好氧颗粒污泥的研究概况

好氧颗粒污泥的研究概况

左志芳左艳梅

扬州工业职业技术学院 江苏 扬州 225127

摘要：好氧颗粒污泥的形成受到多方面影响因素的作用，通过生物自固定，有效提高污泥性能，在生物同步硝化反硝化方面有着良好的发展应用前景。

关键词：好氧颗粒污泥；污泥性能；影响因素；同步硝化反硝化

中图分类号：O69 文献标识码：A 文章编号：（2009）-02-024-04

The Study on Aerobic Granular Sludge

Zuo Zhifang, Zuo Yanmei

Yangzhou Polytechnic Institute, Yangzhou 225127, Jiangsu

Abstract: Since the aerobic granular sludge was fixed by itself, the performance of sludge was improved effectively, and its formation was affected by many factors. It has a good development prospect in the bio-simultaneous nitrification and de-nitrification.

Key words: aerobic granular sludge; the performance of sludge; the facts; simultaneous nitrification and de-nitrification

由于传统的活性污泥工艺存在着许多不足之处，如其性能在很大程度上依赖于反应池中污泥的质量，容易产生大量的剩余污泥，对冲击负荷敏感，反应器及其澄清池体积庞大，容积负荷低等。而厌氧系统的容积负荷则较高，特别是在上流式厌氧污泥床（UASB）反应器中，可高达40kg/(m3·d)，其主要原因是UASB反应器中的污泥是以颗粒污泥的形式存在的，因此反应器中可有大量的活性污泥积累下来，并且无需澄清池。自从在UASB反应器中成功培育出颗粒污泥，对于颗粒污泥的研究逐渐引起人们的重视。但目前的研究中厌氧颗粒污泥的报道较多，并被大量应用；而好氧颗粒污泥的研究比较少，还存在着许多尚不清楚的领域。

一、好氧颗粒污泥的一般性质

好氧颗粒污泥是近期发展起来的一种生物膜工艺，也是一种生物自固定过程，是建立在厌氧颗粒污泥的研究基础之上发展起来的。其沉淀性能良好，具有高的容积负荷和很强的抗冲击负荷能力，微生物相当丰富，因此具有很高的生物活性。早期对好氧颗粒污泥的研究主要在连续流反应器中进行，但运行条件苛刻，需用纯氧曝气。1997年起，Morgenroth等利用间歇式序批式活性污泥法（SBR）反应器对好氧污泥的自凝聚及其性能进行研究。实验表明SBR反应器中较短的水力停留时间和较大的水流剪切作用有助于形成好氧颗粒污泥[1]。

1.形态

好氧颗粒污泥与一般的絮状污泥的形态完全不同。其外观一般为橙黄色，圆形或椭圆形。成熟的颗粒污泥表面光滑。颗粒的直径大约在0.5~1.5mm 之间。经过适度冲洗淘洗后的好氧颗粒污泥直径多在1mm左右。未经淘洗的颗粒污泥的全粒度分析表明，粒径在0.5mm以上的颗粒占全部污泥微粒的20%，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。颗粒污泥的形状系数稳定在0.45，纵横比为0.79[1][2]。

2.沉降性能

收稿日期：2009-8-26

作者简介：左志芳（1982-），女，江苏扬州人，扬州工业职业技术学院，讲师，硕士，研究方向：水污染控制。

单个颗粒污泥沉降速率18~35m/h，颗粒污泥沉降比（SV）为14%~30%，污泥体积指数（SVI）为12.6~64.5mL/g(一般在36左右)，而普通活性污泥的SVI在100~150mL/g左右。颗粒污泥反应器停止曝气时，迅速形成明显的泥水分界面，上层为澄清液，下层为下沉的污泥，其沉淀类型属于拥挤沉淀；其沉淀性能极好[2]。

3.污泥颗粒的比重和含水率[3]

污泥比重是等体积的污泥与蒸馏水质量的比值。颗粒污泥的比重一般为1.0068~1.0072g/cm3，而普通活性污泥的比重约1.002~1.006g/cm3。好氧颗粒污泥的含水率一般在97%~98%，而普通活性污泥的含水率在99%以上。因此所需的好氧颗粒污泥量也要比普通的活性污泥量少一半左右。

4.结构

一般情况下颗粒污泥分为两层，颗粒中心大约为1.7mm，外层厚大约为0.4mm。外层结构相当密实，颗粒中心相对于外层是较为毛茸茸的胶体状结构且比较透明[1]。好氧颗粒污泥的生物相非常丰富，由于溶解氧和废水中的基质在各层中的浓度不同，各层的微生物的种类及其功能也就不同。在外层好氧区，溶解氧浓度高，好氧异养菌，硝化自养菌和硝化异养菌等在这一层繁殖生存。而生活在缺氧区的微生物一般为各种兼性微生物[4]。在较大的颗粒污泥的表面和周围存在大量的原生、后生动物，附着生长着大量的钟虫。因此反应器的生物量和处理负荷得到了很大的提高，耐冲击负荷的能力也得到了增强[3]。

5.耗氧速率

竺建荣等人通过实验测得耗氧速率为1.27mg/ (g·min)，而普通的活性污泥耗氧速率为0.8 mg/ (g·min)左右。由此也可以看出，好氧颗粒污泥的活性大大高于普通活性污泥。

二、好氧颗粒污泥的形成机理[2] [4]

好氧颗粒污泥其实是生物膜的一种形式，但与生物膜不同的是在颗粒的形成过程中无须添加载体，完全是一种自凝现象。由于好氧颗粒污泥的形成过程比较复杂，目前对其形成机理尚在探索之中。以下有几种不同的观点。

1.在初始时，丝状菌缠绕搭成框架，微生物不断沉着在框架上繁殖生长，最终形成颗粒污泥。

2.胞外聚合物将细菌细胞桥联在一起，形成颗粒污泥。

3.假设颗粒污泥的结构完全是生物体的生长和脱落的结果，生物体的生长主要受基质的加载速率和生长量的影响，在高扰动系统中的分离主要受剪切力的影响，实验表明在高扰动系统中基质浓度和剪切力之间达到良好平衡时，可以产生一种光滑、高强的生物膜。

4.颗粒污泥可能是来源于反应器壁上的生物膜。高的液体循环速率使得生物膜上的小碎片脱落下来，这些小碎片可能就是颗粒污泥形成的最初始物质。

三、好氧颗粒污泥形成过程中的影响因素[1] [2] [4]

好氧颗粒污泥的形成过程比较复杂，在形成过程中受到多种因素的影响。

1.化学需氧量（COD）负荷

COD的变化会影响到活性污泥的积累量。在高负荷，其他条件最优的情况下，活性污泥量积累，导致反应器中的污泥浓度增加。COD负荷在一定范围下对颗粒化过程并无直接影响，但会影响到颗粒的最终的形状。较高的COD负荷会引起丝状菌的生长，从而阻碍污泥的沉淀并导致反应器操作状态不稳定。

2.污泥龄

泥龄短的颗粒小，这是因为在有机负荷相同的状况下，泥龄短的没有足够时间长大，但颗粒小，传质条件好，比表面积大，有助于提高反应器的处理能力。

3.进水的水质

据报道，可以在进水有机质很广的范围内形成颗粒污泥，并不局限于某种特定的微生物。但进水中含氮量过高或过低，都会使污泥的颗粒程度降低，已有的颗粒污泥解体，向絮状转化，并带有丝状絮