好氧颗粒污泥

好氧颗粒污泥研究现状 水污染控制生物强化新技术 2008年12月 四川大学建筑与环境学院杨平 提纲 一 引言二 实验室收获得的颗粒污泥照片三 好氧颗粒污泥特征四 获得颗粒污泥的反应器五 影响好氧污泥颗粒化的因素六 颗粒污泥微生物结构与种群七 好氧污泥颗粒化机理八 好氧颗粒污泥的可能应用方面九 需要研究的主要方面 一 引言 好氧处理长期以来是以两种方式进行 一种是微生物的悬浮生长 如活性污泥及其改进工艺 另一种是生物膜法 即微生物固定于载体上形成生物膜 好氧颗粒污泥是微生物 自絮凝 self immobilizationofmicrooganisms 的新方式 好氧颗粒污泥的形成对废水生物处理具有重大的理论和实际意义 一 引言 活性污泥法 曝气池中的污泥浓度低 容易产生大量的剩余污泥 同时反应器容积负荷较低 体积庞大 抗冲击负荷能力弱 极易引起丝状菌大量生长 导致污泥膨胀 处理效率下降 甚至引起处理工艺瘫痪 活好氧颗粒污泥 沉降性好 生物量大 降低了对污泥沉淀系统的要求 减少了剩余污泥的排放 好氧颗粒污泥不仅能承受高的有机负荷 而且集不同性质微生物 好氧 兼氧和厌氧微生物 于一体 因此它具有脱氮功能 一 引言 历史 好氧颗粒污泥的提出并研究始于20世纪90年代初期 MishimaK 1991 ShinHS 1992 最初采用的反应器是纯氧上流式好氧污泥床 国内清华大学周律博士发表了第一篇介绍好氧颗粒污泥的论文 1995 好氧颗粒污泥的形成和技术条件 国外较多的研究始于1997年后 Morgenroth 荷兰 等人采用污水处理厂的活性污泥接种 在SBR反应器中真培养出好氧颗粒污泥 随后国外新加坡 刘雨 荷兰 德国 法国 日本等进行了研究 国内 清华大学 中国科技大学 湖南大学 江南大学 西安建筑科技大学 浙江大学 四川大学等等进行了研究 清华大学竺建荣博士 1999 3 环境科学 或者是西安建筑科技大学PengDangcong 1999 3 WatRes 发表了第一篇国内的研究论文 二 颗粒污泥照片 Morgenroth 1997 用SBR115天运行获得的一颗污泥照片 好氧颗粒污泥因难于形成 现处于实验室阶段 不同的研究者在不同的条件下获得了品质不同的好氧颗粒污泥 bar 2 1mm J J HEIJNEN 荷兰 1999 二 颗粒污泥照片 bar 1mm J J HEIJNEN 荷兰 2002 二 颗粒污泥照片 63天 bar 1mm J J HEIJNEN 荷兰 2005 二 颗粒污泥照片 J J HEIJNEN 荷兰 2005 二 颗粒污泥照片 Thelayeredstructureofthegranule FISH 荧光免疫原位杂交 PENGDANGCONG 西安建筑科技大学 1999 granularsludge 二 颗粒污泥照片 granularsludge PENGDANGCONG 西安建筑科技大学 1999 二 颗粒污泥照片 granularsludge PENGDANGCONG 法国 西安建筑科技大学 1999 二 颗粒污泥照片 granularsludge YuLiu 新加坡 2002 二 颗粒污泥照片 granularsludge YuLiu 新加坡 2004 二 颗粒污泥照片 bar 1mm granularsludge Schwarzenbeck 德国 2004 二 颗粒污泥照片 MaltingWastewater SBR 二 颗粒污泥照片 曾光明 湖南大学 2003 二 颗粒污泥照片 曾光明 湖南大学 2005 张晓健 清华大学 2001 二 颗粒污泥照片 SND好氧颗粒污泥 颗粒污泥外部 颗粒污泥内部 陈坚 江南大学 2003 二 颗粒污泥照片 SatoshiTsuneda 日本 2003 二 颗粒污泥照片 SatoshiTsuneda 日本 2003 二 颗粒污泥照片 SatoshiTsuneda 日本 2003 Yellowpart ammoniaoxidizingbacteria Redpart otherbacteriadetectedbyEUB338probe 二 颗粒污泥照片 FISH 二 颗粒污泥照片 Phenolgranulecultivatedinsequentialbatchreactorwithsyntheticwastewatercontaining250mgL 1phenol stainedforallEPScomponents proteins green FITC B lipids yellow Nilered C totalcells red SYTO63 D deadcells violet Sytoxblue E polysaccharide lightblue ConArhodamine F polysaccharide Blue calcofluorwhite andindividualimagesweremergedtogether FISH 二 颗粒污泥照片 TEMimagesshowingtheinteractionsofthestrains 二 颗粒污泥照片 陈坚 江南大学 2004 bar 2 m Microscopyimagesofmaturegranulesafter120daysoperation 陈坚 江南大学 2004 二 颗粒污泥照片 SEMofthegranulessurfacebar 11 m 陈坚 江南大学 2004 二 颗粒污泥照片 SEMofthegranuleinterior bar 4 m 陈坚 江南大学 2004 二 颗粒污泥照片 Maturegranuleobservedby a opticalmicroscopyandby b SEM ThesurfaceofthegranularmicrostructureisobservedbySEM c and d 二 颗粒污泥照片 AmJang 2003 USA 二 颗粒污泥照片 AmJang 2003 UAS ThedistributionofAOBinanartificiallyculturedgranuleafterinsitudoublehybridizationwithFITC labeledprobeEUB338 green andCy3 labeledprobeNsm156 red Thescalebarshownonthefigureis200mm magnificationis400 Thefigures a and b magnifiedtoproducethefigures c and d areindicatedwithawhitebox USA 二 颗粒污泥照片 FISH Schematicrepresentationoftheinertnucleimodel USA 二 颗粒污泥照片 FISH FISH 二 颗粒污泥照片 AmJanga 二 颗粒污泥照片 二 颗粒污泥照片 YarlagaddaV Nancharaiah India 2008 Xiao yanLia 2008 TheUniversityofHongKong 二 颗粒污泥照片 SunilS Adava Taiwan 2008 二 颗粒污泥照片 稳定性研究 SunilS Adava Taiwan 2008 二 颗粒污泥照片 稳定性研究 LydiaBalest Italy 2008 二 颗粒污泥照片 实验装置 清华大学王建龙等 2004 厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化 二 颗粒污泥照片 清华大学王建龙等 2004 厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化 二 颗粒污泥照片 清华大学王建龙等 2005 厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化 Anaerobicgranuleusedasseeder 二 颗粒污泥照片 清华大学王建龙等 2005 厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化 after1week 二 颗粒污泥照片 清华大学王建龙等 2005 厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化 after2week 二 颗粒污泥照片 清华大学王建龙等 2005 厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化 after3weeks 二 颗粒污泥照片 清华大学王建龙等 2005 厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化 after5weeks 二 颗粒污泥照片 清华大学王建龙等 2005 厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化 after5weeks 二 颗粒污泥照片 清华大学王建龙等 2005 厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化 二 颗粒污泥照片 清华大学王建龙等 2005 厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化 二 颗粒污泥照片 清华大学王建龙等 2005 厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化 二 颗粒污泥照片 竺建荣 北京师范大学环境学院 2008 二 颗粒污泥照片 二 颗粒污泥照片 俞汉青 中国科学技术大学化学与材料科学学院 2008 钙盐在颗粒污泥中的分布 二 颗粒污泥照片 Shu GuangWang 山东大学 2007 Brewerywastewater 俞汉青 中国科学技术大学化学与材料科学学院 2007 二 颗粒污泥照片 俞汉青 中国科学技术大学化学与材料科学学院 2008 二 颗粒污泥照片 俞汉青 中国科学技术大学化学与材料科学学院 2008 Thepilot scale 1m3 SBRreactorforcultivatingaerobicgranuleswithlow strengthmunicipalwastewaterinZhuzhuanjingWWTP Thephotographshowstheuppercompartment Plexglas aswellasthelowercompartment steel TheleftschematicpictureshowstheSBRreactorconfigurationandflowchart COD 200mg L workingvolumeof1m3withaninternaldiameterof0 5mandaheightof6m 二 颗粒污泥照片 俞汉青 中国科学技术大学化学与材料科学学院 2008 二 颗粒污泥照片 俞汉青 中国科学技术大学化学与材料科学学院 2008 二 颗粒污泥照片 俞汉青 中国科学技术大学化学与材料科学学院 2008 二 颗粒污泥照片 王晓昌 西安建筑科技大学2008 不同含盐条件下好氧颗粒污泥形态观察 清华大学文湘华等 2004 好氧颗粒污泥核心 二 颗粒污泥照片 好氧颗粒污泥 CAIChun guang 2004 上海交大 二 颗粒污泥照片 好氧颗粒污泥 YaoChen 2008 四川大学 二 颗粒污泥照片 好氧颗粒污泥 YaoChen 2008 四川大学 二 颗粒污泥照片 好氧颗粒污泥DGGE 变性梯度凝胶电泳 一种DNA检测技术 YaoChen 2008 四川大学 二 颗粒污泥照片 好氧颗粒污泥去除COD N Shu FangYang Joo HwaTay 2007 新加坡NanyangTechnologicalUniversity 二 颗粒污泥照片 Yong QiangLiu Joo HwaTay 2007 新加坡NanyangTechnologicalUniversity 二 颗粒污泥照片 Yong QiangLiu Joo HwaTay 2007 新加坡NanyangTechnologicalUniversity 二 颗粒污泥照片 好氧颗粒污泥颗径分布 二 颗粒污泥照片 三 好氧颗粒污泥特征 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 与普通的絮状污泥相比 好氧颗粒污泥的理化特征如下 三 好氧颗粒污泥特征 好氧颗粒污泥的沉降性能 四 获得好氧颗粒污泥的反应器 日前 可获得好氧颗粒污泥的反应器有四种 或三种 SBR SBAR AUFB BASRSBR SequencingBatchReactor 塔式 SBAR SequencingBatchAirliftReactorAUFB aerobicupfluidizedbed 日本 BASR BiofilmAirliftSuspensionReactor 四 获得好氧颗粒污泥的反应器 三种反应器中颗粒污泥的特性 五 影响好氧颗粒化因素 SubstratecompositionOrganicloadingrate2 5to15kgCOD m3 dHydrodynamicshearforceSettlingtimeHydraulicretentiontimeAerobicstarvationPresenceofcalciumioninfeedIntermittentfeedingstrategyDissolvedoxygen pHandtemperatureSeedsludgeReactorconfigurationInhibitiontoaerobicgranulation 五 影响好氧颗粒化因素 六 颗粒污泥微生物结构与种群 MicrobialstructureConfocallaser scanningmicroscopy CLSM Microbialdiversity molecularbiotechnologyMicrobialdiversityofaerobicgranuleshasbeenstudiedbymolecularbiotechnologyTechniques Heterotrophic nitrifying denitrifying P accumulatingbacteria andglycogen accumulatingbacteriahavebeenidentifiedinaerobicgranulesdevelopedunderdifferentconditions Themicrobialdiversityofaerobicgranulesiscloselyrelatedtothecompositionofculturemedia inwhichtheyaredevelopedandstructureofaerobicgranules 六 颗粒污泥结构与微生物种群 颗粒主要由细菌组成 含有部分丝状菌 颗粒本身的生物相极其丰富 主要是形态各异的细菌 有球菌 长短不一的杆菌等 在较大的好氧颗粒污泥颗粒表面和周围还存在大量的原生 后生动物 附着生长大量钟虫 如等枝虫等 如 Peng等观察到颗粒污泥主要由杆状细菌组成 其端部朝向颗粒中心 并无丝状菌的存在 Morgenroth等发现好氧颗粒污泥由结合着细菌的酵母构成 构成丝状结构的酵母主要为Geotrichumsp 七 好氧颗粒化机理 Forbacteriatoformaerobicgranulesanumberofconditionsneedtobemetandthephysical chemical andbiologicalforcescontributingtogranulationneedtobeviewedincombination 七 好氧颗粒化机理 刘雨模型 Step1 Physicalmovementtoinitiatebacterium tobacteriumcontact