（环境工程专业论文）好氧颗粒污泥的培养及其特性研究.pdf

摘要 二磊二磊磊i 燃嚼 学科名称：环境工程 研究生i 病升签名：i 塾垒 指导教师：刘玉玲副教授签名： 量! 坠乡 摘要 好氧颗粒污泥技术是近几年来发展起来的一种新型微生物自固定化技术，是通过特定 的培养驯化手段在好氧废水处理系统中实现污泥颗粒化，培养出来的颗粒状微生物自凝聚 体。与传统活性污泥相比，好氧颗粒污泥中微生物结构紧密，沉降性能良好，与水分离速 度快，抗冲击负荷能力强，同时还具有优良的降解c o d 、脱氮除磷等功能。 论文主要采用实验研究方法，以西安市第三污水处理厂二沉池的普通絮状活性污泥作 为接种污泥，人工配置生活污水为营养，在自制的s b r 反应器中，培养好氧颗粒污泥。 考察好氧颗粒污泥的形成过程与特性，为好氧颗粒污泥在污水处理方面提供科学的理论基 础。研究成果主要有： ( 1 ) 水力剪切力是影响污泥颗粒化的重要因素之。当表面气体上升流速为 1 0 6 1 7 7c m s 时，形成一定的水力剪切力，成功地培养出了沉降性能较好的好氧颗粒污 泥。当表面气体上升流速为5 3 7 0 8c m s 时，较大的水力剪切力又会使污泥经历絮状一部 分颗粒一絮状的形态，发生污泥膨胀，最终解体，导致好氧颗粒污泥培养失败。 ( 2 ) 实验表明，较高的c o d 负荷有利于污泥的颗粒化。在c o d 负荷由1 8 4 k g c o d ( m j d ) 增加至5 3 6k g c o d ( m j d ) 时，形成了较稳定的好氧颗粒污泥，对c o d 、 t n 、t p 的去除率分别达到了9 0 、9 0 、9 5 。 ( 3 ) 好氧颗粒污泥颜色为黄色，粒径大多数在1 2m m ，s v i 为4 0m l g 左右，s v 约 为3 0 ，m l s s 为6 5 1 5m g l ，平均沉降速度达至l j l 8 4 2m h 。其中含有丰富的微生物相，包 括大量的原生动物、后生动物及菌胶团，并且成群的出现。 ( 4 ) 好氧颗粒污泥的形成是一个微生态系统形成的过程，培养条件的变化直接影响 到组成好氧颗粒污泥微生物种群的结构和分布；从丝状微生物与微生态群落的关系分析， 菌胶团与结构丝状菌之间相互依存，丝状微生物形成了絮体骨架，为絮体形成较大颗粒 提供了必要条件。 关键词：好氧颗粒污泥；s b r ；颗粒化；c o d 负荷；水力剪切力；微生物相 西安理工大学硕士学位论文 t i t l e ：s t u d yo na e r o b i cg r a n u l a rs l u d g eo fi t sc u l t i v a t i o n a n dc h a r a c t e r i s t i c s m a j o r ：e n v i r o n m e n t a l e n g i n e e r i n g n a m e ：s h e n gg a o s u p e r v i s o r a s s o c i a t ep r o f y u - l i n gl i u a b s t r a c t s i g n a t ur e l 圣幽鱼凹 s i g n a t u 怕：掣毗 a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g et e c h n o l o g yi san e wm i c r o b i o l o g ys e l f - i m m o b i l i z a t i o nt e c h n o l o g yw h i c h h a sp r o g r e s s e di nr e c e n ty e a r s t h es l u d g eg r a n u l a t i o nc a nb ea c h i e v e db ym e a n so fs p e c i a lc u l t i v a t i o n i na e r o b i cw a s t ew a t e rt r e a t i n gs y s t e m ，a n dt h e nt h eg r a n u l a rm i c r o b i a ls e l f - a g g r e g a t e sa r ec u l t i v a t e d c o m p a r e dw i t hc o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g es y s t e m ，t h e a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g eh a ss t r o n ga n d c o m p a c tm i c r o b i a ls t r u c t u r e ，g o o ds e t t l i n gp e r f o r m a n c e ，q u i c ke f f l u e n ts e p a r a t i n gp r o c e s sa n ds t r o n g r e s i s t a n c et oo r g a n i cl o a d i ta l s oh a sg o o dc a p a c i t yt or e m o v en i t r o g e na n dp h o s p h o r u s t h ep a p e rm a i n l yu s e st h ee x p e r i m e n t a lm e t h o d s ，a n da e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ei nt h es e q u e n c i n g b a t c hr e a c t o r ( s b r ) w a sc u l t i v a t e du s i n go r d i n a r yf l o c c u l e n ta c t i v a t e ds l u d g ef r o ms e c o n d a r ys e t t i n g t a n ko ft h et h i r ds e w a g et r e a t m e n tp l a n ti nx i a na ss e e d i n gs l u d g ea n ds y n t h e t i cd o m e s t i cw a s t e w a t e r a sn u t r i t i o n e x p l o r i n gt h ef o r m a t i o np r o c e s sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fa e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ec a np r o v i d e as c i e n t i f i cb a s i sf o rt h ea p p l i c a t i o no fa e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ei nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t r e s e a r c h r e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) h y d r a u l i cs h e a rs t r e s si sas i g n i f i c a n tf a c t o ro fi m p a c t i n go ns l u d g eg r a n u l a t i o n w h e nt h e s u p e r f i c i a lg a sf l o wr a t ei s1 0 6 1 7 7c m s ，ac e r t a i nh y d r a u l i cs h e a rs t r e s si sf o r m e d ，a e r o b i cg r a n u l a r s l u d g ew a ss u c c e s s f u l l yc u l t i v a t e dw i t hg o o ds e t t l i n gp e r f o r m a n c e w h e n t h es u p e r f i c i a lg a sf l o wr a t e i s5 3 7 0 8c m s t h el a r g e rh y d r a u l i cs h e a rs t r e s sm a d et h es l u d g ee x p e r i e n c et h em o r p h o l o g yo f f l o c - p a r to ft h ep a r t i c l e f l o c t h es l u d g ew a se x p a n d e da n du l t i m a t e l yd i s i n t e g r a t e d ，w h i c hl e dt ot h e f a i l u r eo fa e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ec u l t i v a t i o n ( 2 ) t h ee x p e r i m e n ti n d i c a t e st h a th i g h e rc o d l o a di sb e n e f i c i a lt os l u d g eg r a n u l a t i o n w h e nt h e c o dl o a di n c r e a s e df r o m1 8 4 堙c d d ( m 3 d ) t o5 3 6 k g c o d ( m 3 d ) ，s t a b l e a e r o b i cg r a n u l a r s l u d g ei sf o r m e d ，a n dt h er e m o v a lr a t eo fc o d ：t n ：t pr e s p e c t i v e l yr e a c h e d t o9 0 ，9 0 a n d9 5 ( 3 ) t h ea e r o b i cg r a n u l a rs l u d g eh a sy e l l o wa p p e a r a n c e ，w i t ha s i z eo f1 - 2m m ，s v io f4 0m l go r s o ，s vo f3 0 ，m l s so f6 515m g l t h ea v e r a g es e t t l i n gv e l o c i t yi su pt o 18 4 2m h i ti sr i c hi n m i c r o b e sw h i c hc o n t a i n sl a r g ea m o u n t so fp r o t o z o a ，m e t a z o aa n dz o o g l o e a ，w h i c he m e r g ew i t h g r o u p s ( 4 ) t h ef o r m a t i o no fg r a n u l a rs l u d g ei sap r o c e s so ft h ef o r m a t i o no fm i c r o 。e c o l o g i c a ls y s t e m t h ec h a n g eo fc u l t i v a t i n gc o n d i t i o n sd i r e c t l ya f f e c t st h ec o m p o s i t i o no fm i c r o b i a lp o p u l a t i o ns t r u c t u r e a b s t r a c t a n dd i s t r i b u t i o ni na e r o b i c g r a n u l a rs l u d g e f r o ma n a l y s i s o ft h e r e l a t i o n s h i p o ff i l a m e n t o u s m i c r o o r g a n i s m sa n dm i c r o b i a lc o m m u n i t y , z o o g l o e aa n df i l a m e n t o u sb a c t e r i ad e p e n do ne a c ho t h e r t h ef i l a m e n t o u sm i c r o o r g a n i s m sf o r m e df l o cs k e l e t o n ，w h i c hp r o v i d et h en e c e s s a r yc o n d i t i o nf o rf l o c t of o r ml a r g e rf l o cp a r t i c l e s k e yw o r d s ：a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g e ，s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ( s b r ) ，g r a n u l a t i o n ，c o dl o a d ， h y d r a u l i cs h e a rs t r e s s ，m i c r o b i a lm o r p h o l o g y i i l 目录 目录 l 绪论1 1 1 水污染与水处理现状1 1 1 1 水污染现状1 1 1 2 水处理技术现状一4 1 2 好氧颗粒污泥技术研究进展6 1 2 1 国外研究进展一6 1 2 2 国内研究进展8 1 3 研究问题的提出1 0 1 4 研究目标与研究内容1 1 1 4 1 研究目标11 1 4 2 研究内容1 l 2 好氧颗粒污泥的培养方案1 3 2 1 好氧颗粒污泥的培养方法1 3 2 2 实验装置及主要仪器设备1 3 2 2 1 实验装置1 3 2 2 2 主要仪器设备15 2 3 接种污泥和实验用水1 5 2 3 1 接种污泥15 2 3 2 实验用水1 6 2 4 分析项目及测试方法16 2 4 1 常规分析项目1 6 2 4 2 好氧颗粒污泥的形态观察1 7 3 好氧颗粒污泥的培养1 8 3 1 实验运行条件一1 8 3 2 好氧颗粒污泥形成过程1 9 3 2 1 好氧颗粒污泥启动阶段1 9 3 2 2 好氧颗粒污泥成熟阶段1 9 3 3 水力剪切力对好氧颗粒污泥形成的影响一2 0 3 4c o d 负荷对好氧颗粒污泥形成的影响2 2 3 4 1 污泥颗粒化过程分析2 3 3 4 2c o d 负荷对生物降解能力的影响一2 6 3 5 小结一2 8 西安理工大学硕士学位论文 4 好氧颗粒污泥的特性研究3 0 4 1 好氧颗粒污泥的物理特性3 0 4 1 1 外观形态及内部结构3 0 4 1 2 沉降性能31 4 1 3 污泥浓度3 2 4 2 好氧颗粒污泥的生物特性3 3 4 2 1 生物相3 3 4 2 2 生物降解性能3 4 4 3 小结3 8 5 好氧颗粒污泥形成机理探讨3 9 6 结论与建议4 4 6 1 结论4 4 6 2 建议4 4 致谢4 6 参考文献4 7 附豸乇5 1 i i 1 绪论 1 绪论 1 1 水污染与水处理现状 1 1 1 水污染现状 ( 1 ) 全球水污染现状 目前，全球每年大约有4 2 0 0 多亿m 3 的污水排入江河湖海，污染了5 5 万亿m 3 的淡 水，这相当于全球径流总量的1 4 以上i l l 。 第四届世界水论坛提供的联合国水资源世界评估报告显示，全世界每天约有数百万吨 垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染8l 淡水；所有流经亚洲城市的河流均被污 染；美国4 0 的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染；欧洲5 5 条河流 中仅有5 条水质勉强能用。 水污染对人类健康造成很大危害。发展中国家约有1 0 亿人喝不清洁水，每年约有2 5 0 0 多万人死于饮用不洁水，全世界平均每天5 0 0 0 名儿童死于饮用不洁水，约1 7 亿人饮用 被有机物污染的水，3 亿城市居民面临水污染t 2 l o 在肝癌高发区流行病的调查表明，饮用 藻茵类毒素污染的水是肝癌的主要原因。 世界各地水污染的严重程度主要取决于人口密度、工业和农业发展的类型和数量以及 所使用的三废处理系统的数量和效率。近年3 月2 1 目的世界水日，联合国发布的资料表 明：目前全球有1 1 亿人缺乏安全饮用水，每年有5 0 0 多万人死于同水有关的疾病。据联 合国环境规划署预计，今天世界上将有1 2 0 0 万人死于水污染和水资源短缺。如果人类改 变目前的消费方式，到2 0 2 5 年全球将有5 0 亿人生活在用水难以完全满足的地区，其中 2 5 亿人将面临用水短缺。由于人们饮用了被污染的水，这正是人得病，甚至传染的主要 起因之一。据有关报道，发展中国家中估计有半数人，不是由于饮用被污染的水或食物直 接受感染，就是由于带菌生物( 带病煤) 如水中孳生的蚊子间接感染，而罹患与水和食品 关联的疾病。这些疾病中最普遍且对人类健康状况造成影响最大的疾病是腹泻病、疟疾、 血吸虫病、登革热、肠内寄生虫感染和河盲病( 盘尾丝虫病) 。联合国教科文组织发布的 数据显示，大约8 0 的类疾病是由质量低劣的饮用水造成的。世界卫生组织估计，仅仅 饮用了不安全的水以及缺乏卫生用水而得的疾病，每年死亡的总人数在5 0 0 万人以上亚洲 开发银行认为，亚洲人口的寿命缩短的年数约有4 2 是由于水源污染和卫生条件差引起 的。 由于在水资源保护方面投入不足，印度每天有2 0 0 多万吨工业废水直接排入河流、湖 泊及地下，造成地下水大面积污染，所含各项化学物质指标严重超标，其中，铅含量比废 水处理较好的工业化国家高2 0 倍。此外，未经处理的生活污水的直接排放也加剧了水污 染程度。流经印度北方的主要河流恒河已被列入世界污染最严重的河流之列。当地居 民饮用和在烹饪时使用受污染的地下水已经导致了许多健康问题，例如腹泻、肝炎、伤害 和霍乱等。在印度首都新德里，有条件的家庭都给自家的自来水设施安装了净水器，桶装 西安理工大学硕士学位论文 纯净水也目益受到人们的青睐。由于地下水污染严重，目前在印度市场上销售的1 2 种软 饮料，有害残留物含量超标。有些软饮料中杀虫剂残留物含量超过欧洲标准1 0 倍至7 0 倍。 统计显示，每年全世界有1 2 亿人因饮用污染水而患病，1 5 0 0 万5 岁以下儿童死于不 洁水引发的疾病，而每年死于霍乱、痢疾和疟疾等因水污染引发的疾病的人数超过5 0 0 万。全球每天有多达6 0 0 0 名少年儿童因饮用水卫生状况恶劣而死亡。在发展中国家，每 年约有6 0 0 0 万人死于腹泻，其中大部分是儿童。 在1 9 世纪2 0 世纪曾发生好多起严重事件。如1 8 3 2 - 1 8 8 6 年英国太晤士河因水质为 病菌污染，使伦敦流行过4 次大霍乱，1 8 4 9 年一次死亡在1 4 0 0 0 人以上，1 8 9 2 年德国汉 堡饮水受传染病菌污染，使1 6 0 0 0 人生病，7 5 0 0 人死亡。1 9 6 5 年春天，美国加利福尼亚 的一个小镇，因饮水受病菌污染，发生1 8 0 0 0 多人患病，5 人死亡的流行病： 2 0 世纪6 0 年代以来，世界上的水体污染已经达到了极为严重的程度。据统计，全世 界每年至少有4 2 0 0 x 1 0 8 m 3 以上的工业废水排入水体，致使三分之一的淡水受到不同程度 的污染。美国每年排放工业废水达1 5 0 0 1 0 8m 3 ，全国5 2 条主要河流和五大湖都遭受了污 染，有的成为“臭河”，有的成为“死湖”。同本全国4 7 条主要河流已有2 3 条受到了严重 污染，第一大湖琵琶湖沿岸的5 0 0 多家工厂的废水竟使蓄水量2 7 5 x 1 0 8m 3 的湖的湖水有 时变绿，有时变红，有时发臭。加之日本近海地区特别严重的污染，使日本列岛真正成为 了“公害列岛”。前苏联废水的年排放量超过1 0 0 0 1 0 8 m 3 ，每年饮水污染造成的经济损失 高达6 6 亿美元之多。占世界淡水储量1 5 的贝加尔湖，最深处1 5 0 0 米，也受到了污染。 黑海、罩海由于受到沿岸石油工厂工业废水的污染而成了名副其实的“黑海” 3 1 0 ( 2 ) 中国水污染现状 经过多年的建设，我国水污染防治工作取得了显著的成绩，但水污染形势仍然十分严 峻。2 0 0 5 年，全国废水排放总量为5 2 4 5 亿t ( 吨) ，工业废水排放达标率为，城市污水 处理率仅为1 4 9 8 万t 。其中工业废水占3 9 3 5 ，城市污水占6 1 - - 6 5 ，城市污水 已经成为主要的污染源。 2 0 0 8 年中国环境状况公报显示m 1 ，全国地表水污染依然严重。七大水系水质总 体为中度污染，浙闽区河流水质为轻度污染，西北诸河水质为优，西南诸河水质良好，湖 泊( 水库) 富营养化问题突出。其主要污染指标中，生化需氧量、石油类、氨氮污染分别 名列前三，特别是在人口稠密的黄河、长江流域，氨氮污染甚至占据了第1 位。生化需氧 量进入水体后，经过一段时间后，有机污染物分解，导致水中溶解氧锐减，水质恶化。氮、 磷进入水体后能促进藻类等浮游生物大量繁殖，导致水中溶解氧锐减，鱼类大量死亡，水 质严重退化，导致水体富营养化。 不难看出，中国七大水系的水质污染情况都已相当严重，如不进行水污染控制，就难 以适应新时期下经济的高速增长，甚至连人的饮用水都将出现危机。 近年来，我国的主要内陆湖泊太湖、滇池、巢湖等，频频爆发藻类疯长，使饮用水产 2 1 绪论 生霉味和臭味，同时许多藻类能够分泌、释放有毒有害物质，对人类健康产生严重影响， 进而影响周边城市饮水水源事件，这些都是由于这些湖泊已呈重度富营养状态，基本失去 了饮用水源地的作用。2 0 0 8 年度全国环境状况公报对我国2 8 个国控重点湖( 库) 调 查中发现，满足i i 类水质的4 个，占1 4 3 ；i i i 类的2 个，占7 1 ；i v 类的6 个，占2 1 4 ； v 类的5 个，占1 7 9 ；劣v 类的1 1 个，占3 9 3 。主要污染指标为总氮和总磷。在监 测营养状态的2 6 个湖( 库) 中，重度富营养的1 个，占3 8 ；中度富营养的5 个，占 1 9 2 ；轻度富营养的6 个，占2 3 o 。2 0 0 8 年我国主要湖泊的水质类别见表1 1 。 表1 - 1 重点湖( 库) 水质类别 t a b l e1 - 1k e yl a k e ( r e s e r v o i r ) w a t e rq u a l i t y 4 ：二湖是指太湖、滇池和巢湖 更为重要的是，氨氮和硝酸盐进入水体后还会造成其他多方面的不良影响 5 1 0 如：1 ) 氨氮容易被细菌氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，造成水体中溶解氧浓度下降，对鱼和其他水生 需氧动物产生消极影响；2 ) 随温度和水体p h 值的升高( 夏季) ，富营养化水中的游离氨 浓度将显著，对水生生物产生较强的毒害作用；3 ) 亚硝酸盐可与胺或酰胺反应生成具有 强致癌、致变和致畸作用的亚硝胺或亚硝酰胺，直接危害人类健康。因此，以单一去除有 机物为目的的传统城镇污水处理工艺已无法满足当前污水排放标准的要求，污水三级处 理，特别是城市及其邻近地区污水的脱氮除磷处理已成为控制和改善我国水体富营养化污 染现状的关键。2 0 0 4 年国家环保总局等五部委联合颁布的湖库富营养化防治技术政策 中明确规定，以湖库为受纳水体的新建城镇污水处理设施，必须采取脱氮、除磷工艺。 2 0 0 5 年，远海海域水质保持良好，局部近海域污染严重，类和劣类海水占。胶 州湾和闽江口中度污染，劣类海水占5 0 ；珠江口、辽东湾、渤海湾污染较重，类、 劣类海水比例在6 0 - - 8 0 之间；长江口、杭州湾污染严重，以劣类海水为主。 2 0 0 5 年全海域共发现赤潮8 2 次，累计发生面积约2 7 0 7 0k m 2 ，其中有毒藻类引发的 赤潮次数和面积大幅增加。大面积赤潮集中在浙江中部海域、长江口海域、渤海湾和海州 湾等，东海仍为赤潮的重灾区。岸鱼类和藻类养殖造成影响，因赤潮造成的直接经济损失 逾6 9 0 0 万元。 中国预防医学科学院环境卫生监测所进行的饮用水监测海洋的污染对海洋渔业、养殖 业造成巨大损失，并间接危害人类健康。赤潮主要对沿显示，水质量问题已经非常严重。 西安理工大学硕士学位论文 全国2 6 个省、区的1 8 0 个县市，有4 3 3 的人在喝着不安全的水。近来关于水污染的报 道越来越多，愈来愈严重。 随着工农业的迅速发展，人们生活而污水处理率没有得到显著提高，导致饮用水水源 污染严重，工业发达的城镇附近的地表水源污染尤其突出，流经城市的河段普遍受到污染。 根据环境部门对全国河流、湖泊、水平的不断提高，近年来我国工业废水、生活污水排放 总量呈逐年增加趋势，据调查，2 0 0 8 年全国废水排放总量为5 7 2 0 亿吨，比上年增加2 7 ； 化学需氧量排放量为1 3 2 0 7 万吨，比上年下降4 4 ；氨氮排放量为1 2 7 0 万吨，比上年 下降4 o 。然水库的水质状况的监测，近年来我国主要水系的水体都遭到了不同程度的 污染。我国以水体富营养化为标志的水体污染状况日益严重，湖泊富营养化比例从2 0 世 纪8 0 年代后期的4 1 上升到9 0 年代后期的7 7 ，这主要是由于过量的氮磷等营养物质 进入水体所致1 6 1 。 1 1 2 水处理技术现状 我国现有城市污水处理厂8 0 以上采用的是活性污泥法，其余采用一级处理、强化 一级处理、稳定塘法及土地处理法等。“七五”、“八五”、“九五”国家科技攻关课题的建 立与完成，使我国在污水处理新技术、污水再生利用新技术、污泥处理新技术等方面都取 得了可喜的科研成果，某些研究成果达到国际先进水平。同时，借助于外贷城市污水处理 工程项目的建设，国外许多新技术、新工艺、新设备被引进到我国，a b 工艺、氧化沟 工艺、a o 工艺、a a o 工艺、s b r 工艺、b a f 工艺在我国城市污水处理厂中均得到一 定的应用，污水处理工艺技术由过去只注重去除有机污染物发展为具有除磷脱氮功能。我 国8 0 年代以前建设的城市污水处理厂大部分采用普通曝气法活性污泥处理工艺，由于该 工艺主要以去除b o d 和s s 为主要目标，对氮磷的去除率非常低。为了适应水环境及排 放要求，一些污水处理厂正在进行改造，增加或强化脱氮和除磷功能。 ( 1 ) a b 工艺 a b 法污水处理工艺，系吸附一生物降解( a d s o r p t i o n b i o d e g r a t i o n ) 工艺的简称。是 德国亚琛工业大学宾克教授于7 0 年代中期开创的。该工艺是常规活性污泥法和两段活性 污泥法基础上发展起来的一种新型污水处理工艺1 7 1 。a b 工艺全系统共分预处理段、a 段、 b 段等3 段，a 段由吸附池和中间沉淀池组成，其微生物生物活性高，通常较常规活性污 泥法高4 0 5 0 ，特别是降解聚合物的活性几乎高出9 0 ，而聚合物往往是构成c o d 的 主要组成成分。b 段则由曝气池及二次沉淀池组成，去除有机污染物是b 段的主要净化 功能，b 段承受的负荷为总负荷的3 0 - - 6 0 ，较传统活性污泥处理系统，曝气池的容积 减少了4 0 左右。a b 法对磷、氮的去除率分别为6 0 7 0 和3 5 - 4 0 ，与常现活性 污泥法相比去除率有很大提高 8 1 。 但是，a b 法污泥产量较高，a 段污泥有机物含量极高，污泥后续稳定化处理是必须 的，将增加一定的投资和费用。另外，由于a 段去除了较多的b o d ，可能造成炭源不足， 难以实现脱氮工艺。对于污水浓度较低的场合，b 段运行较为困难，也难以发挥优势。 4 1 绪论 ( 2 )s b r 工艺 s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) s e 艺，即序批式活性污泥工艺，是早在1 9 1 4 年就由英 国学者a r d e m 和l o c k e t 发明了的水处理工艺。7 0 年代初，美国n a t r ed a m 大学的r 1 r v i n e 教授采用实验室规模对s b r 工艺进行了系统深入的研究，并于1 9 8 0 年在美国环保局( e p a ) 的资助下，在印第安那州的c u l w e r 城改建并投产了上第一个s b r 法污水处理厂 9 1 0s b r 工艺的过程是按时序来运行的，一个操作过程分五个阶段：进水、反应、沉淀、出水、闲 置。s b r 工艺在一个或多个平行、且反应容积可变的池子中，完成生物降解和泥水分离 过程。在这一系统中，活性污泥法按照“曝气一非曝气”阶段不断重复进行。在曝气阶段 主要完成生物降解过程，在非曝气阶段中也有部分生物作用，但主要是完成泥水分离过程。 因此，s b r 系统无须设置二沉池，并可以省去传统活性污泥法中曝气池与二沉池之间的 连接管道。完成泥水分离后，由滗水器排出池外处理出水处理。根据活性污泥实际增殖情 况，在每一处理循环结束阶段( 滗水阶段) 自动排除剩余污泥。s b r 工艺不但可以降解 有机物( b o d 、c o d ) ，还可以通过同步硝化反硝化过程去除大量氨氮，同时完成生物除 磷过程，其出水中氮和磷的浓度是很低的。 但是，s b r 工艺对自动化控制要求很高，并需要大量的电控阀门和机械撇水器，稍 有故障将不能运行，一般必须引进全套进口设备。由于一池有多种功能，相关设备不得已 而闲置，曝气头的数量和鼓风机的能力必须稍大。池子总体容积也不减小。另外，由于撇 水深度通常有1 2 - 2 米，出水的水位必须按最低撇水水位设计，故总的水力高程较一般工 艺要高1 米左右，能耗将有所提高。 ( 3 ) 氧化沟工艺 氧化沟工艺( o x i d a t i o nd i t h ，o d ) ，又称循环曝气池，是在5 0 年代由荷兰的帕斯维尔 ( p a s v e e r ) 所开发的- - 7 中污水生物处理技术，属于活性污泥法的- - 7 中改变工艺 7 10 氧化 沟一般呈环形沟渠状，平面多为椭圆形或圆形，总长可达几十米，甚至百米以上。在氧化 沟内一般设立缺氧反硝化区，用以在同一反应池内实现生物脱氮，氧化沟曝气装置的后面 有一好氧区，在混合液经过曝气后沿着廊道向下流动过程中，由于微生物的摄氧作用，溶 解氧的浓度不断下降。在溶解氧被消耗殆尽的那一点，氧化沟廊道内就产生了缺氧区，于 是混合液微生物利用硝酸盐进行内源呼吸作用。所以氧化沟工艺就实现了硝化与反硝化过 程在同一个池中发生，但需要很好的控制溶解氧的水平。 目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：帕斯韦尔( p a s v e e r ) 氧化沟、卡鲁塞尔( c a r r o u s e l ) 氧化沟、奥贝尔( o r b a l ) 氧化沟、t 型氧化沟( 三沟式氧化沟) 、d e 型氧化沟和一体化氧化 沟。这些氧化沟由于在结构和运行上存在差异，因此各具特点。 ( 4 ) a o 和a 2 o 工艺 a o 工艺即缺氧好氧工艺，缺氧区、好氧区分别在同一构筑物中被分隔的两个部分 或两个独立的构筑物中，反硝化在厌氧条件下完成；含碳有机物的去除、含氮有机物的氨 化和氨氮的硝化在好氧区条件下运行。与多级生物脱氮工艺相比，a o 工艺流程简单、占 西安理工大学硕士学位论文 地少、水力停留时间短、污泥沉降性好、不需外加碳源，又能充分反硝化且易于控制污泥 膨胀；但脱氮率相对较低，易受冲击，如果发生硝化反应，除磷效果就会下降，工艺控制 的灵活性有限。此外，a o 法在除磷方面的推广受到以下几个因素的制约。当温度低、迸 水负荷低时，微生物代谢能力减弱，污泥生长缓慢，磷的去除率必然降低，厌氧池的厌氧 条件难以保证，受水质波动影响大，不够稳定t 1 0 。 a 2 o 工艺是在缺氧好氧工艺前增加设置厌氧区的单级活性污泥脱氮系统。由于厌氧 区的设置，可促进菌胶团的细菌繁殖并抑制丝状菌在缺氧池和好氧池中繁殖，从而有利于 生物脱氮，且厌氧池( 区) 的设置对生物除磷有很好的效果。但是含有硝酸盐的r a s 被循 环到厌氧段会影响除磷能力，内部循环比对氮的去除形成限制，比a o 工艺需要更高的 c n 、c p 比i l l - 1 3 。 ( 5 ) b a f 工艺 曝气生物滤池b a f ( b i o l o g i c a la e r t e df l i t e r ) 是2 0 世纪8 0 年代末在欧美发展起来的一种 新型污水处理技术，能有效去除污水中c o d 、b o d 5 、s s 、n h 3 - n 等污染物。它的最大特 点是使用了一种新型粒状填料，污水在垂直方向上通过填料层，粗糙多孔的粒状填料具有 很大的比表面积，它具有优良的过滤作用，因此被称作滤池。填料表面生长有生物膜，池 底提供曝气。该反应器属固定床的生物膜反应器。污水在流过滤床时，污染物首先被过滤 和吸附，进而被好氧氧化，它定期的利用处理出水进行反冲洗排除增殖的活性污泥1 1 4 1 。 许多公司独立地开发出了各种形式的曝气生物滤池，根据其不同的形式和功能有不同 的划分。根究有无反冲洗系统可分为两类：没有反冲洗系统的，通常叫作淹没式曝气生物 滤池( s u b m e r g e da e r a t e df i l t e r ，s a f ) ；有反冲洗系统的，通常叫作曝气生物滤池( b a f ) 。根 据b a f 进水方式，可分为上向流式曝气生物滤池和下向流式的曝气生物滤池。根据其滤 料的不同可分为淹没式滤料曝气生物滤池和悬浮式滤料曝气生物滤池。根据其不同的处理 功能又有不同的划分：同时去除c o d 和氮化合物( 主要是n h 3 n ) 的单级b a f 系统；分别去 除c o d 和氮化合物( n h 3 一n ) 的两级b a f 系统；去除c o d 和脱氮的两级b a f 系统；去除 c o d 、氮和除磷的b a f 组合系统”。 以上的这些污水处理技术，其好氧处理单元的核心仍然是传统活性污泥法，但是由于 去除污染物的污泥仍然为絮状活性污泥，其结构松散，沉降性差，污泥密度小。因此，曝 气池中的污泥浓度低，处理能力不高，二沉池体积庞大，污泥含水率高，污泥处理难度大。 这就导致了占地面积增大，运行管理费用增高，成为了污水处理工艺发展的瓶颈。 1 2 好氧颗粒污泥技术研究进展 1 2 1 国外研究进展 国外对好氧颗粒污泥的研究是建立在对厌氧颗粒污泥的研究基础上进行的，研究者发 现，在厌氧条件下能够使污泥出现颗粒化现象，从此进行深入的研究，结果发现污泥颗粒 化现象在好氧条件下同样存在。1 9 9 1 年至1 9 9 7 年是学者们对好氧颗粒污泥研究的初始阶 6 1 绪论 段，人们开始意识到在好氧条件下污泥同样可以颗粒化，而不仅仅局限于厌氧环境，他们 认为好氧污泥颗粒化是生物膜生长的一种特殊形式。因此，在此阶段学者们只是报道了好 氧污泥可以颗粒化这一现象，并没有进行深入的研究。 19 9 1 年，m i s h i m a 等建立了升流式好氧污泥床( a u s b ) 反应器，运行同升流式厌 氧污泥床( u a s b ) 反应器，用纯氧曝气，反应器底部进水，可形成粒径为2 8m m 的好氧 颗粒污泥，并且有着优良的沉淀性能。其基本原理是将微生物自凝聚作用应用于活性污泥 的一种生物处理污水的方法，因此a u s b 反应器也成为了好氧颗粒污泥研究的开始。 1 9 9 2 年，s h i n 等在搅拌速度为3 6r m i n 时，研究r 1 、r 2 的u a s b 反应器中好氧颗 粒污泥，结果表明，r 1 反应器中的污泥发生了膨胀，r 2 反应器形成了粒径为0 2 0 5m m 的好氧颗粒污泥。 1 9 9 7 年，m o r g e n r o t h 引等利用间歇式s b r 反应器对好氧颗粒污泥的自凝聚及其性能 进行了研究。在实验中通过缩短停留时间和排水时间排除沉降性能差的污泥来提高颗粒污 泥的生长速度，在曝气期间反应器内的溶解氧浓度保持在2 m l 以上，经过4 0 天的培养， 虽然有少量絮状污泥存在，但在反应器中颗粒污泥占主体，培养出的好氧颗粒污泥经过2 周的贮存未发生解体。 1 9 9 9 年，b e u n 明对气提式序批反应器( s b a r ) 、s b r 幂d 生物膜气提悬浮反应器( b a s l 中的好氧颗粒污泥进行了比较研究，在相同的负荷、表面上升气体流速和操作周期下，3 个反应器都能产生好氧颗粒污泥，并发现s b a r 反应器中存在同时硝化反硝化( s n d ) 过程。 2 0 0 1 年，t a y 等眨叫利用脉冲进料形成的饥饿段、短沉降时间和高剪切力成功培养出 好氧颗粒污泥。 2 0 0 2 年，b e u n 等眨在s b a r ( s e q u e n c i n g b a t c ha i r l i f tr e a c t o r ) 反应器中，当c o d 负荷 为2 5k g c o d m 3 时，经过一周培养出了好氧颗粒污泥，由于颗粒污泥的沉降速度不同，密 度大的颗粒污泥被选择出来，当达到稳态时好氧颗粒污泥的平均粒径为2 5 m m ，沉降速度 大于1 0m h 。t a y 等眨2 1 利用低核苷酸探( o l i g o n u c l e o t i d e ) 、特定荧光染料( s p e c i f i c f l u o r o c h r o m e s ) 矛n 荧光微粒( f l u o r e s c e n tm i c r o s p h e r e s ) 探测了好氧颗粒污泥的呈层状结构分 布的好氧和厌氧微生物，发现颗粒污泥的孔道渗入距离为9 0 0 微米，厌氧细菌存在于距颗 粒污泥表面8 0 0 微米处。m o y 等2 研究了高有机负荷对于好氧颗粒污泥物理性质的研究。 实验在两个柱状的好氧颗粒污泥反应器中进行，其中一个以葡萄糖为碳源，另一个以醋酸 盐为碳源，两反应器的有机负荷为6 、9 、1 2 、1 5k g c o d m d1 ，实验发现以