（环境工程专业论文）两种类型反应器内好氧颗粒污泥性能研究.pdf

大连理工大学博士学位论文 摘要 针对工艺反应器类型入手，本研究分别在气升式内循环间歇反应器s b a r ( s e q u e n c i n gb a t c ha i r l i f tr e a c t o r ) 和好氧颗粒污泥膜生物反应器a g m b r ( a e r o b i c g r a n u l em e m b r a n eb i o r e a c t o r ) 两种体系内进行好氧颗粒污泥培养、形态、污水处理性能、 稳定性以及膜污染问题的研究。研究内容主要包括： 在s b a r 反应器内，确定s b a r 反应器好氧颗粒污泥培养的最佳条件。分别实验考 察了基质碳源、有机负荷、沉降时间、水力停留时间、曝气强度等因素对好氧颗粒污泥 形成、形态、性能以及稳定性的影响。研究表明，在s b a r 反应器内，在沉降时间不高 于5 分钟、曝气强度介于0 1 5 _ o 2 4m 3 h 之间、水力停留时间不超过1 0 h 的情况下，有 利于好氧颗粒污泥的形成。在不同的单一碳源条件下，培养的好氧颗粒污泥各具特点。 l 、蔗糖体系最适合好氧颗粒污泥的形成，这是因为该体系在运行初期出现了少量丝状 菌，丝状菌的存在有利于细胞相互聚合、形成颗粒。但运行过程中，体系内丝状菌大量 繁殖，影响了好氧颗粒污泥的稳定性。2 、乙酸钠体系颗粒污泥与絮体的混合体，颗粒 较小，稳定性较好，体系c o d 去除率较高，但 i n 去除率最低。3 、以葡萄糖为碳源培 养出的好氧颗粒污泥结构最稳定，颗粒表面光滑，以杆菌和球菌为主，c o d 、氨氮以及 i n 的去除率分别达到了8 5 、8 8 、8 0 以上。4 、乙醇体系中污泥颗粒化进程时间较 长，启动时间超过2 5 天，且稳定性较差。 在s b a r 反应器内考察了好氧颗粒污泥对啤酒生产废水的处理效果。首先利用 s b a r 反应器进行好氧颗粒污泥的培养，当好氧颗粒污泥达到稳定后，在保持有机负荷 不变的前提下，按比例逐步加入啤酒生产废水，最终达至0 啤酒废水完全取代模拟废水的 目的。连续3 个月的实验结果表明，好氧颗粒污泥对中低有机负荷的啤酒废水有良好的 适应能力，处理后的出水中c o d 、b o d 5 、氨氮、t p 、s s 分别低于8 0 、2 0 、1 5 、3 、7 0 m g l 。 最后考察了好氧颗粒污泥对高浓度啤酒废水的耐受能力，在有机负荷介于8 - 1 6 k g c o d m 3 d 的情况下，c o d 去除率始终高于9 0 ，而当有机负荷超过1 8 k g c o d m 3 d 后，c o d 去除率明显下降，出水s s 增大。 进行好氧颗粒污泥短期膜污染实验。在2 个工艺参数相同的m b r ( m e m b r a n eb i o - r e a c t o r ) 反应器内分别接种好氧颗粒污泥和活性污泥，通过膜的重力自流出水，进行好 氧颗粒污泥体系和活性污泥体系对短期膜污染影响的对比实验。结果表明，好氧颗粒污 泥可以有效地抑制膜污染，最终膜出水通量为活性污泥体系的2 倍多。通过膜污染机理 的分析和对实验数据的总结，发现好氧颗粒污泥体系造成的膜污染主要以膜孔堵塞为 两种类型反应器内好氧颗粒污泥性能研究 主。通过对膜表面滤饼层物质的红外光谱( 聊t ) 研究，证明膜污染的主要物质为蛋白 质和多糖。 尝试建立浸没式好氧颗粒污泥膜生物反应器a g s m b r ( a e r o b i cg r a n u l es u b m e r g e d m e m b r a n eb i o r e a c t o r ) 和分体式好氧颗粒污泥膜生物反应器a g e m b r ( a e r o b i cg r a n u l e e x t e r n a lm e m b r a n eb i o r e a c t o r ) ，考察体系的污水处理性能、膜污染情况以及好氧颗粒 污泥的稳定性。结果表明，l 、好氧颗粒污泥膜生物反应器具有良好的水处理性能，c o d 、 氨氮、t n 的去除率达到了9 6 、9 0 、8 5 以上。2 、浸没式膜生物反应器在加入膜组件 后2 天开始出现大面积颗粒解体现象，颗粒性能发生了较大的变化，运行6 天后，反应 器内好氧颗粒污泥几乎全部解体为絮体污泥，在运行过程中产生了较为严重的膜污染， t m p 在2 天内迅速达到8 0 k p a 以上3 、分置式膜生物反应器中的颗粒污泥除了颗粒粒 径略有增大外，其他性状变化不大，体系中的好氧颗粒污泥状态良好，对膜污染起到良 好的减缓效果。 关键词：s b 根好氧颗粒污泥。碳源。啤酒废水。膜污染。 g m b r 大连理工大学博士学位论文 a e r o b i cg r a n u l es l u d g e sp e r f o r m a n c ei nt w od i f f e r e n tr e a c t o r s a b s t r a c t 砸ss t u d ym a i n l yf o c u s e do nt h e 蝴o f w a c t o r 锣p eo bt h ec u l f i v a t i o 玛m o r p h o l o g y , r e m o v a le f f i c i e n c y , s t a b i l i t yo fa e r o b i cg r a n u l e sa n dm e m b r a n ef o u l i n g t w os y s t e m sw e r e u s e di nt h i ss t u d y ，i e ，s b a r ( s e q u a n c i n gb a t c ha i r l i f tg e a e w r ) a n da o m b r ( a e r o b i c g r a n u l em e m b r a n eb i o r e a c t o r ) i no r d e rt oc o r f l f mt h eo p t i m a lc o n d i t i o n sf o rc u l t i v a t i o no fa e r o b i cg r a n u l e ，t h ee f f e c t s o fs e t t l i n gt i m e ，h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e , a n dc a r b o ns o u r o nt h ef o r m a f i o n ，m o r p h o l o g y ， r 圮 r f o n m a c e , a n ds t a b i l i t yo fa e r o b i cg r m a u l e sw e i n v e s t i g a t e ai ns b a r r e s u l t ss h o w e d t h a ta e r o b i cg r a n u l ef a v o r e dt ob ec u l t i v a t e du n d e rs e t t l i n gt i m el e s st h a n5m i i la e r a t i o n i n t e n s i t yb e t w e e n0 1 5 - o 2 4m 3 h , a n dh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m el e s st h a n1 01 1 a e f o h i cg r a n u l e s h o w e dd i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c sw h e nf e dw i t hd i f f e r e n tc a r b o ns o i l r c e s u c r o s e - f e da e r o b i c g r a n u l ew e a se a s i l yf o r m e dd u et ot h ep r e s e n c eo fal a r g ea m o u n lo ff i l a m e n t o u s ，t h e y e x h i b i t e di r r e g u l a rs t r l l c t l l r ea n dp o o rs t a b i l i w a c e t a t e - f e da e r o b i cg r a n u l ew a sr e l a t i v es t a b l e , t h o u g ht h e yw e r es m a l la n dc o e x i s t e dw i t hf l o c s t h e ya l s os h o w e dt h eh i g h e s tc o d r e m o v a l e f f i c i e n c ya n dt h el o w e s tt nr e m o v a le f f i c i e t m y g l u c o s e f e da e r o b i cg r a n u l ew a st h em o s t s t a b l eo i i o $ a n dt h e i rs u 融w a ss m o o t ha n dm a i n l yc o n s i s t e do fb a c i l l u sa n de o o o u s 啊舱 r e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d ，a m m o n i a - n i t r o g e n , a n dt n ，r e a c h e d h i g h 盯t h a n8 5 ，8 8 ，a n d 8 0 r e s p e c t i v e l y 1 1 s t a r t - u po f e t h a n o l - f e da e r o b i cg r a n u l a rr e a c t o rn e e d e da b o u t2 5d a y s a n dg r a n u l e sw f r eu n s t a b l e t h ef e a s i b l yo ft r e m i n gb e e rw a s t e w a t e rb ya e r o b i cg r a n u l ew 罄a l s oi n v e s t i g m e di n s b a 触盱a e r o b i cg r a n u l ew 鹊f o r m e da n dr e a c h e ds t e a d ys t a t eb yf e dw i t hs y n t h e s i z e w a t e r , b e e rw a b 目t e w a t e tw a sa d d e dg r a d u a l l ya n ds u b s t i t u t e ds y n t h e s i z ew a t e re v e n t u a l l y a f t e ro p e r a t e da b o u t3m o n t h s ，a e r o b i cg r a n u l e ss h o w e de x c e l l e n ta b i l 毋o fa d a p t i n g m o d e r a t eb e e rw 罄旧抛t e r c ，b o d s ，n h 3 n ，t p ，m a ds si ne f f l u e n tw e f el e s st h a n8 0 ，2 0 ， 1 5 ，3 ，7 0m e l ，r e s p e c t i v e l y t h er e s i s t a n c ef o rb e e rw a s t e w a t e ro f a e r o b i cg r a n u l e sw a ga l s o s t u d i e di nt h i ss t u d y r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec o dr e m o v a le f f i c i e n c yw a sh i g ht h a n9 5 u n d e ro l rb 眈w e c l l8 - 1 6k gc o d m 3 d w h i l et h e yd r o p p e ds i g n i f i c a n t l yw h e no l rr e a c h e d 1 8 r g c o d n p 正 i nt h i ss t u d y ，a e r o b i cg r a n u l e sm e m b r a n eb i o r c a c t o r s ( a g m b r ) w e 陀b u i l t 叩a n dt h e s h o r t - t e r mm e m b r a n ef o u l i n gw a si n v e s t i g a t e ds y s t e m a t i c a l l y t w oi d e n t i c a lm b r sw e o p e r a t e di np a r a l l e lw i t ha e r o b i cg r a n u l e sa n da c t i v a t e ds l u d g et oc o m p a r et h e i ri m p a 施o n m e m b r a n ef o u l i n g t h er e s u l t ss h o w e dt h a ta e r o b i cg r a n u l e sh a v es o i 卫t ca d v 砸m i g 嚣o 、，盯 一1 i i - 堕登鲞型垦堡墨塑堑墨塑堑翌塑堡塑茎 c o n v e n t i o n a lb i o f l o c so nc o n t r o l l i n gm e m b r a n ef o u l i n g m e m b r a n er e s i s t a n c ew a sm a i n l y e v a l u a t e db yi n t r i n s i cm e m b r a n er e s i s t a n c e ，c a k er e s i s t a n c ea n dp o r eb l o c k i n gr e s i s t a n c e t h e s er e s u l t so ff o u l i n gm e c h a n i s m sa n de x p e r i m e n td a t as u g g e s t e dt h a tp o r eb l o c k i n g r e s i s t a n c ew a s 吐岵p r e d o m i n a n tf a c t o ra f f e c t i n gm e m b r a n ef o u l i n gi na g m b rd u r i n g m e m b r a n ef i l w a t i o no fs l u d g es u s p e n s i o n , w h e r e a s ，c a k er e s i s t a n c ew a st h ep r e d o m i n a n t f a c t o r sa f f e c t i n gm e m b r a n ef o u l i n gs t r o n g l yi na c t i v a t e ds l u d g es y s t e m mf o r m a t i o n m e c h a n i s mo fm e m b r a n ef o u l a n t sw a sa l s oa n a l y z e db yf o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e d ( f i t r ) ， t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep r o t e i n sa n dc a r b o n h y d r a t e sw e r es i g n i f i c a n tc o n t r i b u t o r st o m e m b r a n ef o u l a n t s t h ei d e n t i c a le x t e r n a lm e m b r a n eb i o r e a c t o ra n ds u b m e r g e dm e m b r a n eb i o r e a c t o rw e r e o p e t s t e dt os p e c i f yt h ea b i l i t yt or e m o v en u t r i e n ts u b s t r a t e t h em e m b r a n ef o u l i n gm e c h a n i s m a n dt h es t s b i t i t yo fa e r o b i cg r a n u l e s ，n 峙r e s u l t si n d i c a t e dt h a ta g m b rw a sa ne x c e l l e n t b i o t e c h n o l o g yf o rh a n d i n gi n d u s t r i a la n dm u n i c i p a lw a s t e w a t e r 1 1 1 ec o d ，n h 3 - n ，t o t a l n i t r o g e n ( n dr e m o v a lc o u l dr e a c hi n o r et h a n9 6 ，9 0 a n d8 5 ，r e s p e c t i v e l y i nt h e s u b m e r g e dm e m b r a n eb i o r e a c t o r ，2d a y sa f t e rt h em e m b e rm o d u l ea p p l i e d , t h ea e r o b i c g r a n u l e sb e g a nt ob ed i s a g g r e g a t e dt oc o n v e n t i o n a lb i o f l o c sa n dt h ep h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c w a sc h a n g e dd r a m a t i c a l l y a f t e r6d a y s ，t h ea e r o b i cg r a n u l e sw a sc o m p l e t e l yd i s a g g r e g a t e d a n dl e dt os e v e r em e m b r a n ef o u l i n g n ev a l u eo f 咖w a so v e r3 0k p ai n2d a y s h o w e v e r , t h ea e r o b i cg r a n u l e si ne x t c ：l a lm e m b r a n eb i o r e a c t o rw e r en o tc h a n g e do b v i o u s l yb e s i d e st h e i n c r e a s e dg r a n u l e ss i z e 。n ”r e s u l t ss u g g e s t e dt h a tt h ea e r o b i cg r a n u l e si nr 2h a dag o o d b e h a v i o ra n db a dap o s i t i v ee f f e c to nm e m b r a n ep e r m e a t i o n k e yw o r d s ：s b a r a e r o b i cg r a n u l es l u d g e c a r b o n m e m b r a n ef o u l i n ga g m b r 一i v 独创性说明 作者郑重声明：本博士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：l 塑盏日期；2 竺z 丝：! 当 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 0 作者签名：! 亟 显 新签名：摇咀茸 主! z 年盟月且日 大连理工大学博士学位论文 引言 污水生物处理反应器或构筑物中的微生物的形态基本分为两大类。悬浮状的絮凝活 性污泥和附着的生物膜。 目前应用最广泛的是活性污泥法，存在的主要缺点是：l 、由于絮状活性污泥沉降 性能差、曝气池中污泥浓度、容积负荷小。为了维持曝气池较高的浓度的活性污泥，常 常需要从二沉池中回流污泥，增加了污水处理的能耗。2 、剩余污泥量大、污泥难以沉 降，需要额外的沉降池和污泥浓缩池，构筑物占地面积大、基建投资高、运行成本高。 污泥处理成本占总运行成本的1 3 1 2 。3 、多数生物处理系统同时脱氮除磷效果差，需 要采用s b r 、a a o 工艺，污水处理工艺流程长。生物膜是以固体为载体，生长附着在 载体表面而形成的生物膜。生物膜法有生物滤池、生物接触氧化、生物移动床、生物流 化床等。与活性污泥相比较而言，生物膜法生物量较大，容积负荷高，无需污泥回流。 缺点是增加了生物填料费用，一次性投资较大。脱落的生物膜沉降性能较差，黏度较大， 脱水困难。 好氧颗粒污泥是微生物固定化技术的一种特殊形式，是近年来兴起的新型废水生物 处理技术。好氧颗粒污泥具有生物致密、比重大，沉降速度快等特点，有利于反应器中 固液相分离、可大大缩小或省去用于处理系统中污泥的二沉池，并且可使反应器中保持 有较高的污泥浓度和容积负荷，同时保证了出水的水质。另外，好氧颗粒污泥具有微生 物种群多样性的特点，在降解有机碳的同时，具有同步脱氮除磷的功能。与传统的活性 污泥法相比，好氧颗粒污泥最显著的优点是其具有较好的沉降性能，可简化工艺流程、 减少污水处理系统的容积和占地面积、降低投资和运行成本。 好氧颗粒污泥的特性和优势引起了污水处理研究者的极大兴趣和关注。近2 0 年来， 国内外对好氧颗粒污泥的培养条件、形成机理、结构特性及降解功能等进行了大量研究， 取得了许多研究成果。但是，目前还停留在实验室和中试阶段，还有许多关键技术有待 解决。特别是适用于不同类型的好氧颗粒污泥反应器的结构形式、培养条件、工艺控制 参数与颗粒污泥稳定性的关系，处理实际工业废水的可行性将是未来研究开发的重点。 好氧颗粒污泥废水处理技术的发展和广泛应用，将成为水处理技术发展史上的又一次飞 跃，在未来的水工业技术领域将占有重要的位置。 本文主要针对好氧颗粒污泥在不同类型反应器的性能展开研究，重点研究在气升式 间歇反应器s b a r ( s e q u e n c i n gb a t c ha i r l i f tr e a c t o r ) 与膜生物反应器m b r ( m e m b r a n e b i o r e a c t o r ) 两种不同类型工艺的反应器内进行好氧颗粒污泥性能、状态、稳定性以及污 水处理的可行性 两种类型反应器内好氧颗粒污泥性能研究 1 好氧颗粒污泥及其反应器的研究进展 1 1 好氧颗粒污泥研究概况 1 1 1 国外研究进展 好氧颗粒污泥的研究主要是建立在对厌氧颗粒污泥的研究基础上，国外学者在好氧 颗粒污泥的研究方面做了大量的工作，国外对好氧颗粒污泥的研究从有报道到目前为止 大概经历了四个阶段。 第一阶段( 1 9 9 1 1 9 9 8 年) 这一阶段是研究好氧颗粒污泥的初始阶段，人们刚刚开始认识到在好氧的环境下， 污泥也可以进行颗粒化过程，而不仅仅局限于厌氧条件，并认为污泥颗粒化其实是生物 膜生长的一种特殊形式。这一阶段的文献报道只是局限于好氧颗粒污泥的发现和推测， 并没有进行更深入的研究。 1 9 9 1 年m i s h i l l l a 和n a k a m u r a b r a 等【l 】第一次报道了利用连续流a u s b ( a e r o b i c u p f l o ws l u d g eb l a n k e t ) 反应器培养出好氧颗粒污泥。a u s b 是将微生物自凝聚原理应 用于活性污泥的一种生物处理方法，人们从这一研究成果开始了对好氧颗粒污泥颗粒化 过程的研究历程。 1 9 9 2 年s h i n 等翻利用两套a u s b 反应器研究了好氧颗粒污泥的颗粒化现象，两套 反应器在相同的c o d 负荷下运行( 7 k g m 3 d ) ，但两者的搅拌速度不同，r l 和r 2 分 别在转速为3 r p m 和6 r p m 下进行操作，结果在r l 反应器中发生了污泥膨胀现象，而 r 2 反应器在启动5 天后形成了直径介于0 5 2 5 m m 的巧克力色的好氧颗粒污泥。 1 9 9 7 年m o r g e n r o t h 等p 】在s b r ( s e q u e n c e b a t h r e a c t o r ) 反应器中，利用较短的水 力停留时间和排水时间排除沉降性能差的污泥，而沉降速度大的颗粒污泥则被截留在反 应器内。在曝气阶段，反应器内的溶解氧浓度保持在2 m g l 以上，经过4 0 天的培养， 成功培养出了大量稳定的好氧颗粒污泥。 第二阶段( 1 9 9 9 - - 2 0 0 0 年) 好氧环境下污泥的颗粒化现象开始引起学术界的关注，在这一阶段，好氧颗粒化 ( a e r o b i cg r a n u l a t i o n ) 被越来越多的学者所报道。研究热点主要是好氧颗粒污泥形成的 摹本条件和影响因素。 1 9 9 9 年，p e n g 等h 】在s b r 反应器中，以醋酸钠为碳源，在低溶解氧( o 7 - 1 0 m g l ) 的环境下培养出好氧颗粒污泥，其沉降性能优异，s v i 值为5 0 1 0 0 m y g ，同时对c o d 和，r n 具有较高的去除能力。 一2 一 大连理工大学博士学位论文 同年，b e u n 等【5 】也报道了在s b r 反应器中不同操作条件对好氧颗粒污泥形成的影 响，证实了较短的水力停留时问和较大的水力剪切力有利于好氧颗粒化的进程，其中沉 降时间是影响污泥颗粒化的主要因素之一。 2 0 0 0 年，b e u n 等嘲还对相同有机负荷、相同表面上升气体流速和相同操作周期下， 对s b a r ( s e q u e n c i n gb a t c h a i r l i f tr e a c t o r ) 反应器、s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 反应器和b a s ( b a t c h a i r l i f t s u s p e n s i o n ) 反应器中培养出的好氧颗粒污泥进行了比较研 究。 第三阶段( 2 0 0 1 年一至今) 随着好氧颗粒化技术的成熟，各国的学者开始对好氧颗粒污泥的培养条件、影响因 素、脱氦除磷性能及其应用进行了深入的研究，并借助现代生物分析手段对好氧颗粒污 泥的组成和结构进行了分析和研究。2 0 0 5 年开始，有学者将好氧颗粒污泥应用于实际废 水的处理研究。 一2 0 0 1 年，t a y 等 7 1 分别以葡萄糖和醋酸钠为单一碳源在两个相同规格的s b r 反应器 中培养出了好氧颗粒污泥，利用图像分析和扫描电镜对好氧颗粒污泥的颗粒化过程进行 了观察。结果表明，污泥好氧颗粒化是一个从接种污泥到聚集体、再到颗粒污泥的过程。 t a y 等隅】研究了剪切力对好氧颗粒污泥的形成、结构和新陈代谢的影响。结果表明，水 力剪切力与污泥中细胞多糖的产生、比好氧速率、细胞表面疏水性、比重等呈正相关关 系，并且只有当表面上升气速大于1 2 e m s 的条件下，才能形成好氧颗粒污泥。t a y 等翻 研究了细胞多糖在好氧颗粒污泥形成和稳定中作用，研究表明在好氧颗粒污泥的形成过 程中，颗粒污泥中细胞多糖的含量比絮状污泥高2 - - 3 倍，为人们更好的理解污泥好氧 颗粒化机理提供了依据。 2 0 0 2 年， f a y 等【l o 】利用低核苷酸探针( o l i g o n u c l e o f i d e ) 、特定荧光染料( s p e c i f i c f l u o r o e h r o m e s ) 和荧光微球( f l u o r e s c e n tm i c r o s p l 硷- r e s ) 探测了好氧颗粒污泥的层状结 构，发现在好氧状态下形成的颗粒污泥包括呈层状结构分布的好氧和厌氧微生物。l i u 等【1 1 1 研究了酚对以醋酸盐为碳源的好氧颗粒污泥培养的影响，研究表明酚对微生物利用 醋酸盐起到了抑止的作用，在这样的状态下，遵循“零级”反应。l i u 等【1 2 】把好氧颗粒 污泥作为锌的吸附剂，研究表明好氧颗粒污泥可以有效的吸附锌离子，并且可以将好氧 颗粒污泥应用于其它重金属离子的去除。 2 0 0 3 年1 1 3 1 ，l i n t l l - 1 2 等系统的研究了好氧颗粒污泥的多孔结构，并将它作为生 物吸附剂吸附重金属离子，并建立了好氧颗粒污泥吸附c d 2 + 、c u 2 + 、z n 2 + 等的模型。除 了研究好氧颗粒污泥的吸附性能外，学者还研究了好氧颗粒污泥对氮磷的去除情况。 两种类型反应器内好氧颗粒污泥性能研究 l i u ! 1 4 1 等在s b r 反应器中，研究了不同p c o d 条件下好氧颗粒污泥的聚磷性能。 t s u n e d a ”】等研究了在好氧升流式流化床反应器中颗粒污泥的硝化性能。 2 0 0 4 年，y a n g 等f 1 6 1 研究了游离氨对好氧颗粒污泥形成的抑制作用，研究表明只有 当氨的浓度低于2 3 5 m g l 时，好氧颗粒污泥才能形成。q i n 等旧提出了“选择压”的概 念，研究了水力选择压对好氧颗粒污泥培养的影响。q i n 等 i s 】研究了沉淀时间对好氧颗 粒污泥形成的作用，表明较短的沉降时间对于改善细胞多糖的产生、细胞表面疏水性和 细胞活性有重要意义。l i u 等【1 9 1 从热力学角度解释了污泥好氧颗粒化过程中细胞疏水性 的问题，认为污泥好氧颗粒化是微生物之间相互作用和颗粒污泥密实程度的决定因素， 从热力学角度给出了污泥颗粒化的深层次理解。 2 0 0 5 年，s e h w a r z e n b e e k 等 2 0 1 等将好氧颗粒污泥应用于牛奶厂废水的处理中，为了 更好的去除悬浮物，处理工艺增加了二次沉淀过程，反应器的周期为8 h ，换水体积率为 5 0 0 , 6 ，此时c o d 去除率可以达到9 0 、氨氮的去除率可以达到8 0 、t p 的去除率达到 了6 7 ，出水c o d 稳定在1 2 5 m g l 左右。 1 。1 ，2 国内研究进展 国内学者对好氧颗粒污泥的研究始于1 9 9 5 年，国内对好氧颗粒污泥的研究重点为 好氧颗粒污泥脱氮除磷性能的研究。 1 9 9 6 年，管运涛等【2 l 】运用正交实验的方法，以c a ( o h ) 2 为人工诱导剂，对其在污 泥好氧颗粒化中的可行性和条件进行了研究。实验过程中，有少量的颗粒污泥产生。实 验结果显示，生物钙法污泥好氧颗粒化的最优条件组合为：水力停留时间6 h ，c a ( o h ) 2 浓度5 0 0 = g l ，间歇投碱( 少量c a ( o i - i ) 2 ) 。其中，水力停留时间为关键控制因素。 2 0 0 1 年，卢超然等吲采用配制的模拟生活废水，研究了循环阀歇反应器( s b r ) - i 艺，在不同的运行条件下对污泥好氧颗粒化和生物除磷效果的影响。实验分别对进水中 不同c o d 厂i n ( 1 1 7 9 ，1 8 8 5 ，2 0 7 2 ，2 4 6 6 ) 、c o d 佃( 2 7 8 5 ，4 4 5 3 ，4 8 9 3 ，5 8 2 5 ) 、 t n ，r p ( 4 0 0 ，2 3 6 ，1 5 4 ) 、温度( 2 2 ，1 5 ，8 x 2 ) 和污泥龄( 1 6 d ，1 0 d ，5 d ) 作 了比较，发现进水中较高的c o d t n 比( 2 4 6 4 ) 、c o d t p ( 5 8 2 5 ) 、温度( 2 2 ) 和 较低的污泥龄( 1 0 d ) 对生物除磷和颗粒污泥的形成有利。 2 0 0 3 年，杨麒等圜采用人工配制的模拟生活废水，通过对运行条件的调控，在序 批式反应器( s b r ) 中培养出了高活性的好氧颗粒污泥，颗粒污泥浓度达到了4 5 9 l 以 上，s v i 值在3 2 5 左右，反应器对于c o d 、氨氮的去除率分别在8 3 6 哆铲_ 9 2 8 和8 2 3 9 8 5 之间。实验结果同时表明：由于好氧颗粒污泥的存在，s b r 反应器内发生了同 步硝化反硝化( s n d ) 反应，而不是通常认为的顺序式硝化反硝化( s q n d ) 反应。结 一4 一 大连理工大学博士学位论文 果表明，反应器中形成了同时具有脱氮除磷能力的好氧颗粒化污泥，其对c o d 和p 的 去除率分别为9 0 和8 5 左右。n h 3 - n 和t n 去除率分别达到9 0 和8 0 。颗粒污泥 的s 值约为5 0 ，并且出水水质好。 2 0 0 4 年，王荣昌等i 硼研究了新型悬浮载体生物膜反应器对生活污水中c o d 和氨氮 的去除效果，在此基础上探讨了反应器内好氧颗粒污泥的形成机理。实验发现，所形成 的好氧颗粒污泥为白色绒球状，平均粒径为2 - 3 m m ，最大可达5 m m ，相对密度1 1 2 1 1 4 ， 沉降速率为2 9 7 4 6 m ，h 。反应器内的微生物以附着生长型为主，生物量为5 0 1 5 。0 9 l ， 好氧颗粒污泥在总生物量中所占的比例较小( 约为1 1 0 ) 这样的好氧颗粒污泥可以看作 是脱落的生物膜在特定外部环境条件下所形成的具有特殊结构的微生物聚集体，其主要 是由丝状菌的菌丝缠绕而成，同时有球菌、杆菌等其他微生物附着生长在菌丝上。蓝惠 霞等【2 5 】针对亚氨法制浆中段废水的特点和好氧颗粒污泥工艺，提出了采用好氧颗粒污泥 工艺处理亚氨法制浆废水，并对可行性进行了研究。结果表明：好氧颗粒污泥在降解 c o d e r 、去除氨氮等方面具有较强的优势，并提出了消除抑止的方法。 清华大学竺建荣 2 6 - 2 7 1 研究厌氧好氧交替工艺中好氧颗粒活性污泥的培养和理化特 性。在普通好氧曝气条件下，反应器内培养出了好氧颗粒活性污泥，颗粒直径0 5 1 5 m m ， 比重1 0 0 7 左右，含水率9 7 9 8 ，m l s s4 0 4 - 6 8 8g l ，s v l 2 0 - 4 5m l g ，一般约3 0m l g 。 颗粒污泥受阻沉降层的均匀沉降速度约2 1 5e n f f m i n ，临界浓度时沉降速度值约0 3 5 c m m i n 。颗粒污泥的耗氧速率o u r w l 2 7m 烈g t m m ) 优予普通的活性污泥。 浙江大学白晓慧等脚】认为，通过控制水力停留时间、溶解氧、曝气量在活性污泥工 艺中可以培养出沉降性能良好的好氧颗粒污泥，好氧颗粒污泥可以明显地提高曝气池的 处理能力，有效改善固液分离效果并实现同步硝化反硝化。 2 0 0 6 年，迟寒等雎9 】将s b a r 反应器培养出的好氧颗粒污泥应用于实际生活废水的 处理中。在逐步提高城市污水c o d 含量的情况下，好氧颗粒污泥体系对c o d 以及 n h 3 - n 的处理效果分别达到了7 0 和9 0 。 1 2 好氧颗粒污泥的特性 好氧颗粒污泥是近几年发现的在好氧条件下自发形成的细胞自身固定化颗粒，具有 良好的沉淀性能、较高的生物量和在高容积负荷条件下降解高浓度有机废水的良好生物 活性。据研究认为1 3 0 - 3 2 1 ，序批式反应器s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 有利于好氧颗 粒污泥的形成。 好氧颗粒污泥外观一般为橙黄色，圆形或椭圆形。成熟的好氧颗粒污泥有光滑的表 面。在厌氧一好氧交替工艺( a l t e r n a t i o no fa n a e r o b i c a e r o b i cp r o c e s s , a a a ) 中，颗粒 两种类型反应器内好氧颗粒污泥性能研究 直径大多在0 5 1 5 锄之问 2 6 1 。经过适度冲洗淘洗后的好氧颗粒污泥直径多在1 锄左 右，未经淘洗的颗粒污泥的全粒度分析表明，粒径在o 5m m 以上的颗粒占全部污泥微 粒的2 0 ，在保证良好沉降性的同时，又能保证在曝气时污泥具有良好的悬浮性和透气 性l l j 。而在s b r 反应器中，颗粒直径大多在1 9 - 4 6 衄之间，稳定状态下形成的颗粒 光滑、致密，颗粒直径为4 6m m 3 0 。颗粒污泥的形状系数( s h a p ef a c t o r ) 稳定在0 4 5 ， 纵横比( a s p e c tr a t i o ) 为o 7 9 。这些参数与沉降速率、表面气体流速和h r t 等操作条件 无关【3 3 】。但有研究表明m ，粒径的不同，好氧颗粒污泥所经历一系列的形态和物理变化， 将对反应器的操作产生影响。颗粒粒径与物理特性如s 、s v 、表面疏水性、颗粒强度、 总固体含量以及结构特性都有关系。颗粒粒径外部，颗粒表面的活性生物量较高，或细 胞质在颗粒表面边缘存在，而死细胞延伸到颗粒内部，这种生物量的分层证明了当颗粒 污泥长大时其物理特性在发生变化。颗粒粒径增大时，颗粒比重以及生物密度都在增加， 与颗粒粒径不成比例；但颗粒强度、s v 以及表面疏水性却在降低。因此颗粒污泥特性 与颗粒粒径有很大的关系，适宜的颗粒粒径在1 0 - 3 0m m 左右【3 4 】。颗粒粒径不仅是一个 污泥生长的表征参数，而且影响到物质的扩散和传递。有研究表明口习由于颗粒污泥存在 一个物质扩散限度，细胞只存在于有限的颗粒污泥表层，并且小颗粒具有更加密实的结 构，而大颗粒结构则相对松散。颗粒污泥由生物量、胞外多聚物、无机成分以及包裹水 和孔隙组成，由于存在物质扩散限制，内部细胞得到的营养物质较少，因此饥饿的细胞 开始消耗胞外多聚物来维持其生长，它们的代谢产物在颗粒内部积累对生物的生长有不 利影响，因而颗粒内部的孔隙较多。 与松散的活性污泥絮体和厌氧颗粒污泥相比，好氧颗粒污泥具有以下特点【弼： ( 1 ) 外观规则、光滑的球形或拟球形，边界清晰，不易因水流剪切、内部产气的压力 而导致破碎。 ( 2 ) 有优良的沉降性能，由此带来固液分离效果的提高。 ( 3 ) 系统中可以存留较高浓度的污泥，可达到6 q 2 9 l 以上，因此可以大幅提高处理 效率。 ( 4 ) 具有致密、强韧的结构与较大的粒径，由于传质限制的存在，可以在颗粒内部维 持一个相对较为稳定的微环境，因此对于冲击负荷以及毒性有机物质、重金属具 有较高的耐受能力。 ( 5 ) 颗粒污泥是多种微生物共存的微生态系统，难降解污染物质的完全降解涉及多种 菌群的相互作用，因而具有去除难降解污染物质的能力。 大连理工大学博士学位论文 ( 6 ) 系统启动时间短，通常只需要1 5 4 0 d 就可以形成好氧颗粒污泥，相对于厌氧颗 粒污泥系统启动需要3 6 个月【3 7 删( 甚至更长) ，好氧颗粒污泥系统的启动时 间被大大缩短。 ( 7 ) 没有严格的操作温度限制，厌氧颗粒对于温度比较敏感，通常需要严格控制温度 1 4 1 ，4 2 】( 3 5 5 5 c ) 才能形成稳定的厌氧颗粒污泥，而目前的研究表明，温度对于 好氧颗粒污泥的形成没有太大的影响。 ( 8 ) 具有脱氮除磷能力，厌氧颗粒污泥由于代谢基质与环境条件所限，以产酸菌、产 甲烷菌为主，不具有脱氮除磷能力1 4 3 , 4 4 ，而好氧颗粒污泥是多种不同功能微生物 的聚合体，可以单独或同时完成脱氮除磷。 1 。3 好氧污泥颗粒化反应器类型 所谓自身固定化( a t m ) - i m m o b i l i z a f i o n 或s e l f - i m m o b i l i z a t i o n ) 是生物处理系统中的 微生物在适当环境条件下，相互聚合形成一种密度比较大，体积比较大，活性和传质条 件都比较好的微生物同生体颗粒的现象。