（环境工程专业论文）利用好氧颗粒污泥处理垃圾渗滤液的初步研究.pdf

s t u d y i n go nt r e a t m e n to f l a n d f i l ll e a c h a t eb y a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g e m 句o r ： e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g d i r e c t i o no f s t l j d y ：w a s t ep o l l u t i o nc o n t r o l g r a d u a t es t u d e n t ：a is h i ji s u p e r v i s o r ： p r o x i eq i n g l i n c o l l e g e o fe n v i r o i u n e n t a ls c i e n c ea n d e n g i n e e r i n g g u i l i nu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y o c t o b e r ，2 0 0 8t oa p r i l ，2 01o 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我 所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表或撰写过的研究 成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对论文的完成提供过帮 助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者( 签字) ：兰鱼薹 签字日期： 塑! ! ：丛竺 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权( 学校) 可以 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学 位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用 本授权书) 本论文是否保密：是歹如需保密，保密期限为： 学位论文作者签名：童盏塾 签字日期：岫i 年6 月，叶日 导师签字：匀怯抬7 签字日期：如f 口年月厂日 ， 桂林理工大学硕士学位论文 摘要 好氧颗粒污泥技术是近几年发展起来的废水处理新技术，它除了可以 用于金属废水、难降解有毒有机废水和含磷废水的处理外，也可以有效地 去除废水中的氨氮。对好氧颗粒污泥脱氮，目前研究主要集中于处理低浓 度的氨氮废水或模拟生活污水。本研究以絮状活性污泥和厌氧颗粒污泥为 接种污泥培养出了具有良好脱氮活性的颗粒污泥，对其脱氮过程做了初步 探讨，还对好氧颗粒污泥脱氮的关键工艺参数进行研究，并利用颗粒污泥 处理垃圾渗滤液的研究。试验结果表明： 1 以絮状活性污泥和厌氧颗粒污泥为接种污泥，在两个结构相同的 s b r 反应器rl 、r 2 中，经过5 个阶段的培养，在两个反应器中都成功培 养出具有较高脱氮性能的好氧颗粒污泥。在进水c o d 为8 0 0 m g l ，氨氮为 3 2 0 m g l 的条件下，r 1中的好氧颗粒污泥的出水c o d 为2 4 0 1 3 4 7 8 m g l ，平均去除率为9 6 3 ，出水氨氮为2 0 0 9 2 2 5 6 m g l ，平均去 除率为9 3 3 ；r 2 中的好氧颗粒污泥的出水c o d 为3 0 0 5 31 4 2 m g l ， 平均去除率为9 6 1 ，出水氨氮为2 7 9 7 2 9 o1m g l ，平均去除率为 9 1 0 9 。 2 进水c o d 维持在8 0 0 m g l 的条件下。经过4 个阶段，将n h 4 + n 浓 度由3 0 0 m g l 提高至9 0 0 m g l ，每次提高2 0 0 m g l 。在进水c o d 为8 0 0 m g l ， 氨氮浓度为9 0 0 m g l 时，两反应器运行稳定后，研究溶解氧和p h 对好氧 颗粒污泥高浓度氨氮废水的影响程度，确定最佳溶解氧和p h 分别为2 m g l 和8 0 ，控制溶解氧和p h 分别为2 m g l 和8 o 士0 1 ，反应时间为6 h ，温 度2 5 1 ，l rl 反应器出水氨氮为2 4 9 9 m g l ，去除率为9 7 2 2 ，出水 n 0 2 。n 为71 2lm g l ，出水n 0 3 n 为4 4 6 4 m g l ，硝酸的积累率为 6 1 4 6 ；l r 2 反应器出水氨氮为2 2 9 8 m g l 。去除率为9 7 4 4 ，出水n 0 2 n 为7 0 2 8 m g l ，出水n 0 3 。n 为4 4 6 2 m g l ，亚硝酸的积累率为61 16 。 3 利用厌氧颗粒污泥培养驯化的好氧颗粒污泥，控制d o = 2 m g l 左右， p h 为7 o 时，反应时间6 h ，通过逐步驯化的方式，反应器进水c o d 保持 在10 0 0 m g l ，氨氮浓度维持在7 5 0 m g l ，提高进水中垃圾渗滤液比例，经 过2 9 天的驯化，出水c o d 为4 6 0 4 13 2 9lm g l ，平均去除率为91 0 5 ； 出水n h 4 + n 为4 2 0 9 1 3 3 olm g l ，平均去除率为8 8 3 2 。在垃圾渗滤液 最终完全替代蔗糖模拟废水，运行稳定后，通过对溶解氧和p h 对好氧颗 粒污泥处理垃圾渗滤液的影响程度的研究，确定最佳溶解氧和p h 分别为 4 m g l 和7 5 。在进水垃圾渗滤液c o d 为l0 0 0 m g l ，氨氮为7 5 0m g l ，控 制d o = 4 m g l ，p h = 7 5 ，循环时间为8 h ，温度控制在2 5 l ，出水n h 4 + n 为2 6 9 8m g l ，去除率在9 6 4 ，出水n 0 3 。n 为l6 5 7m g l ，出水n 0 2 。 n 为2 9 38 m g l ，亚硝酸的积累率为5 6 2 4 。 关键词：好氧颗粒污泥；高浓度氨氮废水；垃圾渗滤液 桂林理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t a san o v e lp r o c e s so fw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g eh a s b e e n w i d e l yu s e d t ot r e a tv a r i o u sw a s t e s ， i n c l u d i n g m e t a l w a s t e ， n o n - b i o d e g r a d a b l e t o x i c o r g a n i cp o l l u t a n t s a n d p h o s p h o r u s - c o n t a i n i n g w a s t e w a t e r i na d d i t i o n ，a e r o b i cg r a n u l a r s l u d g e c a nr e m o v ea m m o n i a n i t r o g e n f r o mw a s t ew a t e r e f f i c i e n t l y f o ra m m o n i an i t r o g e n r e m o v a l ， r e s e a r c h e r sh a v ef o c u s e do n t r e a t i n g l o wc o n c e n t r a t i o n so fa m m o n i u m n i t r o g e nw a s t e w a t e ro rs y n t h e t i cs e w a g e i nt h i s s t u d y ， a e r o b i cg r a n u i a r s l u d g ec u l t i v a t e du s i n ga c t i v a t e ds i u d g ea n da n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ea s s e e ds l u d g et o t r e a tl a n d f i l ll e a c h a t e t h en i t r o g e nr e m o v a lp r o c e s sa n d o p e r a t i o np a r a m e t e r s w e r e i n v e s t i g a t e d ， a n dt h em a i nc o n c l u s i o n sa r e s u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 t h es e e d i n g s l u d g e w a sa c t i v a t e ds l u d g ea n da n a e r o b i cg r a n u l a r s l u d g e ，r e s p e c t i v e l y t h ec u l t i v a t i o nc y c i ew a sw i t hf i v es t a g ep r o c e s si n t w od u p l i c a t es b rr e a c t o r so p e r a t e di np a r a l l e l ( r1a n dr 2 ) ，a n dt h e nt h e a e r o b i c g r a n u l a rs l u d g e w i t h h i g hn i t r o g e n r e m o v a l p e r f o r m a n c e w a s o b t a i n e d c o da n dn h 4 + 一ni nt h ei n f l u e n tw e r e8 0 0 a n d 3 2 0 m g l ， r e s p e c t i v e l y t h ee f f l u e n tc o do fr1r a n g e df r o m2 4 01t o3 4 7 8 m g la n d t h em e a nr e m 0 v a le f f i c i e n c yw a s9 6 3 ，w h i l et h ee f f i u e n t n h 4 + 一nw a s 2 0 0 9 2 2 5 6m g lw i t ht h em e a nr e m o v a le f f i c i e n c yo f9 3 3 t h ec o da n d n h 4 + 一nc o n c e n t r a t i o ni nt h ee f f l u e n t o fr 2w e r e3 0 0 5 31 4 2 m g la n d 2 7 9 7 2 9 01m g lw i t ht h em e a nr e m o v a le f f i c i e n c i e so f9 6 1 a n d91 0 9 ， r e s p e c t i v e l y 2 a tac o n s t a n ti n f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o no f8 0 0 m g l ，t h en h 4 + - n c o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e dg r a d u a l l yf r o m 3 0 0 m g lt o9 0 0 m g ld u r i n gf o u r s t a g e s ，w i t he a c hi n t e r v a io f2 0 0 m g l t h et w or e a c t o r so p e r a t e ds t a b l yw i t h t h ei n f l u e n tc o da n dn h 4 + - nc o n c e n t r a t i o no f8 0 0 m g la n d9 0 0 m g l ，a n d t h ee f f e c to fd oa n dp ho nn h 4 + - nr e m o v a lp e r f o r m a n c ew e r ee x p l o r e d i t w a sn o t e dt h a tt h eo p t i m u md oa n dp hw e r e2 m g la n d8 0 ，r e s p e c t i v e l y u n d e rt h eo p t i m a lc o n d i t i o n so fd oa n dp h ，w i t ht h er e a c t i o nt i m eo f6 ha n d t h et e m p e r a t u r eo f2 5 士1 ，t h ec o n c e n t r a t i o n so fn h 4 + 一n ，n 0 2 。- na n dn 0 3 - ni nr le f f l u e n tw e r e2 4 9 9 ，71 2la n d4 4 6 4 m g l ，a n dt h em e a nr e m o v a i i i 桂林理工大学硕士学位论文 e f f i c i e n c i e so fn h 4 + nw e r e9 7 2 2 t h ea c c u m u l a t i o nr a t eo fn i t r i t ew a s 61 4 6 i nc o n t r a s t ，t h ec o n c e n t r a t i o n so fn h 4 + - n ，n 0 2 。- na n dn 0 3 - ni n r 2e f f l u e n tw e r e2 2 9 8 ，7 0 2 8a n d4 4 6 2 m g l ，r e s p e c t i v e l y ，w i t ht h en i t r i t e a c c u m u l a t i o nr a t e0 f61 16 3 t h ea e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ew a sa c c l i m a t e dw i t ha n a e r o b i cg r a n u l a r a ss e e ds l u d g e w i t ht h ed oo f2 m g l ，t h ep ho f7 oa n dt h er e a c t i o nt i m eo f 6 h ，i n f l u e n tc o da n dn h 4 + 一nm a i n t a i n e da t 10 0 0a n d7 5 0 m g l ，a n dt h e n i n c r e a s i n g t h e p r o p o r t i o n o fl e a c h a t ew a t e r g r a d u a l l y ， a f t e r2 9d a y so f a c c l i m a t i o n ，t h ec o da n dn h 4 + nc o n c e n t r a t i o ni nt h ee f f l u e n tw e r e4 6 0 4 1 3 2 9 1a n d4 2 0 9 1 3 3 0 lm g l ，w i t ht h ec o r r e s p o n d i n g l ym e a nr e m o v a l e f f i c i e n c i e sw e r e91 0 5 a n d 8 8 3 2 ，r e s p e c t i v e l y w h e nt h es y n t h e t i c w a s t e w a t e rc o m p l e t e l yr e p l a c e db yl a n d f i l ll e a c h a t ea n dt h eo p e r a t i o nw a s s t a b l e ，t h ei m p a c t so fd oa n dp ho na e r o b i cg r a n u l a rs l u d g et r e a t m e n to f l a n d f i l ll e a c h a t ew e r es t u d i e d i tw a ss h o w e dt h a tt h eo p t i m a ld oa n dp hw a s 4 m g la n d7 5 ，r e s p e c t i v e i y u n d e rt h eo p t i m a lc o n d i t i o n s ，w i t ht h ec o da n d n h 4 + - nc o n c e n t r a t i o ni nt h el a n d f i l ll e a c h a t e o f10 0 0 a n d7 5 0m g l ，t h e t e m p e r a t u r eo f2 5 士l a n dt h ec y c l et i m eo f8 h ，t h en h 4 + 一n ，n 0 3 一na n d n 0 2 一nc o n c e n t r a t i o ni nt h ee f f l u e n tw e r e2 6 9 8 ，1 6 5 7a n d2 9 3 8 m g l ， r e s p e c t i v e l y t h ec o r r e s p o n d i n gr e m o v a le f f i c i e n c yo fn h 4 + 一nw a s9 6 4 ， a n dt h en i t r i t ea c c u m u i a t i o nr a t ew a s5 6 2 4 k e y w o r d s ：a e r o b i c g r a n u l a rs l u d g e ；h i g h c o n c e n t r a t i o no fa m m o n i a n i t r o g e nw a s t ew a t e r ； l a n d f i l ll e a c h a t e i h 桂林理工大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t ii 第1 章绪论1 1 1 高氨氮废水的来源及危害1 1 1 1 高浓度氨氮废水的来源1 1 1 2 水体中氮污染的危害1 1 2 好氧颗粒污泥技术3 1 2 1 好氧颗粒污泥的形成机制3 1 2 2 好氧颗粒污泥的性质4 1 2 3 颗粒化的影响冈素6 1 2 4 好氧颗粒污泥处理废水的研究现状10 第2 章试验研究的目的、内容和分析方法13 2 1 试验研究的目的和意义一l 3 2 1 1 试验研究的目的13 2 1 2 试验研究的意义13 2 2 试验研究的内容和方法1 4 2 3 试验材料1 4 2 3 1 试验装置1 4 2 3 2 试验运行参数15 2 3 3 试验用水16 2 4 试验分析及测定方法17 2 4 1 常规分析项目17 2 4 2 沉降速率的测定17 2 4 3 好氧颗粒污泥粒径分布的测定18 2 4 4m l s s 及m l v s s 的澳0 定18 2 4 5 污泥样品扫描电镜检测方法18 2 5 课题来源19 第3 章s b r 反应器中脱氮好氧颗粒污泥的培养2 0 3 1 接种污泥2 0 3 2 试验方案2 0 3 3r1 中絮状活性污泥向好氧颗粒污泥转化的结果与讨论21 3 3 1r1 中污泥颗粒化过程分析21 3 3 2r1 中好氧颗粒污泥形成过程中对c o d 降解能力的变化2 2 3 3 3rl 中好氧颗粒污泥形成过程中对n h 。+ 降解能力的变化2 3 3 4r 2 中厌氧颗粒污泥向好氧颗粒污泥转化的结果与讨论2 4 3 4 1r 2 中污泥颗粒化过程分析2 4 3 4 2r 2 中好氧颗粒污泥形成过程中对c o d 降解能力的变化2 6 3 4 3r 2 中好氧颗粒污泥形成过程中对n h 。降解能力的变化27 t v 桂林理工大学硕士学位论文 3 5 污泥形态变化2 8 3 5 1 光学显微观察2 8 3 5 2 扫描电镜观察3 0 3 6 本章小结3 1 第4 章好氧颗粒污泥脱氮过程研究3 2 4 1 试验方案3 2 4 2 运行周期内c o d 及含氮化合物的变化3 2 4 3 运行周期内碳源的试验研究3 4 4 4 本章小结3 5 第5 章好氧颗粒污泥处理高浓度氨氮废水研究3 6 5 1 试验方案3 6 5 2 氨氮提高过程试验结果与讨论3 6 5 2 1l r1 中运行状况分析3 6 5 2 2l r 2 中运行状况分析3 8 5 3 脱氮颗粒污泥反应器影响因素研究3 9 5 3 1 溶解氧的影响3 9 5 3 2p h 的影响4 4 5 4 本章小结4 7 第6 章利用好氧颗粒污泥处理垃圾渗滤液的试验研究4 9 6 1 实验水质4 9 6 2 反应器的运行控制4 9 6 3 垃圾渗滤液驯化好氧颗粒污泥研究5 0 6 3 1 驯化过程中污泥的变化结果分析5 0 6 3 2 好氧颗粒污泥对c o d 的去除51 6 3 3 好氧颗粒污泥对氮的降解5 2 6 4 处理垃圾渗滤液的影响因素研究5 3 6 4 1 溶解氧( d o ) 对处理效果的影响5 3 6 4 2p h 对处理效果的影响5 6 6 5 本章小结5 8 第7 章结论与建议5 9 7 1 结论5 9 7 2 建议6 0 致谢6 l 参考文献6 2 个人简历6 7 v 桂林理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 随着我国工农业生产的快速发展、 所致的水体富营养化污染也同趋严重。 人民生活水平日益提高，我国氮磷污染 在全国七大水系的主要污染指标中，氨 氮污染名列第三，仅次于石油类和生化需氧量指标。我国的城市污水处理设施 建设仍处于刚起步阶段，1 9 9 8 年国家环保总局新颁布的标准规定，新扩改厂氨 氮一级排放标准为1 5 m g n l ，现有厂为2 5 m g n l ；饮用水标准中，硝酸盐氮允 许浓度为2 0 m g n l 。目前荷兰等主要欧盟国家均要求排放污水中总氮浓度不得 高于l o m g n l i lj 。这表明水环境氮污染问题已成为世界性的环境问题，并越来 越引起人们的高度重视，而废水生物脱氮在脱氮技术领域已经成为水污染控制 领域的一个重要研究方向之一。 1 1 高氨氮废水的来源及危害 1 1 1 高浓度氨氮废水的来源 氨氮的来源可分为自然来源和人为来源两种，虽然自然界的有机物质可以 缓慢分解出数量可观的氨( 每年约5 9 x 1 0 1 0 t ) ；但由于分散、浓度低，未构成对人 体的危害；而全世界每年人为氨氮排放量大约只有4x 1 0 7 t ，但由于它排放浓度 高、分布集中而造成了对环境的污染。许多工业废水中都存在氨氮，不仅在不 同类的工业废水中氨氮浓度千变万化，即使同类工业不同工厂的废水中其浓度 也各不相同。高浓度氨氮废水一般来源于炼油、无机化工、铁合金、玻璃制造、 肉类加工、饲料生产、畜牧业、化肥以及垃圾填埋等生产过程。某些工业自身 会产生氨氮污染物，如：钢铁工业( 副产品焦炭，锰铁生产，高炉) 以及肉类加工 业等。而另外一些工业将氨用作化学原料，如用氨水配成消光液以制造磨砂玻 璃。此外，皮革、孵化、动物排泄物等新鲜废水中氨氮初始含量并不高，但由 于废水中有机氮的脱氨反应，在废水贮积过程中氨氮浓度会迅速增加【2 】。 1 1 2 水体中氮污染的危害 水体中氨氮的存在将会给环境及人类生活带来很多不利影响，这主要表现 在以下几个方面3 - 6 】： ( 1 ) 造成水体的富营养化现象 桂林理工大学硕士学位论文 大量未经处理或未经适当处理的含氮的各种废水( 包括生活污水及某些工 业废水) 排入江河，加速了湖泊和池塘等水体的富营养化，造成水生植物和藻类 过度生长。 水体富营养化不仅在经济上造成损失，而且危害人类健康，主要体现在： 富营养水体后，以蓝藻、绿藻为优势种类的水藻大量繁殖，这些水藻浮在湖水 表面形成一层“绿色浮渣”，从而降低水体的透明度，而藻类因光合作用消耗了 大量水体中的溶解氧，导致深层水体趋向于厌氧状态，从会使水味慢慢变得腥 臭难闻；富营养化水体中的许多藻类会向水体释放有毒物质，而鱼类、贝壳等 将这些物质吸收，人类食之，就会对人体健康造成严重影响；破坏水体正常的 生态平衡，从而降低了水生生物的稳定性和多样性。 ( 2 ) 增加给水处理的难度和成本 氨氮能与氯作用，生成氯氨，并被氧化为氮。当含有高浓度氨氮的水体作 为给水水源，或对含氮量较高的污水厂出水进行氯化消毒时，会增加水厂对给 水或排水的氯消耗量，同时也会给水的净化处理带来许多困难，进而严重影响 饮用水水质。主要表现在： 由于水体的富营养化，大量藻类和水生微生物的繁殖使滤池堵塞，破坏 其正常运行。同时，微生物还会穿透滤池在配水系统中繁殖，造成配水系统水 流不畅或阻塞。 藻类分泌出的有机物会妨碍絮凝作用，导致出水混浊，并影响加氯消毒 过程；藻类分泌出的有机物经分解生成难以降解的腐殖质，使水质恶化。 在水厂加氯消毒时，水体中少量氨会使加氯量成倍增加，此外，脱色、 除臭、除昧的化学药剂投加量办会增加。 ( 3 ) 通过硝化作用引起水体缺氧 氨氮随污水排入水体后，可在硝化细菌的作用下把氨氮氧化为硝酸盐。每 氧化l 毫克的n h 4 + - n 到n 0 3 。- n 需消耗水体中4 5 7 毫克的溶解氧。若水体中氨 氮浓度过高，会大量消耗水体中的溶解氧，引起鱼类和其他水生生物的死亡。 ( 4 ) 氨对水生生物会造成一定的毒害作用 氨氮会影响鱼类氧的呼吸，对大多数鱼类而言，当水中游离氨浓度为1m l 时，会致鱼类死亡。氨不仅是水生植物和藻类的营养物质，也是鱼类和其它水 生动物的毒性物质。水中的分子氨对鱼类有很大毒性，浓度过高时，会使鱼类 产生毒血症。如浓度超过0 5 m g l ，则将抑制鱼类的生长、繁殖，严重中毒者甚 至死亡。硝酸盐和亚硝酸盐有可能会转化为亚硝胺，而亚硝胺是“三致”物质( 致 癌、致变和致畸) ，对人体有潜在的危害。人若饮用了n 0 3 n 1 0 m l 或 n 0 2 。- n 5 0 m g l 的水，则可使人体内正常的血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，失 2 桂林理工大学硕士学位论文 去血红蛋白在体内输送氧的能力，出现缺氧症状。硝酸盐还原产生亚硝酸盐， 后者可与胺或酰胺反应生成亚硝胺或亚硝酰胺，两者都有致癌作用。流行病学 研究表明，硝酸盐摄入量大的人群，胃癌发生率高。 1 2 好氧颗粒污泥技术 近几年来发展起来的颗粒污泥法是微生物自身固定化的一种形式，颗粒污 泥是一种在污水处理中微生物自凝聚现象的一种特殊生物膜，可分为厌氧颗粒 污泥和好氧颗粒污泥。好氧颗粒好氧颗粒污泥的研究报道最初见于特别运行的 工艺装置或常规生物膜反应器，1 9 9 1 年m i s h i m a 等报道了反应器中可形成 2 8 i m n 的好氧颗粒p j 。好氧颗粒污泥是在好氧条件下，水中微生物自发形成的 细胞自凝聚过程，是生物膜的一种特殊的生长形式。与传统的活性污泥法相比， 好氧颗粒污泥具有生物量大，质地致密，微生物种群多样的特性，可保持反应 器中较高的污泥浓度和容积负荷，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，因此好氧颗粒污泥已成为国内外研究者研 究的热点。 1 2 1 好氧颗粒污泥的形成机制 对于好氧颗粒污泥的形成来说，它是一个复杂而长期的微生物自凝聚过程， 包含物理、化学和生物作用过程。国内外学者提出：微生物在吸附过程中形成 颗粒污泥的模型分为两大类：一是从颗粒污泥的结构分析，有胞外聚合物键联 模型、惰性核模型、二价阳离子架桥模型以及互氧微菌落模型等；二是从颗粒 污泥的热力学考虑，有表面张力模型、局部脱水模型等。从上述模型来看，在 某种程度上能有效的解释污泥颗粒化过程，但颗粒污泥的形成是多种环境因子 共同作用下形成的，不能单调的认为是某一个或几个因素单独作用下形成的【8 】。 颗粒污泥是在好氧的条件下，细菌细胞在流体动力条件下自固定化的一种特殊 形式，他可以看作为微生物的一个迁移过程。第一步，个体相互聚集在一起形 成种群；第二步，种群在竞争的基础上形成群落；第三步，微生物群落经过淘 汰优选形成微生物生态系统；第四步，在环境和群落的共同作用下，生态系统 最终达到相对稳定。从上分析，好氧颗粒污泥的形成是微生物自身固定化的一 种方式。通常认为，微生物固定化是在物理、化学以及生物共同作用下经过复 合的过程，可以归纳为四步：( 1 ) 在流体动力作用下，细菌间相互碰撞或细菌被 吸附盗载体表面上，这过程包括有有重力、扩散力、热力学力、水力以及细胞 桂林理工大学硕士学位论文 运动；( 2 ) 细菌在固体表面稳定过程包括表面张力、物理力、异电荷吸引力、范 德华力、化学力中的氢键及疏水性等；( 3 ) 微生物在各种作用力下，经过附着或 聚合，细菌逐渐成熟，这过程包括细胞簇的生长和胞外多聚物的产生等；( 4 ) 在 流体的作用力下，微生物经过聚合，形成三维结构，最终趋于稳定。通过四个 阶段形成的颗粒污泥在结构上虽然是三维立体结构，但是此时的生态系统不过 是一个初级的生态系统，顾无论在结构和功能上来说，都需要进一步的巩固和 搴盖o 】 u 口 o 有人提出了在无载体的情况下颗粒污泥的形成过程研究，反应系统启动的 开始阶段，沉降性能好的真菌经过竞争成为优势菌种，而那些沉降性能差的细 菌就同废水一起排出。真菌中的球菌占有很大一部分，球菌在聚集过程中起到 了固定基质的作用，各种不同的细菌就附着在球菌上慢慢生长。在反应器内高 强度的水力剪切以及气流湍流作用下，球菌表面上开始附着的细菌就会洗涮下 来，经过反复的洗涮，球菌就会越来越密实。随着球菌的慢慢长大，到一定的 尺寸时，就会形成小球内部出现溶解氧的缺乏，小球内部就会出现溶菌，慢慢 的小球就会出现分裂，分裂后的球菌在各种作用力的作用下，又会吸附细菌在 慢慢长大，直到粒子生长到足够大，可以留在反应器内维持微生物的生物量。 但如果接种的污泥中有少量的颗粒物时，它的形成机理就可以用二次核学来解 释其形成过程j 。秦华明从微生物的角度阐述了好氧污泥颗粒化过程，结果表 明：颗粒微生物胞外多聚物在污泥颗粒化过程中可以促进细胞问的聚合和粘连， 在颗粒污泥形成过程和维持稳定性方面起到了很重的作用，是一个很重要的因 素【1 2 】。 1 2 2 好氧颗粒污泥的性质 1 2 2 1 好氧颗粒污泥的形态及粒径 通过显微观察，好氧颗粒污泥的形态与絮状污泥有很大区别，好氧颗粒污 泥是有着明显外形的球状体。好氧颗粒污泥的颜色主要受培养基质组分和在形 成过程中菌落所形成的菌群的组成影响，目前报道的主要有黄红色、橙黄色等。 好氧颗粒污泥的外在形态还受胞外多聚物的影响，胞外多聚物中多糖与蛋白质 比例影响了颗粒的外在结构和颜色。研究表明，颗粒外部的多糖所占的比例要 高于蛋白质所占的比例，所培养的颗粒污泥多偏向于黄红色【l o 1 3 ，h 】。而m c s w a i n 却发现，好氧颗粒污泥e p s 中蛋白质所占的比例要高于多糖，所培养的颗粒污 泥多偏向于橙黄色【l5 1 。 4 桂林理工大学硕士学位论文 颗粒污泥的粒径是污泥颗粒化过程中一个重要指标。根据不同功能所培养 的颗粒的的粒径粒径不同，根据前人研究，粒径一般在o 3 0 8 0 i i u i l 范围内， 而球形度一般大于0 6 【1 蚴】，实验中，我们可以通过肉眼就可以分辨出好氧颗 粒污泥。 1 2 2 2 沉淀性能 好氧颗粒污泥的沉淀性能决定着反应器中固液分离的效率。由于好氧颗粒 污泥呈密实的颗粒状存在，有很好的固液分离的效率，它可以保持反应器内较 高的生物量，也可以提高系统的处理能力，还可以缩小对沉淀池占地面积，因 此，沉淀性能是废水处理系统设计中十分重要的参数。研究表明，李浩等在s b r 中，以好氧絮状污泥为接种污泥，纯氧曝气条件下培养出了平均粒径为0 5 m m 好氧颗粒污泥晶核，s v i 为7 7 m l 儋，沉降性能较好【2 4 】。刘丽等在培养初期，通 过增大进水中c a 2 + 浓度，利用序批式反应器，成功的培养出的好氧颗粒污泥， 颗粒中央为c a c 0 3 晶核，这就使得颗粒具有较好的抗挤压能力，其s v i 可达到 1 9 2m l 儋【2 5 1 。 1 2 2 3 比重与强度 好氧颗粒污泥的比重一般为1 0 0 4 1 0 6 5 l ，而活性污泥为1 0 0 2 1 0 0 6 l 。 好氧颗粒污泥的强度可用完整系数表征。该系数是颗粒污泥在摇床2 0 0 r m i n 条件下经过5 m i n 振荡后残留颗粒污泥重量占原污泥总重的比例。以葡萄 糖和醋酸钠为碳源为基质所培养的好氧颗粒，其完整系数在9 5 以上【2 6 ，2 7 1 。 1 2 2 4 比耗氧速率 比耗氧速率( s o u r ) 是指单位质量微生物在单位时间内消耗的氧气量，它是 评价微生物代谢活性的一个重要指标。如果氧的利用率较高，就会加快好氧颗 粒污泥的新陈代谢，废水中的有机物就会更好的被氧化为c 0 2 ；如果氧的利用 率较低，就会阻碍好氧颗粒污泥的新陈代谢，废水中的有机物就会合成生物质。 随着水力剪切力的增加。比耗氧速率也会随着增加，分析认为可能是高剪切力 促进了水体和好氧颗粒污泥之间氧的传递，从而提高了好氧颗粒污泥本身的呼 吸作用。由上分析，比耗氧速率的大小可反应出颗粒污泥中好氧微生物生长情 桂林理工大学硕士学位论文 况，也可间接衡量污泥的降解能力1 2 引。 一般情况下，活性污泥的4 8 m g h ，明显要低于以葡萄糖或醋酸钠为基 质培养的好氧颗粒，它的s o u r 为5 5 9 9 6 5 m g h 。研究表明，如果废水中 含有毒性化学物质如苯酚时，他就会有利于s o u r 值的监测，从而有利于我们 了解好氧颗粒污泥的污泥成长过程、污泥的物理变化和生理学变化以及有机物 的去除等。 j i a n g 用苯酚作为碳源培养出了好氧颗粒污泥，处理过程中，测其s o u r ， 可以达到1 1 0 m g h ，与活性污泥的4 8 m g h 相比，其活性是活性污泥的活 性的两倍，试验还发现，它在处理有毒废水时微生物仍能保持较高的活性，这 就说明好氧颗粒污泥在抵抗有毒物质方面比活性污泥更有优势【2 9 1 。 1 2 3 颗粒化的影响因素 1 2 3 1 接种污泥特征 好氧颗粒污泥的培养可以采用不同的接种污泥，可以是普通絮状活性污泥， 也可以是厌氧颗粒污泥，还可以是硝化污泥等。据报道，以厌氧颗粒污泥为接 种污泥，在培养颗粒污泥过程中，其驯化的方法简单，颗粒形成一般先解体， 在以解体过程中形成的晶黑为载体，在慢慢拿聚集，最后慢慢长大的过程，这 种方法有培养启动快，成功率高的特点【3 0 1 。 还有学者研究了不同接种污泥量对颗粒化的影响，结果表明，不同污泥接 种量严重的影响到了好氧颗粒污泥的颗粒化程度和颗粒污泥粒径大小，在污泥 接种量为2 5 时，设定沉降时间5 0 m i n 所形成的颗粒污泥数量多，沉降性能较 好，而且粒径比较大，而在污泥接种量为5 0 和7 5 所形成颗粒污泥数量少， 而且粒径细小，因此，污泥接种量的多少与颗粒的形成有直接的关系【3 1 1 。 1 2 3 2 进水底物成份及有机负荷 培养好氧颗粒污泥的基质有很多种，如常用到的：葡萄糖、乙醇、乙酸、 乙酸钠；还有些比较难降解的基质，如：蔗糖、淀粉、苯酚、糖蜜；还有些利 用实际废水作为基质，如豆制品废水、牛奶厂废水、乳品废水废水、造纸废水 及啤酒废水等【3 2 脚j 。王迪以葡萄糖和乙酸钠为基质培养出了好氧颗粒污泥，其 沉降性能较好，结构密实；以乙醇为基质培养出了好氧颗粒污泥，其沉降性能 较差，结构松散。研究对总磷的去除率方面，以乙酸钠为基质培养出了好氧颗 6 桂林理工大学硕士学位论文 粒污泥效果最好，葡萄糖次之，乙醇最差【3 引。有些学者利用硝化细菌，以无机 碳源作为基质培养出了好氧颗粒污泥，所培养的硝化颗粒污泥表现出较强的硝 化能力【3 9 1 。 进水有机物的组成和种类在培养好氧颗粒污泥过程中起到很重要的作用， 因而进水中的营养物质过高或者过低都会影响到污泥的颗粒化，如进水中的氮 含量过高或过低都会阻碍颗粒污泥颗粒化，所以较高的c o d t n 、c o d t p 及 适当的t n t p 对污泥颗粒化有利【4 0 1 。卢然超以模拟配制的生活污水为进水有机 物的组成，在s b r 中培养出好氧颗粒污泥，研究不同c o d t n 、c o d t p 、t n t p 条件对形成好氧颗粒污泥的影响。结果表明，在进水c o d t n 为2 4 6 6 、c o d t p 为5 8 2 5 和t n t p 为2 3 6 时所形成的颗粒污泥最好1 4 。 l i u 研究不同c o d n 对形成颗粒污泥的影响。结果表明，c o d n 在3 2 0 范围内都可以形成好氧颗粒污泥。同时还发现，c o d n 越小，所形成的颗粒污 泥粒径就越小1 4 2 。 在高有机负荷率下，根据浓度的扩散原理，他有利于克服基质的传质阻力， 而在较高水力剪切力的条件下，根据前面的论述，它可形成结构密实。沉降性 能良好的颗粒污泥。好氧颗粒污泥的c o d 负荷在2 5 1 5k g c o d m 3 d 都可以 形成好氧颗粒污泥，所以好氧颗粒化对于负荷的变化不是很敏感【4 引。我们发现， 好氧颗粒污泥的物理性质受有机负荷的影响较大。负荷过高，易导致丝状菌大 量生长，污泥沉降性能下降，出水浑浊，最终导致反应器出现不稳定。 1 2 3 3 进水方式及反应器的循环周期 研究表明，好氧颗粒污泥的培养几乎都在s b r 中培养，故间歇进水有利于 好氧颗粒的形成，间歇进水就是进水后，反应开始时有机物很丰富，在反应后 期，有机物消耗完后，微生物就处在饥饿状态，微生物进入内源呼吸，这种形 式有利于好氧颗粒的形成m j 。s b r 一个周期包括进水、反应、沉降、排水和闲 置等，在反应器内，微生物所需的营养条件和环境条件就会呈周期性变化。m c s w a i n 发现，在形成密实好氧颗粒污泥方面，瞬间进水比长时间进水要好【4 5 1 。 研究表明，反应器的循环周期直接影响到反应器内污泥生物量的多少，较 短的循环周期有利于污泥颗粒化。如若循环周期过短，微生物流失过多，则不 利于好氧颗粒污泥的形成；如若循环周期过长，絮状污泥没有及时的被洗出， 则会影响到污泥的颗粒化。因此，控制循环周期应在一定范围，既可沈出部分 沉淀性差的絮状污泥，又可增加沉降性能好的颗粒污泥。l i u 等对s b r 反应器 中研究不同循环时间对硝化污泥颗粒化影响，结果表明，在水力循环时间2 4h 7 桂林理工大学硕士学位论文 下无污泥颗粒化现象，