（环境工程专业论文）好氧颗粒污泥的快速培养及其对垃圾渗滤液处理的研究.pdf

m a s t e rd i s s e r t a t i o n s t u d y o nr a p i dcu l t i v a t i o no fa e r o b i c g r a n u l a rs l u d g ea n dt r e a t m e n to fl a n d f i l l l e a c h a t e b y y a n gc h e n g s u p e r v i s e db yp r o f a nl i c h a o n a n ji n gu n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y m a r c h ，2 0 1 3 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：啦 护房年亏剧汐日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 7 oi 弓钨月膨日 硕士论文 好氧颗粒污泥的快速培养及其对垃圾渗滤液处理的研究 摘要 好氧颗粒污泥技术是一种新型的生物处理技术，相比于活性污泥，它具有更好的沉 降性能、更高的生物量、更紧实的结构等优点，近年来成为国内外学者研究的热点。虽 然好氧颗粒污泥具有诸多优点，但实际工程中培养较困难、运行成本较高、污泥颗粒不 稳定等原因，使得好氧颗粒污泥技术仍没有大规模应用到实际废水处理中。本课题针对 以上原因，研究：( 1 ) 好氧颗粒污泥的快速培养；( 2 ) 研究好氧颗粒污泥对垃圾渗滤液 处理效果并优化运行条件。 本实验在s b r 反应器r 1 、r 2 、r 3 中接种污泥，保持反应器中总m l v s s 不变，并 在r 2 、r 3 中分别投加粉碎的好氧颗粒污泥和颗粒活性炭，比较各反应器颗粒污泥培养 速度快慢；并用前期培养的好氧颗粒污泥对垃圾渗滤液进行处理，寻找经济有效的运行 方式。研究结果表明： ( 1 ) 在反应器中投入约占总m l v s s 2 0 的粉碎好氧颗粒污泥和颗粒活性炭，能加 快好氧颗粒污泥的培养。r 1 、r 2 、r 3 的好氧颗粒污泥分别于3 5d 、2 0d 、3 0d 成熟。 r 2 培养成功的好氧颗粒污泥，粒径约为11 t 1 1 t i ，密度为1 0 2 4g c m 3 ，平均沉降速度达到 5 7 4 8m h ，强度为9 7 8 6 ；颗粒污泥处理污染物效果良好，t n 、t p 的去除率达到9 7 3 1 、 6 7 6 9 左右。 ( 2 ) 污泥颗粒化过程中，r 1 、r 2 、r 3 的蛋白质p n 含量均在逐渐增大，其中r 2 的p n 值高于r 1 、r 3 。r 2 颗粒形成速度较快的原因是r 2 中投加的粉碎颗粒污泥的p n 较高为4 3 7 2m g g v s s ，较高的p n 值使得污泥较快的凝聚，颗粒化速度加快。 ( 3 ) 好氧颗粒污泥系统经过3 2d 的驯化，逐步适应垃圾渗滤液，最终对c o d 、 n h 4 + n 、t n 的去除率达到8 5 7 3 、9 8 9 2 、7 5 7 0 左右。 ( 4 ) 考察反应器运行周期、曝气量、缺氧静置时间对污染物和颗粒稳定性的影响。 发现运行周期t 为4h 时，缩短了污泥好氧饥饿期至1h ，发现颗粒污泥性质更稳定， 处理效果较佳；曝气为1 6 0l h ，颗粒污泥的t n 去除率达到7 6 1 2 左右，污泥颗粒性 质良好；当静置时间为2 0m i n 时，颗粒污泥强度、密度、平均沉速为9 6 5 4 、1 0 3 3g c m 3 、 s 0 6 8m h 。 关键词：好氧颗粒污泥，垃圾渗滤液，稳定性 硕士论文好氧颗粒污泥的快速培养及其对垃圾渗滤液处理的研究 a b s t r a c t a e r o b i cg r a n u l es l u d g ei san o v e le n v i r o n m e n t a lb i o t e c h n o l o g i c a lp r o c e s s c o m p a r e w i t ht h ea c t i v a t e ds l u d g e ，t h ea e r o b i cg r a n u l eh a sb e t t e rp e r f o r m a n c eo ns e t t l i n g ，h i g h e r b i o m a s sc o n c e n t r a t i o na n dc o m p a c tm i c r o b i a ls t r u c t u r e r e c e n t l y ，i th a sb e e nt a k e nal o to f a t t e n t i o no ft h es c h o l a r sa th o m ea n da b r o a d a l t h o u g ht h es l u d g eh a ss om a n ya d v a n t a g e s ， b u tt h ea e r o b i cg r a n u l es l u d g et e c h n o l o g yh a sb e e nn ol a r g e s c a l ea p p l i c a t i o ns of a rb e c a u s e o ft h em o r ed i f f i c u l ta c t u a le n g i n e e r i n gt r a i n i n g ，t h eh i g h e ro p e r a t i n gc o s t sa n dt h ei n s t a b i l i t y o fg r a n u l e f o rt h ea b o v er e a s o n s ，t h es t u d yh a dm a i n l yd i s c u s s e dt h a t ：( 1 ) r a p i dc u l t i v a t i o n o fa e r o b i cg r a n u l es l u d g e ；( 2 ) s t u d yt h et r e a t m e n to fl a n d f i l ll e a c h a t e 谢t ht h ea e r o b i cg r a n u l e s l u d g ea n do p t i m i z eo p e r a t i o np a m a m e t e r so ft h ea e r o b i cg r a n u l es y s t e m i nt h i se x p e r i m e n t ，t h es b rr e a c t o r sr 1 ，r 2a n dr 3h a db e e ni n o c u l a t e dw i t ht h e a c t i v a t e ds l u d g e ，t h e nt h ec r u s h e da e r o b i cg r a n u l es l u d g ea n dg r a n u l a ra c t i v a t e dc a r b o nh a d b e e na d d e dt or 2a n dr 3r e s p e c t i v e l y ，k e p tt h et o t a lm l v sse q u a l a f t e r ，b e g a nt oe v a l u a t e d t h et h es p e e do fg r a n u l a rs l u d g ec u l t i v a t i o ni ne a c hr e a c t o r ；s t u t i e do nt r e a t m e n to ft h el a n d f i l l l e a c h a t ew i t he a r l yc u l t i v a t i o na e r o b i cg r a n u l es l u d g e ，a n df o u n dc o s t e f f e c t i v eo p e r a t i o n p a m a m e t e r sa b o u tt h es y s t e m t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： ( 1 ) a d d i n gt h e2 0 t o t a lm l v s sc r u s h e da e r o b i cg r a n u l es l u d g ea n dg r a n u l a ra c t i v a t e d c a r b o nt ot h er e a c t o rc o u l dr e d u c ec u l t i v a t i o nt i m eo fa e r o b i cg r a n u l a rs l u d g e i nr 1 ，r 2a n d r 3 ，a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g em a t u r e da t3 5d ，2 0da n d30dr e s p e c t i v e l y a f t e r2 0d a y s ， a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ew a sc u l t i v a t e ds u c c e s s f u li nr 2 ，t h ed i a m e t e ro fa e r o b i cg r a n u l ew a s a p p r o x i m a t e l y1r a i n ，t h ep r o p o r t i o no ft h ea e r o b i cg r a n u l ew a s1 0 2 4g c m 3 ，t h ea v e r a g e s e t t i n gv e l o c i t yr e a c h e d5 7 4 8 m ha n dt h ec o m p l e t ec o e f f i c i e n tw a s9 7 8 6 ：i nr 2t h e r e m o v a le f f i c i e n c yo ft na n dt pr e a c h e d9 7 31 a n d6 7 6 9 ( 2 ) t h ep r o t e i nc o n t e n t ( p n ) o fr1 ，r 2a n dr 3g r a d u a l l yi n c r e a s e d ，e s p e c i a l l yt h ep n v a l u ei nr 2w a sh i g h e rt h a nr 1 sa n dr 3 s t h er e a s o nf o rt h ef a s t e rg r a n u l a rf o r m a t i o ns p e e d i nr 2w a st h a tt h ep no fc r u s h i n gg r a n u l a rs l u d g ea d d e di ni s4 3 7 2m g g v s s ，t h eh i g h e rp n c o u l dp r o m o t et h es l u d g et oa g g l o m e r a t e ，r e d u c ec u l t i v a t i o nt i m eo fa e r o b i cg r a n u l a rs l u d g e 。 ( 3 ) a f t e rt h ep e r i o do ft h e3 2d a y s a c c l i m a t i o n ，t h ea e r o b i cg r a n u l a rs l u d g eh a da d a p t e d t ol a n d f i l ll e a c h a t es t e pb ys t e p ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d ，n h 4 + na n dt nw a s8 5 7 3 ， 9 8 9 2 ，7 5 7 0 e v e n t u a l l y ( 4 ) a f t e ri n v e s t i g a t i n gt h ei n f l u e n c eo fo p e r a t i n gp e r i o d ，a e r a t i o nr a t e ，a n da n o x i ct i m e ， t h er e s u l ts h o w e dt h a tw h e nt h eo p e r a t i n gc y c l ew a s4h ，i tju s tr e d u c e dt h es t a r v a t i o np e r i o d t t t a b s t r a c t 硕士论文 t o1ha n dt h eg r a n u l a rs l u d g eb e c a m em o r es t a b l e ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yi m p r o v e d ；w h e n t h ea e r a t i o nr a t ew a sa b o u t16 0 l h t h er e m o v a le f f i c i e n c yo ft nw i t l lt r e a t m e n to fg r a n u l a r s l u d g ew a s7 6 12 ，t h ep r o p e r t yo fg r a n u l a rs l u d g ew a sf a v o r a b l e w h e nk e e p i n gt h ea n o x i c t i m ef o r2 0m i n ，t h ei n t e n s i t yo fg r a n u l a rs l u d g e ，t h ed e n s i t ya n dt h ea v e r a g es p e e do f s e t t l e m e n tw a s9 6 5 4 ，1 0 3 3g c m 3a n d5 0 6 8m hr e s p e c t i v e l y k e y w o r d s ：a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g e ，l a n d f i l ll e a c h a t e ，s t a b i l i t y i v 硕士论文 好氧颗粒污泥的快速培养及其对垃圾渗滤液处理的研究 目录 摘习枣。i a b s t r a c t i i i 目勇匙。v 1 绪论。1 1 1 好氧颗粒污泥技术1 1 1 1 好氧颗粒污泥的形成原理1 1 1 2 好氧颗粒污泥的基本特性2 1 1 3 影响好氧颗粒污泥形成的主要因素3 1 1 4 影响好氧颗粒污泥稳定运行的因素5 1 1 5 好氧颗粒污泥的应用6 1 2 垃圾渗滤液废水概述7 1 2 1 垃圾渗滤液废水特点7 1 2 2 垃圾渗滤液处理方案8 1 2 3 处理垃圾渗滤液的方法8 1 3 课题研究内容及意义一9 2 实验材料与方法1 1 2 1 实验装置1 1 2 2 实验仪器1 1 2 3 实验分析项目和方法1 2 2 3 1 实验水质分析方法1 2 2 3 2 污泥性质分析方法1 2 3s b r 系统中好氧颗粒污泥的快速培养及其特性研究1 4 3 1 接种污泥及实验材料1 4 3 2 废水水质1 4 3 3 实验方案1 4 3 4 结果与讨论15 3 4 1 污泥颗粒过程中外观形态的变化1 5 3 4 2 污泥颗粒化过程中沉降性能的变化1 7 3 4 3 污泥颗粒化过程中污泥浓度( m l s s ) 的变化1 8 3 4 4 污泥颗粒化过程中胞外聚合物( e p s ) 的变化1 9 3 4 5 培养过程污泥对污染物的去除效能2 1 v 目录硕士论文 3 5 成熟好氧颗粒污泥的物理性质及结构特点2 6 3 5 1 成熟好氧颗粒污泥的物理性质一2 6 3 5 2 好氧颗粒污泥的微观结构一2 7 3 6 本章总结2 8 4 好氧颗粒污泥处理垃圾渗滤液的研究。3 0 4 1 接种污泥3 0 4 2 废水水质3 0 4 3 实验方案3 0 4 4 结果与讨论31 4 4 1 驯化过程中好氧颗粒污泥对垃圾渗滤液污染物的去除3 1 4 4 2 运行参数的选择与讨论3 3 4 5 本章总结3 8 5 结论与建议。3 9 5 1 结论3 9 5 2 建议4 0 致谢。4 1 参考文献4 2 v i 硕士论文好氧颗粒污泥的快速培养及其对垃圾渗滤液处理的研究 1 绪论 水是人类得以生存，社会能够持续发展的不可替代的重要资源。中国的水资源总量 位居世界前列，但是由于人口密度较大，加之水资源在时空的分布不均，使得中国的水 资源短缺。近年来随着工业和农业技术发展，中国的经济得到了较快的发展，但与此同 时由于人们环境保护意识的缺乏，大量具有危害的工业废水和氮磷含量较高的农业废水 进水水体，造成环境严重的污染，甚至影响了人们身体健康和日常饮用水安全。所以为 了保证社会经济的可持续发展和人们的饮用水安全，寻找出一个经济高效、适合国情的 水处理方法是当务之急。 1 1 好氧颗粒污泥技术 好氧颗粒污泥是微生物自固定化而形成特殊的生物膜，污泥颗粒化过程实际上是微 生物在一定选择压下发生自我凝聚【lj 。对颗粒污泥研究，最早源于上世纪8 0 年代 l e t t i n g a 2 等在其发明的u a s b 反应器中成功培养出了厌氧颗粒污泥。厌氧颗粒污泥凭借 其较强的水处理能力，迅速成为全世界学者的研究热点，并已成功应用于工业废水的处 理。学者很快发现厌氧颗粒污泥的培养需要较长的启动时间、较高的运行温度等较为苛 刻的条件，且对于氮磷等污染物都无法达到较好的去除效果。好氧颗粒污泥因其能够较 迅速的培养，且具有较好的氮磷去除效果，得到学者的广泛认可和关注。与传统的活性 污泥法相比，好氧颗粒污泥具有更好沉降性能、较高的微生物量、密实的结构等优点， 好氧颗粒污泥的结构特点使其抗冲击性能、脱氮除磷能力、耐毒性更为出色，成为近年 来废水生物处理的研究热点之一。 1 1 1 好氧颗粒污泥的形成原理 好氧颗粒污泥是微生物在提供特殊的水力条件的反应器里，通过物理、化学的作用， 逐步凝聚成的生物聚集体。自m i s h i m a 等【3 j 于1 9 9 1 年在好氧升流式污泥床反应器a u s b 中 成功培养出了好氧颗粒污泥，关于其机理的探讨一直是学者研究热点。但是至今为止， 对于其形成机理，仍没有形成一个公认和统一的结论。 借助现代分子生物技术，国内外学者对于颗粒污泥的形成机理的研究取得了一定的 进展。l i u t a 等认为好氧颗粒污泥的形成主要以下四个步骤：( 1 ) 反应器中的微生物在水 力条件等物理作用下，相互接触，这个过程作用力包括水力作用力、重力、热力以及微 生物自我运动等；( 2 ) 微生物在物理、生化作用力下，相互吸附聚集，这个过程的作用 力包括：范德华力、表面张力、电荷间的吸引力、细胞膜粘结等作用力；( 3 ) 微生物聚 集体在其分泌的胞外聚合物的作用下，使得它们的聚集变得更加牢固，逐渐成熟。微生 l 绪论硕士论文 物在特定的条件( 较强的剪切力，较短的沉淀时间等) 产生的大量的胞外聚合物，使得 其自身形成一个稳定的微生物聚集体；( 4 ) 水的剪切力，微生物之间的碰撞摩擦，微生 物最终聚集形成了立体结构。 有三种假说：微生物自凝聚假说，选择压驱动假说，胞外聚合物假说，是被现在大 家认可的关于好氧颗粒污泥形成机理的假说。自凝聚假说：t a y $ 1 l i u 5 认为微生物在气 体剪切力和水力条件作用下，发生自我凝聚，最终凝聚成好氧颗粒污泥。选择压驱动假 说：通过控制反应器中的运行条件，达到对微生物自然选择的目的。通常控制沉淀时间， 淘洗出沉降性能优良的微生物。此过程并未对微生物的种类选择，只是一个对微生物物 理性质的自然筛选过程。王强等 6 】研究发现较短的沉淀时间，形成了较大选择压，有利 于形成颗粒污泥。胞外聚合物假说：胞外聚合物被认为是微生物之间的粘合剂，微生物 在黏性作用下相互凝聚，增加了微生物聚集体结构的稳定性。好氧颗粒污泥e p s 远大于 活性污泥的分泌量【7 ，8 j 。 1 1 2 好氧颗粒污泥的基本特性 好氧颗粒污泥的培养受到较多因素的影响，反应器、进水基质、运行方式的不同条 件下形成好氧颗粒污泥的基本特性均有一定差异。 1 1 2 1 物理性质 好氧颗粒污泥不同于活性污泥，其外观规则，分界清晰，结构紧实。好氧颗粒污泥 的粒径一般为0 3 8m i l l ，通常成球形、椭球形 9 , 1 0 。好氧粒径大小影响着基质传质、氧 传递效果，粒径太大时颗粒污泥内部的微生物因得不到营养物质而自我分解，最终导致 颗粒污泥的解体。有研究发现当污泥粒径超过4 0i t l q 时，污泥的沉降性能变差，影响了 反应器的正常运行【1 1 | 。 污泥的沉降性能是影响泥水分离效果的关键因素。一定粒径范围内，粒径越大，沉 降性能越好。好氧颗粒污泥s v i 一般为2 0 3 4 9 3 7 5m l g ，沉降速度可达至1 2 5 - 7 0m h ，远 远高于活性污泥的沉降速度【1 2 , 1 3 】。较短时间好氧颗粒污泥在反应器能截留较多的微生 物，增强了对污染物的去除效能，甚至可以省去二沉池。好氧颗粒污泥比较紧实，强度 也较大，密度通常为1 0 0 4 1 0 6 5g c m 3 14 1 ，强度与厌氧颗粒污泥相当【1 5 】。 1 1 2 2 化学性质 细胞的疏水性影响着细胞与细胞之间黏结的效果。疏水性越强，细菌之间接触的机 会越大，能够加快颗粒污泥的形成。l i u 矛i y a n g 1 6 1 认为微生物表面疏水性是影响好氧颗 粒污泥形成的主要因素。通常一般活性污泥的疏水性只有好氧颗粒污泥的一半【l7 1 。胞外 聚合物e p s 是由多糖、蛋白质、核酸、腐殖酸所构成。蛋白质( p n ) 与多糖( p s ) 的比值影 响细胞表面的疏水性，因此对于e p s 对颗粒污泥影响得到广泛的研究。但由于学界对e p s 测量没有统一的测定标准，对于p n 与p s 成分的所起作用仍然存在争议。研究表明培养 2 硕士论文好氧颗粒污泥的快速培养及其对垃圾渗滤液处理的研究 好氧颗粒污泥的过程伴随着p n p s l l 值的增加 7 ，但是z h a n g 等【1 8 1 却发现p n 变化较小， p s 却有所增长，p n p s 的比值随之变小。 1 1 3 影响好氧颗粒污泥形成的主要因素 好氧颗粒污泥培养是一个微生物在物理、生化共同作用下逐步凝聚的过程，过程中 受到较多因素的影响。废水成分、种泥类型、负荷的高低、运行周期、沉底时间、曝气 量、p h 、温度等都影响着污泥颗粒化的速度。所有只有在选取合适的条件下，才能迅速 的培养出好氧颗粒污泥。 1 1 3 1 接种污泥与基质成分 目前好氧颗粒污泥的接种污泥通常采用城市污水处理的活性污泥。污泥中的微生物 疏水性的强弱影响着颗粒污泥培养速度的快慢。污泥中菌种的疏水性强时，絮状污泥更 容易相互粘附在一起形成聚集体( 1 9 】。w i l e n 和o n u k i 2 0 1 研究发现，因此当污泥的疏水性越 强、数量越多，颗粒污泥的培养时间越短。陈雪松等【2 l 】研究表明接种厌氧颗粒污泥能较 快速的培养出了好氧颗粒污泥。 培养基质成分影响着颗粒污泥微生物的种群和物理性质。以葡萄糖、醋酸盐、乙醇、 生活污水等多种基质成分，都成功培养出了好氧颗粒污泥。t a y 等【5 】发现以醋酸为基质培 养出的颗粒污泥粒径较小，但结构更紧实，以葡萄糖为基质培养的颗粒污泥表面丝状菌 居多。在基质中添加一些金属阳离子( c a 2 + 、m 9 2 + 、f e 2 + 等) 能够缩短培养好氧颗粒污 泥的速度；当进水基质含有10 0m g l c a 2 + 时，16 d 颗粒污泥即培养成功【2 2 】。 1 1 3 2 有机负荷 好氧颗粒物相比厌氧颗粒污泥，有机负荷对其形成快慢影响较小，研究表明负荷 1 5 - 1 5k g ( m 3 d ) 范围内，好氧颗粒污泥均可以形成【2 3 】。有机负荷影响颗粒污泥的物化特 性和稳定性。l i u 等【2 4 】发现当基质负荷从3 0 增加至9k g ( m 3 - d ) ，粒径增加t 3m i l l ，但是 机械强度减弱。研究表明，高有机负荷下行成颗粒污泥较不稳定，丝状菌占优势容易发 生污泥膨胀，导致污泥的解体【2 5 , 2 6 】。 1 1 3 3 沉淀时间 好氧颗粒污泥形成过程可以看成是对沉降性能优良的污泥截留过程。沉降时间是污 泥颗粒化过程中最为重要的影响因素之一。沉降时间为2 0 m i n 时，无法形成颗粒污泥， 絮状污泥占据反应器；沉淀时间控制在1 0m i n m 5r a i n 时，反应器截留下来的是部分颗粒 污泥和絮状污泥的混合物；在沉淀时间为1 5r a i n 范围，反应器中的污泥才全部转化为 颗粒形态 2 7 , 2 8 。刘丽等发现进水c a 2 + 的浓度为4 0m g l ，培养出颗粒污泥的抗压能力得 到加强，s v i 值达到1 9 2m l g 。 1 1 3 4 运行周期 运行周期的长短反映着反应器排出性能较差污泥的频率。运行周期也是控制反应器 1 绪论硕士论文 对于污泥选择压的重要的影响因素。一般来说，较短的运行周期能够加快颗粒化速度， 但是过短的运行周期使得排泥过于频繁，从而导致大量的污泥流失，从而使颗粒污泥培 养失败；如果运行周期过长，反应器会产生大量的絮状污泥所占据，而导致污泥颗粒化 失败【3 0 , 3 1 】。研究表明：运行周期影响着反应器里污泥的颗粒化程度与快慢，运行周期为 0 5h 、1 2h ，均不能形成好氧颗粒污泥，运行周期控制在1 6h ，培养效果较佳【3 引。 1 1 3 5 曝气强度 对于相同的反应器，曝气量的大小反映了反应器中的气体上升速度，决定反应器中 污泥所受的剪切力大小。a d v 等【3 3 】在培养降解苯酚的好氧颗粒污泥时，发现曝气量的增 大伴随着胞外聚合物的增加，低曝气量下，胞外聚合物含量较低，颗粒污泥没有形成， 当曝气量达到1 8 0l h ，培养出了结构紧实的颗粒污泥，粒径为1 0 - 1 51 t l l n ，当曝气量为 1 2 0l h 时，颗粒污泥因受到剪切了较小，颗粒粒径较大，为3 0 3 5i i u n ，并在其表面有 丝状菌生长。剪切力越大，给微生物提供了选择压越大，微生物为了适应环境，分泌更 多的e p s ，使得污泥之间更容易聚集；在剪切力的作用下，污泥在水、气体的碰撞下， 表面更为光滑，强度更大【j 4 l 。一 1 1 3 6 好氧饥饿期 根据反应器中基质的多少，将运行周期区分为两个阶段：碳源充足期和饥饿期。好 氧饥饿期是反应器里的碳源基质已被降解到较低浓度仍在运行的时期，这个时期微生物 因缺少碳源，开始降解利用其自身储存的多聚物。目前，好氧饥饿期的作用，学界还存 在着不少争议。t a y 矛l l l i u 5 】认为好氧饥饿期可以促进e p s 分泌，使细胞的疏水性增强， 有利于颗粒污泥的形成，l i 【3 5 】的研究表明处于饥饿期污泥，细菌的疏水性强于其他时期， 从而其细胞的表面吉布斯自由能变小，污泥容易聚集。但研究表明，饥饿期过长，颗粒 污泥的稳定变差 3 6 , 3 7 1 。此外，l i u 等 3 8 对比反应器污泥饥饿期分别为0 8h 、3 3 h 、7 3h 时污泥颗粒化情况，发现较短的饥饿期也能够形成颗粒污泥，但颗粒污泥较为蓬松，经 过长期的运行颗粒污泥最终解体；饥饿期控制为3 3h 时，颗粒结构最为紧实，且稳定性 良好；饥饿期为7 3h 时，虽然颗粒较稳定，但运行效率太低，所以饥饿期必须控制在一 个合理的范围内才能有利于反应器的长期稳定运行。 1 1 3 7 反应器类型 同样外界的条件，不同反应器里所提供的水力条件却不同，不同的水力条件又会影 响着水流流态、剪切力、上升气速等因素，从而影响着颗粒污泥的培养。完全混合式反 应器中较难形成好氧颗粒污泥，因为完全混合的状态下，细菌所受到的剪切力来自不同 方向，使得污泥的难以聚集，所以污泥形态不规则，且为絮体状【3 9 1 。目前大部分的研究 均集中在间歇式升流式反应器( s c u r ) 中对好氧颗粒污泥进行培养。研究表明，s c u r 反应器为微生物提供了同一方向的剪切力，而方向相同且较大的剪切力有利于污泥的聚 集，从而有利于污泥颗粒化 4 1 。有报道称好氧颗粒污泥在s b r 、s b a r 序批式反应器均培 4 硕士论文好氧颗粒污泥的快速培养及其对垃圾渗滤液处理的研究 养成功4 0 , 4 1 】；其他条件一样，反应器高径比越大，水流的路程延长，加强了反应器里污 泥所受的剪切力，有利于加快颗粒污泥的培养。在连续流完全混合反应器( c s t r ) 中 6 0 天内成功培养出了好氧颗粒污泥【4 2 | 。 1 1 3 8 温度和p h 微生物的生长速率受底物p h 的影响较大。研究发现，当反应器中的p h 较低时，真 菌为优势菌种，真菌为了获取n h 4 + 释放出氢离子，使得p h 进一步降低，但较低的p h 有 利于污泥颗粒形态初步的形成p3 4 4 。y 锄g 等指出在p h 为4 0 时，形成颗粒污泥的粒径 为7m m ，然后p h i 8 时颗粒化的污泥只有4 8i i l i r l 。但迄今为止，p h 对于好氧颗粒化的 作用机理仍不是很清楚。 目前针对好氧颗粒污泥培养的研究绝大部分都是在室温下( 2 0 - - 2 5 。c ) 进行的。d e k r e u k 等【4 6 j 在8 。c 培养的颗粒污泥形状较不规则，表面有大量的丝状菌，且反硝化能力和 有机物的去除效果也较差。在低温下形成较稳定好氧颗粒污泥较难，有研究表明在5 5 。c 高温下也能培养出好氧颗粒污泥【4 。 1 1 4 影响好氧颗粒污泥稳定运行的因素 好氧颗粒污泥的稳定性一直是学者研究的热点，好氧颗粒污泥运行过程中，胞外聚 合物( e p s ) 、曝气量、好氧饥饿期、外界环境都影响着颗粒污泥的稳定性。 1 1 4 1e p s 胞外聚合物不仅能加快好氧污泥的颗粒化速度，同时e p s 的黏性性质越强会使得细 菌粘附不会松散，e p s 分泌较少时，其颗粒便会较为松散，最终导致污泥解体。m c s w a i n 矛t l i r v i n e 【4 8 1 发现蛋白质使颗粒污泥更稳定，而a d a v 和l e e 4 9 】水解e p s 组成( 蛋白质，多糖 等) ，通过一系列的对比发现，只有缺少b 一多糖污泥的开始解体，而其他成分对稳定性 影响较小。虽然学者对此问题仍有分歧，但是可以确定e p s 的某些成分能够影响着污泥 运行的稳定性。 1 1 4 2 外界环境 外界的环境的改变，使颗粒污泥内部的一些性质发生改变。实际应用中，常常存在 许多客观因素，例如运行的故障，污泥闲置是否对其性状发生改变就显得尤为重要。有 研究发现，常温下污泥闲置两个月，描述污泥重要特征的蛋白质发生水解。z h u 等【5 0 j 报 道了好氧颗粒污泥常温下闲置长达4 9d ，污泥的各项性质均未发生较大变化。有研究表 明低温下能够保持颗粒活性及其稳定性，零下2 0 保存的污泥经过两天培养其活性便可 恢复 5 l j 。 1 1 4 3 好氧饥饿期 在颗粒污泥形成的过程中，饥饿期起着极其关键的作用。高大文等【5 2 】研究表明系统 稳定运行时，在较短的饥饿期运行下颗粒污泥的强度更强、比重更高、沉降速度更快， l 绪论硕士论文 但系统长时间处于好氧饥饿期，污泥出现较多的丝状菌，导致颗粒污泥的比重、强度均 出现一定程度的下降，稳定性变差。饥饿期的长短不仅仅影响污泥的性质，同时会带来 运行成本的压力。 1 1 4 4 曝气量 好氧颗粒污泥技术运行的高曝气量需求是制约着其投入实际应用的主要原因之一。 已有研究表明较高的曝气量能使颗粒污泥的形成速度加快【3 ，但是对于成熟的颗粒污泥 保持较高的曝气量会增加巨大的成本，而无法投入实际应用。刘琳等【5 3 j 研究表明在低曝 气量下颗粒污泥的强度、沉速，相比较于高曝气量都有所减弱，但下降幅度不是很大， 仍然保持较好的强度、沉速，但污染物的去除率有所降低；较高的曝气量，加大了颗粒 的之间相互碰撞摩擦，所以颗粒更为紧实。 1 1 5 好氧颗粒污泥的应用 好氧颗粒污泥在水处理应用已展现诸多优势，如出色的沉降性能、结构紧实稳定、 较大的生物量、抗冲击负荷和毒性能力较强，较强的脱氮除磷能力。不少学者对其应用 进行了广泛的研究，为以后好氧颗粒污泥技术工业化应用奠定了基础。 1 1 5 1 处理高浓度有机废水 m o y 等【5 4 】以葡萄糖为碳源培养的好氧颗粒污泥在负荷6 到9k g c o d ( m 3 d ) 运行时，好 氧颗粒污泥出现丝状菌的膨胀，相反以乙酸盐为碳源培养的颗粒污泥在此负荷下稳定运 行，污泥各种物化性质并未发生改变，颗粒污泥依然保持稳定。z h e n g 等【55 j 研究表明系 统在6k g c o d ( m 3 d ) 运行3 0 天，好氧颗粒污泥的疏水性、比重都在下降，颗粒污泥表面 出现大量的丝状菌，当粒径达至t j l 6i n m 时，污泥开始解体。汪善全等【56 j 研究表明，在盐 度达n 3 5g m ，好氧颗粒污泥降解v c 废水时，t o c 的去除率仍保持在7 0 ，且颗粒污泥 的沉降性能变好、更稳定。 1 1 5 2 处理有毒有机废水 好氧颗粒污泥的结构性质，使得毒性物质和颗粒污泥内部微生物隔离，因为颗粒污 泥的抗毒性能力得到增强。j i a n g 等【57 】研究表明，当苯酚的进水浓度为5 0 0m g l 时，好 氧颗粒污泥对于苯酚去除率几乎达到1 0 0 ，比降解速率达到1 4 ( g d ) ；当苯酚浓度逐 渐提高到2 0 0 0m g l 时，颗粒污泥降解速度仍达到0 6g ( g d ) 。可见在好氧颗粒污泥表 层微生物的保护下，内部微生物的得到了有效保护，增强了其抗毒性能。 y i 等蟑副研究好氧颗粒污泥对硝基酚( p n p ) 废水降解效果时，发现进水p n p 浓度为 4 0 1m g l 时，颗粒污泥对p n p 降解速率最高达到1 9 2 3m ( g h ) 。w a n g 等【5 9 】研究好氧 颗粒污泥2 ，4 一二氯酚废( 2 ，4 - d c p ) 废水的处理情况，当p n p 的进水浓度达到2 ，4 - d c p 达到4 8m g l 时，去除率可到达9 4 ，当2 ，4 - d c p 浓度达到1 0 5m e t e 时，比降解速 率到达3 9 6m g ( g h ) 。 6 硕士论文好氧颗粒污泥的快速培养及其对垃圾渗滤液处理的研究 a d a v 等【6 0 】利用在5 0 0m g l 苯酚的基质中培养出的好氧颗粒污泥来降解不同浓度的 吡啶废水，当进水吡啶浓度为2 5 0 2 5 0 0m g l 时，好氧颗粒污泥均能有效地将其降解； 当吡啶浓度为2 5 0 5 0 0m g l ，颗粒污泥对其降解接近遵循于零级动力学降解过程；当吡 啶的进水浓度为2 5 0 、5 0 0m g l 时，颗粒污泥对吡啶的比降解速率分别为7 3 0m g ( g h ) ， 6 6 8m g ( g h ) 。 朱亮等【6 l 】报道了在序批式气提生物反应器( s a b r ) 里好氧颗粒污泥处理氯苯胺 ( c a s ) 的情况，当进水氯苯胺c a s 负荷为8 0 0g ( m 3 d ) 时，c a s 的去除率达到9 9 9 。 1 1 5 3 处理城市生活污水 学者对于好氧颗粒污泥处理城市生活污水进行了广泛的研究，城市生活污水c o d 值随季节波动较大。d ek r e u k 等【6 2 】研究利用城市生活污水培养好氧颗粒污泥时，发现在 有机负荷为1 0k g ( m 3 d ) 下，好氧颗粒污泥无法形成；当有机负荷提高至1 5k g ( m 3 d ) 时，颗粒污泥培养成功。s c h w a r z e n b e c k 等【6 3 】研究表明反应器在换水比为5 0 时，好氧 颗粒污泥对于c o d 、t n 、t p 的去除率分别为9 0 ，8 0 ，6 7 左右。 1 1 5 4 脱氮除磷效能 污水中氮的去除包括硝化和反硝化两个过程。y a n g 等【6 4 】研究表明好氧颗粒污泥同 时包含异养菌、硝化菌和反硝化细菌，所以能够同时去除废水中的有机物和氮。此外， 由于氧传递的限制，氧气在好氧颗粒污泥的里面分布不均，从而形成了好氧、缺氧、厌 氧三种区域，不同微生物在各自适宜的环境下生存生长并降解污染物【65 | 。溶解氧的高低 可以改变颗粒污泥中厌氧、缺氧、好氧的区域大小分布，d ek r e u k 等【6 6 j 调整保持反应器 体系中溶解氧浓度为饱和时的2 0 ，碳氮磷的去除效果得到提高，去除率分别达到 1 0 0 ，9 4 ，1 0 0 左右。由阳等【6 7 】通过以乙酸为碳源成功培养出了富含聚磷菌的好氧 颗粒污泥，颗粒污泥的沉降速度、强度等都有所提高，由于聚磷菌数量较多，出水总磷 几乎检测不出。 1 1 5 5 处理重金属废水 好氧颗粒污泥具有比表面积较大，孔隙较多，泥水分离效果好等特点，所以好氧颗 粒污泥像厌氧颗粒污泥一样，可作为生物吸附剂处理废水。x u 等【6 副用好氧颗粒污来处 理于含有c u 2 + 、z n 2 + 废水，表明最初重金属的浓度大小影响吸附效能，颗粒污泥对c u 2 + 、 z n 2 + 的最大吸附量可以达到2 4 6 1m g g 、1 8 0m g g 。 1 2 垃圾渗滤液废水概述 1 2 1 垃圾渗滤液废水特点 垃圾渗滤液废水的水质比较复杂，通常污染物浓度都很高，降雨量和填埋时间对水 质的有较大影响。垃圾渗滤液主要由三部分组成6 9 】： l 绪论硕士论文 ( 1 ) 填埋场内垃圾的含水量； ( 2 )