒污泥沉降速率在1 8 - 3 5 n f h ，颗粒直径和沉降速率间呈正相关( 竺建新， 1 9 9 9 ) 。颗粒污泥的强度也是其重要性质之一。较小的颗粒强度会增加颗粒的破裂 或剥落的程度，不能使颗粒化污泥很好地长大，从而使形成的颗粒污泥直径小、 沉降性能差。 1 1 1 2 好氧污泥的化学性质 活性污泥表面含有可解离的阴离子基团，相同电荷的污泥粒子相互靠近到一 定程度就会发生双电层重叠，产生静电排斥力，在污泥粒子间形成斥力势能，阻 碍污泥粒子间的接近。斥力势能的大小与粒子所带电荷数量呈正比，因此污泥表 面电荷降低，污泥粒子间的静电斥力减少，有利于污泥粒子间相互接近聚集形成 稳定的颗粒结构( 蔡光春，2 0 0 4 ) 。 1 1 1 3 好氧污泥的生物学性质 好氧污泥的微生物学特性一直是学者们关注的热点。目前，扫描电镜( s e m ) 、 光学显微镜、荧光原位杂交技术( f l u o r e s c e n ti ns i t uh y b r i d i z a t i o n , f i s h ) 、共聚焦 2 扬州大学硕士论文 显微镜( c o f o c a ll a s e r - s c a n n i n gm i e r o s e o p y , c l s m ) 变形梯度电泳( d e n a t u r i n g g r a d i e n tg e le l e c t r o p h o r e s i s ，d g g e ) 、d n a 测序及扩增核糖体限制性酶切片断分析 ( a m # f l e dr 如o s o n n ld n a r e s l r i c t i o na n a l y s i s ，a r d r a ) 等技术，都被广泛应用到 观察颗粒污泥种群结构中，以鉴定不同条件下颗粒污泥中的异养菌、硝化菌、反 硝化菌、聚磷菌( p a o ) 和聚糖菌( g a o ) 。研究发现，好氧颗粒污泥内部的微生物种 群结构与基质种类密切相关。 ji a n g 等对以苯酚培养的成熟颗粒污泥中的微生物进行了鉴定，其中发现b p r o t e o b a c t e r i a 、a c t i n o b a c t e r i a 和y p r o t e o b a c t e r i a 。研究发现属于a p r o t e o b a c t e r i a 的p g - 0 1 在颗粒污泥中普遍存在，属于苯酚降解的优势菌，而属于b p r o t e o b a c t e r i a 的p g - 0 8 对苯酚降解能力最小，且有很高的自我聚合趋势( ji a n ge ta 1 2 0 0 4 ；2 0 0 6 a ； 2 0 0 6 b ；2 0 0 7 ) 。a d a v 和ji a n g 还研究发现，r o d o t o r u l a 、t r i c h o s p o r o n 和c a n d i d a t r o p i c a l i s 等酵母菌，也是降解高浓度苯酚及苯酚化合物的优势菌( a d a ve ta l ，2 0 0 7 ； ji a n ge ta l , 2 0 0 5 ) 。另外，w e b e r 等以酿酒废水培养的颗粒污泥中大部分菌属为 t h i o t h r i 或s p h a e r o t i l u sn a t a n s ，w i l l i a m s 等在以葡萄糖和乙酸为碳源和以硝酸盐为 氮源培养的颗粒污泥中，主要发现的为e p i s t y l i s 、g e o t r i c h u m 、p o t e r i o o c h r o m o m s 、 g c o t r i c h u mk l c b a h n i i 中的菌株( w e b e re ta l , 2 0 0 7 ；w i l l i a m se ta l ，2 0 0 6 ) 。 l ，1 2 好氧颗粒污泥的模型分析 好氧颗粒污泥系统是一个复杂的生物处理系统，其性质受到颗粒大小、扩散 系数、转移速率以及微生物的空间分布与密度等众多因素的影响，这些因素的影 响作用相互交错，仅仅利用试验的方法无法准确得出单个因素的影响特性。因此， 建立一个良好的数学模型可以更便利的对好氧污泥的成因及影响好氧污泥形成的 各种因素进行研究分析。 k r e f t 等提出的好氧颗粒污泥模型，深入详细地探究了颗粒内部微生物相和胞 外聚合物( 口s ) 分布以及影响颗粒污泥外形的因素，如丝状菌枝状生长等，为揭 开好氧颗粒污泥的结构提供了理论依据( k r e t te t a l , 2 0 0 1 a ；2 0 0 1 b ) 。但这种用活性 污泥的动力学参数代替生物膜动力学参数的模型，由于其微生物种群结构及生物 活性方面存在差异，因此，这种动力学参数的替代还存在疑问。 史巍：蚓粪对好氧反应器启动影响的初步研究 三 x a v i e r 等提出的多尺度模型描述了异养微生物、氨氧化菌、亚硝酸氧化菌和聚 磷菌在颗粒污泥中的二维空间分布，以及微生物种群的代谢机制和好氧颗粒污泥 反应器的动力学特性( x a v i e re ta l , 2 0 0 7 ) 。模型显示，微生物种群沿径向优先分布， 且种群分布不均。这种生物群体不均匀结构和不对称生长的特点，使得用典型的 微电极方法检测较为困难。颗粒的外层由于受到侵蚀而包含较少的惰性物质，因 此，好氧颗粒污泥包含更多来自细胞衰亡的惰性物质。 n i i 匿过建立好氧颗粒污泥数学模型，研究了s b 皈应器内自养和异养颗粒污泥 的同步生长情况。模型假设自养菌在颗粒污泥外层生长，异养菌在颗粒污泥核心 内部生长，因此自养微生物要比异养微生物需要更多的氧。同时，他们还对反硝 化菌在好氧颗粒污泥中的生长和储存行为进行了研究i ，2 0 0 8 a ；2 0 0 8 b ；2 0 0 8 c ) 。 d ek r e u k 等提出的好氧颗粒污泥数学模型，描述了溶解氧的渗透梯度 缺氧及 好氧情况下微生物增长速率以及营养物质的传递和去除( d ek r e u ke ta l2 0 0 7 b ) 。 该模型表明，产生胞外聚合物( 日s ) 的异养菌会通过细胞溶出产物进行增殖，这 些异养菌将在颗粒污泥的内部通过将生成的部分硝酸盐反硝化而进行生长；在好 氧颗粒污泥内部，它们分泌的e p s 对颗粒污泥的结构进行巩固，使得整个颗粒密实 度得到增强。而硝化菌主要在颗粒的外层生长，由于水力冲击等原因造成脱落速 率较快，在污泥中停留时间较短( d ek r e u ke ta t2 0 0 7 a ) 。 i v a n o v 教授提出的模型指出颗粒之间通过相互碰撞、气泡冲刷以及机械搅拌而 产生的剪切力会增加颗粒机械密实度，进而影响颗粒污泥中微生物的分布、脱落 和其内部的孔透性f l v a n o v , 1 9 8 6 ) 。孔透性的改变直接影响物质向颗粒内部的运输， 新的颗粒污泥在剥落的部分重新生长，会产生与原来不同的生物种群结构。 周延年通过对s b 贩应器中培养出来的好氧颗粒污泥进行冷冻切片后显微观 测，结果发现，所形成的好氧颗粒污泥的表面第一层厚度约为2 2 0 - 3 4 0 01 3 3 , 质地 较密实，主要由异养生物组成，这一层主要发生有机碳的氧化，同时进行硝化作 用；第二层厚度约为3 8 0 - 5 5 0 1 m ，质地相对松散，主要由自养生物组成，硝化菌 在该层中占有优势，因此硝化作用明显；第三层位于颗粒污泥中心，存在明显的 空腔，主要由无机成分组成，微生物量较少，大部分时间处于内院呼吸状态( 周 4 一 扬州大学硕士论文 延年，2 0 0 9 ) 。 1 1 3 好氧颗粒污泥的形成机制 1 1 3 1 四步途径 l i 艉出了好氧污泥颗粒的形成主要通过四步途径完成： ( 1 ) 通过水流推动力、扩散力、重力、热力以及细胞之间的相对运动，使最 初的细菌向细菌或基质表面靠拢，形成了最初的微生物聚合体。其中，基质可以 是污泥中已经存在的细菌聚合体，也可以是惰性的无机或有机物。 ( 2 ) 细菌与细菌之间、细菌与固体表面之间相互吸附，进一步形成微生物聚 合体，这一过程主要是通过物理、化学和生物之间的作用力进行，且此过程通常 情况下存在可逆性。 ( 3 ) 胞外聚合物( e p s ) 产生的生物凝胶是微生物细胞之间强有力的吸引力， 这种吸引力使上一过程中的吸附不再可逆，微生物聚合体逐渐形成并强化。 ( 4 ) 在水力剪切力的作用下，结构稳定的好氧颗粒污泥最终形成( l i ue t a l ， 2 0 0 2 ) 。 1 1 3 2 三种假说 关于好氧颗粒污泥形成的机制，很多学者通过研究提出了三种假说： ( 1 ) 微生物自凝聚假说 t a y 等认为好氧污泥颗粒的形成是微生物在静电斥力和水力作用下的自凝聚 过程( r a y e t a i , 2 0 0 ：) 。在细胞内部、细胞之间、多种属的细菌及细菌之间、蛋白质 之间广泛存在的吸附作用，使得微生物相互聚集形成紧密的有规则形状的三维立 体结构。每个颗粒污泥包含数以万计个不同种类的细菌，细菌间的相互黏着促进 了好氧污泥的颗粒化，最终形成具有规则椭圆形外观的微生物聚合体。因此，可 以把好氧颗粒污泥看作是高密度的细菌团聚体，也可看作是一种特殊形式的生物 膜。 ( 2 ) 选择压驱动假说 在s b r 反应器中，通过控制沉降时间，使得沉降速率快的颗粒污泥能在反应器 内保存下来，而沉降性能差的就会从反应器中淘汰。这种沉降淘洗过程是一个纯 史巍：蚓粪对好氧反应器启动影响的初步研究 三 粹的物理选择过程，与微生物的性质无关。t a y 等通过变化排水口的高度获得不同 的选择压，比较了不同的选择压下好氧颗粒污泥的形成过程，研究发现硝化颗粒 污泥需要高强度的选择压( t a ye ta i , 2 0 0 2 ) 。 ( 3 ) 胞外多聚物假说 胞外聚合物( 口s ) 是微生物分泌于细胞表面的大分子黏性物质，主要包括蛋 白质、多糖、腐殖质酸和油脂等，这些物质能够改变细胞表面的物理化学性质， 有利于微生物细胞凝聚，对颗粒污泥的形成和稳定起到重要作用。l i u 等认为，e p s 是微生物细胞和颗粒态物质相连接的桥梁。高浓度的多糖可以帮助细胞之间的吸 附，并且通过聚合物矩阵增强微生物结构。胞外多糖代谢机制受阻，将会影响微 生物聚合体的形成( l i u e t a l , 2 0 0 4 a ；2 0 0 4 b ) 。 1 1 4 影响好氧颗粒污泥形成的因素 ! _ 1 1 4 1 进水底物 不同碳源条件下培养的好氧颗粒污泥在微生物组成及结构方面存在明显差 异。目前，很多学者用葡萄糖、乙酸钠、乙醇、苯和合成废水作为碳源培养出好 氧颗粒污泥。这些易降解物质具有较高的粘性，有利于细菌之间的相互聚合。 朱哲等分别利用葡萄糖、淀粉、乙酸钠和苯酚4 种典型基质研究了不同基质 种类对活性污泥形状的影响( 朱哲，等2 0 0 9 ) 。通过红外分析得到，不同基质培养 的活性污泥胞外聚合物中主要的基团为羧基、醇羟基、羧酸、酰胺和多聚糖。苯 酚合成的颗粒污泥在胞外聚合物总量的比较中占绝对优势，乙酸钠次之，葡萄糖 和淀粉的则较少。同时，由于e p s 中多糖和蛋白质比例的不同，使得不同基质合 成的活性污泥的表面电位存在差别。 卢然超采用模拟不同c 、n 、p 比例的生活污水，在s b r 反应器内培养好氧颗 粒污泥，结果发现，进水中较高的c o d t n ( 2 4 6 6 ) 、c o d t p ( 5 8 2 5 ) 和适当的 t n t p ( 2 3 6 ) 对形成颗粒污泥有利( 卢然超，2 0 01 ) 。l i u 研究了不同n c o d 对颗粒 污泥形成的影响，试验发现，越高的n c o d 形成的颗粒平均粒径越小，更有利于 硝化细菌在颗粒污泥上的大量富集和繁殖。( l i u , 2 0 0 4 c ) 6 扬州大学硕士论文 1 1 4 2c o d 负荷 好氧颗粒的形成对c o d 负荷不是很敏感，在2 5 1 5 k g c o d ( m 3 d ) 都可以形成 好氧颗粒污泥，但其物理性质仍受负荷影响。在负荷低于1 o k 烈m 3 d ) m ，无法培 养出好氧颗粒污泥。然而在较高的有机负荷情况下，丝状菌容易在颗粒内部占据 优势而使颗粒膨胀，最终使颗粒污泥解体。有些学者建议，在污泥培养初期采用 较低的c o d 负荷，而当颗粒污泥培养成功后适当提高有机负荷。为保证颗粒污泥 的稳定性，有机负荷一般控制在2 - 4k e d ( m 3 d ) 。 1 1 4 3 水力剪切力 剪切作用是好氧颗粒污泥形成的重要因素。 l a y 等关于剪切力的研究说明，当 上升气速较低( o 8 c m s ) 时，s b r 反应器中没有发现颗粒污泥，随着气速的增大， 达到1 2 c m s 时，反应器中才出现了外形轮廓清晰的颗粒污泥，且上升气速越大， 所得的好氧颗粒污泥的密度和强度越高，外观越规则( t a y e ta t2 0 0 1 ) 。王超等在 剪切应力对好氧颗粒污泥形态结构和微生物活性的影响机制研究中发现：在一定 范围内，剪切力的增加对好氧颗粒污泥的微生物活性有促进作用( 王超，2 0 0 8 ) 。较 高的剪切力不仅可以提高好氧颗粒污泥微生物的比耗氧速率，还有利于分泌更多 的胞外聚合物，提高污泥的快速吸附能力和建立更为完善的自我保护、自我调节机 制。好氧颗粒污泥的比耗氧速率( s o u r ) 和胞外聚合物( e p s ) 与剪切应力的变 化规律，可用线性方程来描述。随着剪切力的增大，传质推动力增大，有利于克服 传质阻力，促使基质向颗粒内部传递，从而提高了好氧污泥的活性。同时，提高 了细胞表面的疏水性能，有利于形成稳定的颗粒污泥。然而，较大的剪切力下形 成的颗粒由于其结构致密的特点，使得传质阻力增大，不利于基质向颗粒内部的 传递，使得颗粒内部得不到充足的营养，细胞活性被抑制。同时，过高的水力剪 切力会引起颗粒污泥的解体。因此，要控制合适的水力剪切力才有利于颗粒污泥 的形成。 1 1 4 4 沉降时间 好氧颗粒污泥的沉降也是一个对微生物的选择过程，沉降快的污泥被截留， 而沉降慢的则被淘汰，这一过程是通过对污泥的排放实现的。当换水率一定时， 史巍：蚓粪对好氧反应器启动影响的初步研究 三 缩短沉降时间，反应器对微生物的选择压力增加，w a n g 等认为颗粒污泥的稳定性 会随着选择压的增强而逐渐增强( w a n g e ta t2 0 0 7 ) 。同时，细胞表面的疏水性能 和微生物活性得到增强，且促进细胞分泌e p s 从而加强污泥颗粒化( m es w a i ne ta l 2 0 0 4 ；q me ta l , 2 0 0 4 a ；q i ne ta l , 2 0 0 4 b ) 。因此，缩短污泥沉降时间，更有利于对污 泥的选择，形成沉降性能优越的颗粒污泥。 1 1 4 5c a 2 + g e 度的影响 c a 2 + 在好氧污泥形成过程中有着重要的影响，在进水中加入一定量的c a 2 + 可加 速污泥颗粒化进程，同时，培养出的颗粒污泥具有良好的沉降性及强度特性。污 泥颗粒中的c a 2 + 浓度会随环境中c a 2 + 浓度的增加而增加，含量过高时会阻碍基质、 溶解氧的传递，破坏颗粒内环境。因此，要根据具体情况控制进水中c a 2 + 浓度( 汪 善全，等2 0 0 7 ：ji a n g e ta t2 0 0 3 ：梁洋，等2 0 0 7 ：刘丽，等2 0 0 8 ) 。 。： 1 1 4 6 溶解氧浓度、温度、p h 虽然很多学者研究了在相对过高或过低溶解氧浓度下，均可成功培养出好氧 颗粒污泥，p e n g 在溶解氧浓度0 7 一1 0m g l 下培养出了好氧颗粒污泥：而t a y 在 溶解氧浓度大于2 0 m g l 的条件下也培养成功( p e n g , 1 9 9 9 ；t a y , 2 0 0 2 b ) 。然而氧气作 为好氧微生物利用基质时的电子受体，直接影响着好氧微生物的生长。水体中溶 解氧的浓度过低，会导致颗粒内部供氧不足，丝状菌生长容易占优势( m a r t i n se ta l , 2 0 0 3 a ；2 0 0 3 b ) ，破坏污泥性能。 由于不同温度下微生物活性存在差异，因此，温度直接影响着颗粒污泥的形 成。有研究在低温情况下形成的颗粒污泥，沉降性能较差，泥量较低，导致基质 不能在反应周期内完全降解，难以形成稳定的好氧颗粒污泥( d ek r e u ke ta l , 2 0 0 5 ) 。 因此，应选择适宜微生物活性的温度下进行好氧颗粒污泥的培养。卢然超研究发 现2 2 对污泥的形成较为有利。 p h 对好氧颗粒污泥胞外多聚物浓度影响的研究表明，e p s 浓度随p n 值的增 加显著下降，在p h 值8 4 时达到最小值，p h 值9 0 时略微升高( z h e n g e ta 1 ，2 0 0 5 ) 。 朱哲进行了不同p h 下对好氧污泥形成的影响研究，实验发现，酸性条件下( p h = 4 0 ，5 5 ) 污泥产生的胞外聚合物总量多于中性( p h = 7 0 ) 和偏碱性( p h = 9 0 ) 条件 8 一 扬州大学硕士论文 下。且污泥表面电位随p h 的升高而降低。然而，在酸性条件下，丝状菌大量生长， 导致污泥絮体的平均粒径增大，结构松散；在中性条件下，无明显丝状菌生长， 絮体平均粒径减小，结构致密；偏碱性条件下，虽然无出现大量丝状菌，但絮体 平均粒径较中性条件略有增大( 朱哲，2 0 0 8o 考虑综合方面，应将p h 控制在6 0 - 8 0 1 2s b r 工艺的特点及研究进展 1 2 1s b r 工艺的特点 s b r ( s e q u e n c m g b a t c hr e a c t o ra c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) 是序批式活性污泥法 的简称，其运行主要分为进水、反应、沉淀、排水和闲置五个阶段。在进水阶段， 待处理污水进入反应器内，到达最高水位；停止进水后进入反应阶段，对反应器 内污水进行曝气生化处理；曝气结束后进入沉淀阶段，泥水进行分离，上清液排 出；处理完成后反应器处于闲置阶段，这也是一个使活性污泥恢复活性的阶段。 近年来，s b r 因其简单的工艺、构筑物少、出水水质好、较强的抗冲击负荷能力、 低廉的基建和运行费用以及管理方便等特点，目前已成为国内外广泛关注和研究 的污水生化处理技术，被应用在城市污水及食品、制药、造纸、印染等工业废水 以及畜禽养殖废水的处理，并取得了理想的效果( 岳强，2 0 0 3 ) 。 刈一目一目一目一u 图1 1s b r 工艺 ( 1 ) s b r 工艺作为间歇处理工艺，与传统的污水处理工艺相比，其特点在于 将进水、反应、沉淀于一体，无需设置调节池、二沉池和污泥回流装置，构筑物 少，占地面积小，减少了初期的基建投入。 ( 2 ) 在反应阶段，s b r 反应器内部的混合液在曝气中进行完全混合，底物浓 度随着时间的增加而降低，由于生物反应速率与底物浓度成正比。因此，在此理 想的推流状态下不存在反混作用，反应速率得到提高，底物去除率高。s b r 反应 器运行属于一个好氧一缺氧一厌氧交替的过程，对s b r 进行曝气量、运行时间上的 史巍：蚓粪对好氧反应器启动影响的初步研究2 调控，可达到脱氮除磷的要求。同时，由于s b r 属于理想的完全推流式与实际的 完全混合式的统一体，使其具有更强的耐冲击负荷能力，对有毒及高浓度有机废 水具有较好的处理效果( 王凯军，2 0 0 2 ：杨云龙，2 0 0 2 ) ( 3 ) 由于s b r 工艺在进水和反应之间的缺氧一好氧的交替，抑制了专性好氧 丝状菌的过度繁殖，可防止污泥膨胀。同时，这一阶段的交替又不会对多数微生 物产生负作用。 s b r 工艺目前已广泛应用，而其自身存在的主要缺点有：由于s b r 工艺为间 歇运行模式，因此对于大型的污水处理项目，难以达到连续进水和连续出水的目 的，若将单一的s b r 反应器进行连续进水运行，则需要投入较大的调节池：经过 s b r 工艺处理后的出水若要进行后处理，则需设置后调节池；同其它工艺相比， s b r 工艺的反应器闲置率较高( 程晓如，2 0 0 5 ) 。 ， 1 2 2s b r 工艺的发展及其衍生工艺 近些年来在传统s b r 工艺的基础上，许多学者进行了改进，衍生出更利于污 水处理的新型工艺。以下介绍几种目前被广泛应用的新型工艺技术。 1 2 2 1i c e a s i c e a s ( i n t e r m i t t e n tc y c l ee x t e n d e da e r a t i o ns y s t e m ) 是间歇式循环延时曝气 活性污泥法的简称，兴起于2 0 世纪8 0 年代的澳大利亚，随后因其管理方便运行 费用更加低廉的特点，被广泛应用于国内外污水处理中。其改进后的主要区别是 在进水区添加了一个挡板，形成一个预反应区，使得反应器可进行连续进水、连 续出水运行。污水进入反应器中先进入到预反应区，从预反应区底部以稳定流速 流入主反应区内，这样减小了因连续进水而造成的扰动，同时，省去了连续进水 的切换闸门，简化了设备，更适于应用到大型的污水处理中。 主 反 应 区 图1 2 i c e a s 工艺 摊水( 侉囊摊溺 1 0 扬州大学硕士论文 1 2 2 2c a s t c a s s c a s p 循环式活性污泥系统c a s t c a s s ( c y c l i ca c t i v a t e ds l u d g et e c h n o l o g y c y c l i c a c t i v a t e ds l u d g es y s t e m c y c l i ca c t i v