生物膜反应器中好氧颗粒污泥的稳定性

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污水处理好氧颗粒污泥生产运行中的结构与稳定性

污水处理好氧颗粒污泥生产运行中的结构与稳定性

污水处理好氧颗粒污泥生产运行中的结构与稳定性污水处理好氧颗粒污泥生产运行中的结构与稳定性一、引言随着城市化进程的不断加快,污水处理问题日益引起关注。

而好氧颗粒污泥工艺作为一种高效、经济的生物处理技术,已经在污水处理厂广泛应用。

在好氧颗粒污泥的生产运行过程中,其结构和稳定性是保证污水处理效果和运行稳定的关键因素。

本文主要探讨好氧颗粒污泥的结构特征和稳定性的相互关系及其影响因素。

二、好氧颗粒污泥的结构特征好氧颗粒污泥是由微生物颗粒、有机物和无机物组成的复合体系。

其结构特征主要包括:1. 多细胞骨架:好氧颗粒污泥中含有丰富的多细胞微生物,这些微生物通过多细胞骨架相互连接,形成了一个稳定的颗粒结构。

2. 内部空隙:好氧颗粒污泥内部存在着一定的空隙,这些空隙可以提供氧气和营养物质的传递通道,维持颗粒内部微生物的正常生长和代谢。

3. 外部胶结物:好氧颗粒污泥的外部被一层胶结物所包覆,这层胶结物起到保护颗粒内部微生物的作用,同时也起到颗粒间相互连接的作用。

三、好氧颗粒污泥的稳定性好氧颗粒污泥的生产运行过程中,其稳定性是保证处理效果的重要因素。

好氧颗粒污泥的稳定性主要体现在以下几个方面:1. 颗粒颗粒之间的结合力:好氧颗粒污泥中的胶结物质起到了颗粒间相互连接的作用,增强了颗粒的稳定性。

结构上的稳定性能够抵抗流体的剪切力和补充水力影响。

2. 微生物丰度和多样性:好氧颗粒污泥中的微生物骨架是颗粒稳定性的重要保障。

丰富的微生物骨架可以增加颗粒内总微生物量,增强颗粒的生物降解能力。

3. 颗粒内外的氧气和营养物质传递:好氧颗粒内部有一定的空隙,可以提供氧气和营养物质的传递通道,维持颗粒内部微生物的正常生长和代谢,保证颗粒的稳定性。

4. 抗冲击负荷的能力:好氧颗粒污泥需要具备一定的抗冲击负荷的能力,即在污水处理过程中出现剧烈变化的情况下,能够快速恢复正常的处理效果。

四、好氧颗粒污泥结构与稳定性的影响因素好氧颗粒污泥的结构和稳定性受到多种因素的影响,包括:1. 水力条件:好氧颗粒污泥的结构和稳定性在一定程度上受到水力条件的影响。

好氧颗粒污泥长期稳定运行研究进展

好氧颗粒污泥长期稳定运行研究进展

好氧颗粒污泥长期稳定运行研究进展
郭之晗;徐云翔;李天皓;黄子川;刘文如;沈耀良
【期刊名称】《化工进展》
【年(卷),期】2022(41)5
【摘要】好氧颗粒污泥因具有结构密实、沉降性好、耐冲击负荷的优点,在废水处理领域有着广阔的应用前景,然而颗粒成型时间长、长期运行易失稳为其推广应用的限制性因素。

本文回顾了近年来国内外关于好氧颗粒污泥稳定性方面的研究进展;梳理分析了影响好氧颗粒污泥运行稳定性的因素,包括宏观角度的反应器构型、水流剪切力、有机负荷、饱食-饥饿期、进水底物、C/N比(碳氮比)、F/M比(营养微生物比),及微观角度的颗粒粒径、胞外聚合物组成、微生物生长速率、菌落结构等;列举并讨论了调整曝气、改变进料方式、添加载体颗粒、选择生长缓慢微生物等强化好氧颗粒污泥稳定性的方法途径;最后指出了好氧颗粒污泥的形成机理仍会是今后的研究重点,同时应利用基因组学工具探究微生物群感效应对颗粒稳定性的作用相关性,结合微生物生态学确定好氧颗粒污泥的最佳运行条件,以期推动该技术的应用与发展。

【总页数】12页(P2686-2697)
【作者】郭之晗;徐云翔;李天皓;黄子川;刘文如;沈耀良
【作者单位】苏州科技大学环境科学与工程学院;江苏省环境科学与工程重点实验室;江苏高校水处理技术与材料协同创新中心
【正文语种】中文
【中图分类】X703.1
【相关文献】
1.SBR反应器内碳基好氧颗粒污泥的培养及其稳定运行特性
2.好氧颗粒污泥形成与运行稳定性的影响因素试验分析
3.污泥负荷对好氧颗粒污泥运行稳定性的影响
4.反应器类型对好氧颗粒污泥形成与运行稳定性的影响试验分析
5.好氧颗粒污泥的稳定运行条件及应用研究进展
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膜生物反应器中好氧颗粒污泥特性的变化_高方述

膜生物反应器中好氧颗粒污泥特性的变化_高方述
实验装置如图 1, MBR 曝气池的有效容积为 22L, 内置中空纤维膜组件 4 个, 膜组件为杭州浙大凯华膜 技术有限公司生产的中空纤维微滤膜, 膜材质为聚丙 烯, 孔径为 0.1μm, 每个膜组件有效膜面积为 0.5m2, 生 物反应器的池体为有机玻璃制成, 整个反应器为全自 动控制, 操作方式为通过改变出水抽吸压力, 使膜通量 维持在恒定值, 间歇出水( 出水 10min, 停 5min) 。
关键词: 好氧颗粒污泥; 培养; MGSBR; 污泥特性 中图分类号: X132 文献标识码: A 文章编号: 1003- 6504(2006)09- 0013- 03
颗粒污泥与絮状污泥相比, 最大的优点是具有形 状 规 则 、密 度 大 、菌 体 结 合 紧 密 、良 好 的 沉 降 性 能 、能 忍 受 高 的 有 机 负 荷 、颗 粒 的 直 径 较 大 、在 废 水 生 物 处 理中能迅速实现固液分离等, 由此引发了研究者对好 氧条件下获得颗粒污泥的兴趣[1- 2]。但到目前为止, 相 关的研究 偏 重 于 在SBR中 好 氧 颗 粒 污 泥 的 培 养 条 件 和理化性质等方面[3- 4]。有关MBR中好氧颗粒污泥运 行特性的研究则鲜见报导。本研究以厌氧颗粒污泥作 为接种污泥, 在好氧条件下转化成好氧颗粒污泥, 其在 MGSBR中的特性的维持, 直接关系到MGSBR处理污 水的效果、运行的可行性和稳定性, 最终影响到好氧 颗粒污泥在膜生物反应器的实际应用。因此本文从好 氧 颗 粒 污 泥 的 平 均 粒 径 、微 观 结 构 、好 氧 颗 粒 污 泥 活 性等多项指标, 研究好氧颗粒污泥在膜生物反应器中 特性的变化, 以确证MGSBR运行的效果及稳定性。 1 材料与方法 1.1 试验装置与运行方式
( 2) MGSBR 中好氧颗粒污泥微观结构发生了显著 的变化, 表面微生物仍以杆菌和丝状菌为主, 但丝状 菌的数量明显多于接种污泥, 并在颗粒污泥外围大量 生长, 部分丝状菌菌丝表面光滑; 另一部分菌丝上粘 附大量的固体和粘液状物质, 内部以长杆菌为主, 也 存在一定数量地丝状菌和一些非微生物的物质, 原生 动物消失。

温度对好氧颗粒污泥脱氮性能及颗粒稳定性的影响_暴瑞玲

温度对好氧颗粒污泥脱氮性能及颗粒稳定性的影响_暴瑞玲

中国环境科学 2009,29(7):697~701 China Environmental Science 温度对好氧颗粒污泥脱氮性能及颗粒稳定性的影响暴瑞玲,于水利*,王玉兰,左行涛,王娟(哈尔滨工业大学城市水资源与环境国家重点实验室,黑龙江哈尔滨150090)摘要:以乙酸钠与葡萄糖混合基质为碳源,采用间歇式气升内循环反应器(SBAR),以颗粒解体后含有大量丝状菌的污泥为接种污泥,考察了颗粒污泥反应器的启动及温度对好氧颗粒污泥脱氮性能与颗粒稳定性的影响.结果表明,在温度为20℃时,成功实现了颗粒污泥反应器的启动,形成的颗粒结构致密,表面光滑;污泥容积指数(SVI)为70mL/g,平均粒径为3.2mm,平均湿密度为1.029g/mL.当温度直接升高到26℃时,出水NH4+-N由10.6mg/L降为0.2mg/L,同时出现了出水亚硝酸盐的积累,积累率达到93.9%.但是,在温度升高后的47d中,由于胞外多聚物(EPS)中蛋白质与多糖比值的降低,导致颗粒表面的电负性的增加,最终使得颗粒逐渐解体.关键词:好氧颗粒污泥;温度;亚硝化;稳定性中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:1000-6923(2009)07-0697-05Effect of temperature on performance of ammonia nitrogen removal with aerobic granular sludge and granule stability. BAO Rui-ling, YU Shui-li*, WANG Yu-lan, ZUO Xing-tao, WANG Juan (State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China). China Environmental Science, 2009,29(7):697~701Abstract:The experiment was carried out in a sequencing batch airlift reactor (SBAR) using mixture of sodium acetate and glucose as carbon source. Start-up of the aerobic granular reactor and effect of temperature on the removal characteristics of ammonia nitrogen and granule stability were investigated. Aerobic granule with compacted structure and smooth surface could be obtained at 20℃ using the disintegrated granules as inoculated sludge. The average diameter, density and SVI of the obtained granules were 3.2mm, 1.029g/mL and 70mL/g, respectively. When temperature directly increased from 20℃ to 26,℃the ammonia concentration in effluent was reduced from 10.6 to 0.2mg/L. At the same time, nitrite accumulation in effluent was observed with a nitrite accumulation ratio (NO2--N/NO x--N) of 93.9%. However, granules disintegrated gradually due to the decreased ratio of protein to polysaccharide in extracellular polymeric substance (EPS) during the following 47d tests.Key words:aerobic granular sludge;temperature;nitrosation;stability好氧颗粒污泥工艺因其在反应器中有较高的生物量、运行费用低及其对污染物的去除性能强等,近年受到广泛关注[1-2].在该工艺中,胞外多聚物(EPS)的含量与组成,影响着污泥表面疏水性与电负性,在颗粒形成过程与稳定运行中起着重要作用[3].而温度对细菌的代谢及EPS的组成与含量产生明显的影响[4].常温下培养的好氧颗粒污泥可在低温下正常运行而不影响颗粒污泥的稳定性[5],但温度的大幅升高对颗粒污泥反应器的性能与好氧颗粒污泥稳定性的影响尚待研究.同时,颗粒污泥解体后反应器的重新启动过程也鲜见报道. 为接种污泥,考察了颗粒化过程及温度的升高对颗粒污泥反应器脱氮性能与颗粒稳定性的影响.1材料与方法1.1材料接种污泥为颗粒污泥反应器中解体后含有大量丝状菌的沉淀性能较差的污泥.模拟废水组成成分及含量(mg/L)为:葡萄糖520.5,NaAc 830.0,收稿日期:2008-11-24基金项目:国家“863”项目(2008AA06Z304);国家自然科学基金资助项目(50821002);黑龙江省科技攻关重点项目(GB06C20403)* , 教授698 中 国 环 境 科 学 29卷NH 4Cl 240,K 2HPO 4 58.0,KH 2PO 4 24.0,CaCl 2 67.0, MgSO 4 42.0,EDTA 42.0,NaHCO 3 250.0.微量元素液1.0mL/L,其组成成分与含量(g/L)为: FeCl 3· 6H 2O 1.5,H 3BO 3 0.15,CuSO 4·5H 2O 0.03, Na 2MoO 4· 2H 2O 0.06,ZnSO 4·7H 2O 0.12,CoCl 2·6H 2O 0.15,KI 0.03,MnCl 2·4H 2O 0.12.配水pH 值为7.0±0.2. 1.2 试验装置及运行试验采用气升内循环反应器(SBAR)(图1),下降管内径为9cm,高为100cm;上升管内径5cm,高 70cm,上升管距底面空隙 1.5cm;其有效容积为 5.4L.排水口设在反应器的中部,排水比为50%.压缩空气由ACO 电磁式空气压缩机通过设置在反应器底部的砂芯曝气头供入,用转子流量计控制曝气量.原水由蠕动泵从反应器底部供入.运行周期由进水、曝气、沉淀、排水和闲置5个阶段组成,由微电脑时控开关控制反应器的运行.反应器运行周期为360min,其中闲置时间30min;进水时间30min;沉淀时间3~5min;排水时间5min;曝气时间292~320min,曝气量为170L/h.反应器每7d 清洗一次,以清除反应器壁上附着的污泥.反应器运行不同阶段的温度分别为:A 段(1~55d) 20℃,B 段(56~102d) 26℃,C 段(103~120d) 20℃.图1 SBAR 反应装置示意Fig.1 Schematic diagram of SBAR installation1 进水箱;2 蠕动泵;3 取样口;4 上升管;5 下降管;6 出水电磁阀;7 出水箱;8 曝气头;9 流量计;10 空压机; 11 微电脑时控开关1.3 分析项目与方法4+-N 、2-N 、NO --、PO 3-P采用国家标准分析方法测定[6].MLSS 采用标准重量法测定;颗粒污泥粒径分布采用标准筛筛分测定,收集相应粒径的污泥分别测定TSS,确定各粒径TSS 比例[7];用光学显微镜BX51(OLYMPUS)和数码相机观察颗粒污泥的形态,颗粒污泥微观结构采用扫描电镜S - 3400N(日立)观察分析.上清液中EPS 的提取参照Huang 等[8]所述的方法进行. 颗粒污泥中EPS 的提取:取一定量混合液,沉淀后弃去上清液,置入离心管中,在4℃, 2100×g 下离心10min,弃去上清液,污泥匀浆后参考Kim 等[9]所述的方法提取EPS.用蒽酮比色法测定糖含量[10],蛋白质含量采用Folin -酚(Lowry 方法)方法测定,以牛血清蛋白为标准物. 2 结果与讨论2.1 颗粒污泥反应器的运行颗粒污泥反应器运行过程中颗粒形态的变化如图2所示.图2a 为接种污泥,为实验室运行的好氧颗粒污泥反应器中颗粒解体后已转化为丝状菌的污泥,外观呈白色.反应器启动初期污泥容积指数(SVI)为270mL/g,混合液污泥浓度(MLSS)为1.5g/L.当反应器启动后运行至第23d 时,在反应器中出现了大量的结构紧密表面光滑的颗粒,颗粒为白色.在随后的24~55d 中,颗粒逐渐长大,并且反应器中的絮状污泥被洗出,实现了污泥的颗粒化(图2b).颗粒平均粒径3.2mm, MLSS 2.5g/L, SVI 70mL/g,湿密度1.029g/mL.扫描电镜分析表明,颗粒以杆菌为主,簇状生长,同时有少量的丝状菌缠绕在颗粒表面,形成结构致密的颗粒(图2c).之后,反应器温度升高到26℃,运行47d 后,颗粒逐渐解体(图2d),反应器中出现了大量的絮状污泥,并随排水被洗出反应器.污泥SVI 增大到370mL/g,MLSS 减小到0.8g/L(图3).由于颗粒的解体,污泥被大量洗出,试验结束.接种颗粒解体后的污泥,在试验条件下,快速实现了颗粒的启动.但是在试验过程中,温度升高对颗粒的稳定性有较大的影响,温度从20℃升高,7期 暴瑞玲等:温度对好氧颗粒污泥脱氮性能及颗粒稳定性的影响 699a bc (×85倍) d图2 颗粒污泥形成过程的形态Fig.2 Granules image during the granulation processesa,b,d 为数码相机照片,图中“-”代表1cm;c 为扫描电镜图像 a 为接种污泥;b 为颗粒化的污泥;c 为颗粒化污泥的扫描电镜照片;d 为逐渐解体的污泥颗粒 S V I (m L /g )时间(d)M L S S (g /L )时间(d)图3 反应器运行过程中SVI 和MLSS 的变化Fig.3 Variations of SVI and MLSS during the experiment 2.2 温度升高对氨氮去除过程的影响 出水NH 4+-N,NO 2--N 和NO 3--N 浓度的变化如图4所示.由图4可见,试验前55d 中,出水NH 4+-N 平均浓度为10.6mg/L,去除率为82.6%.之后反应器混合液温度由20℃升高到26℃,温度升高后的10d 内,出水NH 4+-N 浓度逐渐降低到0.2mg/L,与此同时,出现了出水NO 2--N 的积累,出水NO 2--N 浓度由0.1mg/L 增加到8.8mg/L.出水亚硝化率[NO 2--N/(NO 2--N+NO 3-- N)]为 93.9% (图 4b).Wang 等[11]也发现了污泥颗粒化过程中氨氧化菌的积累.不同形态N (m g /L )时间(d)020406080100亚硝化率(%)时间(d)图4 出水中氮浓度与亚硝化率的变化 Fig.4 Variation of N concentration and nitriteaccumulation ratio in effluent不同温度下,典型周期内NH 4+-N 转化过程如图5所示.在20℃时NH 4+-N 的转化速率较小,NH 4+-N 平均比降解速率为1.72mg/(g·h).出水NH 4+-N 浓度为11.3mg/L.当温度为26℃时, NH 4+-N 平均比降解速率为2.90mg/(g·h),明显高于20℃时的速率,出水NH 4+-N 浓度降低到0.2mg/L.同时,在本实验中不同的温度下,典型反应周期内,NO 3--N 的含量均小于0.5mg/L.而典型周期内NO 2--N 的含量在不同温度下,有着明显不同.20℃时,整个周期内2--N 始终保持在0.1mg/L 以下;当温度升高到700 中 国 环 境 科 学 29卷26℃时,在闲置期与静态进水期内, NO 2--N 含量不断下降,在曝气阶段,浓度不断升高,从1.8 mg/L升高到9.8mg/L.出现了出水NO 2--N 的积累,出水亚硝化率为93.9%. 时间(min)N (m g /L )0 60 120180240300360时间(min)N (m g /L )图5 不同温度下典型周期内氮浓度的变化曲线Fig. 5 N conversion during a typical cycle of the reactorat different temperatureNH 4+-N NO 2--N NO 3--N TNI 闲置阶段; II 进水阶段; III 曝气阶段 由于DO 在污泥颗粒内部的传输限制,DO 在颗粒内部的传输深度约为100µm,颗粒内部形成缺氧与厌氧环境.氨氧化菌(AOB)的氧饱和常数为 0.2mg/L,而硝化菌(NOB)的氧饱和常数为2.2mg/L [12],因此,在颗粒内部NOB 的活性受到抑制,AOB 的生长逐渐处于竞争优势,而有利于AOB 在颗粒内部的积累. 反应器混合液中游离氨(FA)浓度由下式计算[13]: +pH4pH[NH N]10FA(mg/L)=exp[6334/(273)]10T −×++ (1) 式中:[NH 4+-N]为混合液中氨氮浓度;T 为温度.混合液中FA 浓度大于0.7mg/L,而NOB 的抑制浓度为 0.1~4.0mg/L,在反应的整个周期内NOB 受到抑制,而此浓度的FA 对AOB 并没有抑制作用.所以,在颗粒的形成过程中, AOB 得到积累而NOB 长期受到抑制,形成了基于短程的硝化反应.在好氧段的后期,由于混合液中缺乏有机碳源而反硝化不足,出现了出水 NO 2--N的积累.在实验条件下, NH 4+-N 虽然在26 ℃时去除速率较大,但是最终出水TN 含量与20℃时相差不大.由于在曝气阶段的后期,较高的DO 使得颗粒内部的缺氧区域被压缩,同时混合液中缺少反硝化所需的有机碳源,而反硝化不足.在温度较低时未反应转化的NH 4+-N,在较高温度时被转化为NO 2--N. 2.3 温度升高对颗粒稳定性的影响温度的较大波动对颗粒内部不同种类的微生物的代谢过程与速率的影响不同.在反应的C 段,温度又调回20℃,但是颗粒的稳定性并不能得到迅速的好转,颗粒最终几乎全部解体而被洗出,较小的MLSS 使得NH 4+-N 的去除效果变差,出水NH 4+-N 浓度为10.2mg/L,反应器运行结束.不同温度下颗粒污泥EPS 的含量与组成成分变化如图6所示.温度升高后,颗粒污泥内部及上清液中EPS 含量均有所增加,而蛋白质与多糖的比值明显降低,颗粒污泥内部其值由 2.3下降到1.5,上清液中由1.8下降到1.1.同时,颗粒表面Zeta 电位由-18.3mV 升高到-22.5mV . EPS 的含量与组成成分在颗粒污泥的形成过程与稳定性密切相关.EPS 中蛋白质与多糖的比例与污泥表面疏水性正相关[14],同时蛋白质与多糖比例的增加将导致电负性的减小.Liu 等[15]研究发现细胞表面的疏水性对污泥的好氧颗粒化过程有重要的影响.在本实验中,温度升高后颗粒表面的电负性明显升高,同时颗粒污泥表面的疏水性减弱,不利于微生物之间的相互粘附,在反应器中出现了大量的絮状污泥,最终导致颗粒(图7期暴瑞玲等:温度对好氧颗粒污泥脱氮性能及颗粒稳定性的影响 701温度(℃)E P S (以M L S S 计,m g /g )温度(℃)E P S (以M L S S 计,m g /g )图6 不同温度下颗粒污泥及上清液中EPS 含量 Fig. 6 EPS content in the supernatant and granule atdifferent temperature蛋白质 多糖 EPS3 结论3.1 颗粒污泥内部有利于AOB 的积累,而形成亚硝化颗粒.温度升高后,出现了出水NO 2--N 的积累,其亚硝化率为93.9%.3.2 温度的升高导致颗粒内部及上清液的EPS 中蛋白质与多糖的比值明显降低,使污泥电负性明显升高与表面疏水性减弱,最终颗粒解体.参考文献:[1] Morgenroth E, Sherden T, van Loosdrecht M C M, et al. Aerobicgranular sludge in a sequencing batch reactor [J]. Water Research, 1997,31(12):3191-3194.[2] 郝晓地,陈新华,戴 吉,等.极具工程化潜力的好氧颗粒污泥技术 [J]. 中国给水排水, 2006,22(8):1-7.[3] Wang Z-W, Liu Y , Tay J H. Distribution of EPS and cell surfacehydrophobicity in aerobic granules [J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2005,69:469-473.[4] 周 健,柴宏祥,龙腾锐.活性污泥胞外聚合物EPS 的影响因素研究 [J]. 给水排水, 2005,31(8):19-23.[5] de Kreuk M K, Pronk M, van Loosdrecht M C M. Formation ofaerobic granules and conversion processes in an aerobic granular sludge reactor at moderate and low temperatures [J]. Water Research, 2005,39:4476-4484.[6] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法 [M]. 4版.北京:中国环境科学出版社, 2006. [7] Laguna A, Ouattara A, Gonazalea R O, et al. A simple and lowcost technique for determining the granulometry of upflowanaerobic sludge blanket reactor sludge [J]. Water Science andTechnology, 1999,40(8):1-8.[8] Huang X, Liu R, Qian Y . Behaviour of soluble mecorbial productsin a membrane bioreactor [J]. Process Biochemistry, 2000,36: 401-406.[9] Kim J S, Lee C H, Chun H D. Comparison of ultrafiltrationcharacteristics between activated sludge and BAC sludge [J]. Water Research, 1998,32(11):3443-3451.[10] Frolund B, Griebe T, Nielsen P H. 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Current Microbiology, 2003,46(4):270-274.作者简介:暴瑞玲(1976-)男,河北邯郸人,哈尔滨工业大学市政环境工程学院博士研究生,从事污水生物脱氮除磷工艺与技术研究.发表论文2篇.。

不同pH下好氧颗粒污泥的稳定性

不同pH下好氧颗粒污泥的稳定性

不同pH下好氧颗粒污泥的稳定性张立楠;宣鑫鹏;程媛媛;王健齐;黄思浓;龙焙【摘要】为考察好氧颗粒污泥(AGS)对不同pH环境下的耐受力,研究了不同pH 废水(pH分别为3、4、5、10、11、12)下AGS的稳定性变化规律.在酸性环境中,AGS的理化特性随pH下降而变差(胞外聚合物(EPS)含量由102.5 mg/g下降到76.43 mg/g MLSS,比耗氧速率(SOUR)由17.94 mg O2/(g MLSS·h))下降到16.19 mg O2/(g MLSS·h)),pH为3和4时均出现不同程度的污泥上浮,对污染物的去除效果也呈下降趋势,但COD和TP的去除率维持在80%以上.在碱性环境中,AGS出现了明显的上浮及解体.随着pH的增大,AGS的理化特性不断恶化(EPS 由93.27 mg/g MLSS上升到178.45 mg/g MLSS,SOUR由6.81 mg O2/(g MLSS·h))下降到4.30 mg O2/(g MLSS·h)).同时,AGS对污染物的去除能力急剧下降,对COD、TN、TP的去除率均下降到50%以下.研究结果表明AGS在酸性环境中有较强的耐冲击负荷能力,而碱性环境对AGS有较大的抑制作用.【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2019(010)001【总页数】5页(P87-91)【关键词】好氧颗粒污泥;pH;活性;胞外聚合物;稳定性【作者】张立楠;宣鑫鹏;程媛媛;王健齐;黄思浓;龙焙【作者单位】江西理工大学建筑与测绘工程学院,江西赣州341000;江西理工大学建筑与测绘工程学院,江西赣州341000;江西理工大学建筑与测绘工程学院,江西赣州341000;江西理工大学建筑与测绘工程学院,江西赣州341000;江西理工大学建筑与测绘工程学院,江西赣州341000;江西理工大学建筑与测绘工程学院,江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】X701好氧颗粒污泥[1-3](AGS)是微生物细胞在特殊的流体环境下自凝聚形成的颗粒状聚集物,其沉降速度远大于普通的活性污泥,并凭借丰富的生物种群具有耐高有机负荷、高耐毒性、单级同步脱氮除磷等优点已成为高效废水生物处理的热点研究方向[4,5].现阶段,AGS已在实验室内取得大量研究成果,并已有中试及实际工程报道[6-8].但AGS技术仍存在颗粒化机理不明、稳定性维持困难等相关问题[9].其中长期运行条件下AGS稳定性变差、容易出现失稳,甚至解体现象是限制AGS 工程化应用遇到的最大瓶颈[10].因此,如何实现AGS系统的高效稳定运行是该领域研究的重点之一.pH是活性污泥法正常运行的重要调控因子[11],由于pH直接影响污泥中的微生物的种类与繁殖代谢,进而对污染物的去除能力与污泥的沉降性能有很大影响[12].大量研究表明活性污泥法对有机物去除的最适pH值为 6.5~8.5[13-15].同样,研究表明 pH值对AGS中微生物生长亦有重要影响,且AGS中不同种类的微生物最适生长的pH值也不尽相同.pH值在AGS形成过程中可对微生物种群进行生物选择,偏酸性环境(pH<7)有利于丝状菌生长[16],形成的AGS结构松散、稳定性差且容易膨胀,但颗粒成型周期短;中性和碱性环境(pH≥7)下形成的AGS结构密实、稳定性好,并有利于硝化细菌生长[17],但颗粒成型时间长[18].偏酸与偏碱环境下AGS均具有良好的污染物降解能力.有研究得出pH值为6~9环境下,AGS对COD的去除率没有显著性差异[19].造纸废水[20]、制革废水[21]与矿山废水[22,23]等工业废水经常呈现强酸、强碱特性,生物法处理这些废水前一般需要进行预处理,即对废水进行酸碱中和,但存在控制复杂、运行成本高等问题,且活性污泥对酸碱废水的耐受能力差.所以研究不同pH条件下AGS的稳定性及对酸碱废水的有效处理具有重要实际性意义.基于以上事实,大量AGS的研究均将pH值控制在6~9范围内,但为使氨氮的去除效果达到较优,更多控制在中性偏碱性范围内,这一状况无疑会限制AGS的应用范围.除此之外,AGS对不同的酸碱性废水中的污染物去除效果及其稳定性维持研究报道很少.因此,为考察AGS对酸碱环境变化的敏感程度及其耐受力,研究不同pH值(3~5及10~12)下AGS的理化特性及对污染物去除效果变化,为AGS工业化应用提供技术支持.1 材料与方法1.1 反应装置反应在6个500 mL量筒(内径5 cm、有效高度26 cm、高径比为5.2)中分批进行.反应时间为2 h,期间采用电磁式空气泵供氧,曝气流量控制在84.8 L/h,即表面上升流速为1.2 cm/s.反应前加入成熟AGS及模拟污水至500 mL、利用碳酸氢钠和盐酸调控pH值.6 个量筒的 pH 值分别为 3、4、5、10、11、12.反应温度为室温,平均约为21℃.反应结束后取泥样测定胞外聚合物(EPS)及比耗氧速率(SOUR)、取上清液测定水质指标.1.2 接种污泥及模拟污水取实验室正常运行的反应柱中500 mL AGS泥水混合物,静置3~5 min,去除上清液,加入清水重复上述步骤2~3次后用于本实验.以乙酸钠、氯化铵、磷酸二氢钾等配置模拟污水,其对应的COD、氨氮、总磷(TP)浓度分别为600 mg/L、30 mg/L及6 mg/L.1.3 分析项目及测试方法COD、氨氮、亚硝态氮、TP、pH等均采用国家标准分析方法测定[24],硝态氮采用麝香草酚分光光度法,总无机氮(TIN)为氨氮、硝态氮及亚硝态氮三者之和;污泥沉降比(SV)、污泥容积指数(SVI)、混合液悬浮固体浓度(MLSS)、混合液挥发性悬浮液固体浓度(MLVSS)采用标准方法;利用数码相机记录污泥形态变化.污泥的EPS采用热提取法,具体操作可见课题组已发表成果[25].提取的EPS中的蛋白质(PN)测定采用考马斯亮蓝试剂法,多糖(PS)测定采用硫酸-苯酚法.SOUR的测定采用OCHOA等[26]推荐的方法,其中,SOURH表示异养菌的代谢活性,SOURNH4表示亚硝酸细菌的代谢活性,而SOURNO2则表示硝酸细菌的代谢活性,SOURNH4及SOURNO2之和为硝化细菌的代谢活性(SOURN).2 结果与讨论2.1 酸碱环境中AGS的理化特性2.1.1 AGS形态变化不同的酸碱环境下污泥形态变化如图1所示.观察发现,反应结束后除了pH值为5的污泥变化不明显,在pH值为3、4、10、11、12的反应器均出现污泥上浮现象,且上清液变浑浊,污泥的沉降性能下降,其中pH值为12的反应器污泥上浮十分明显,且在反应器出口产生大量生物泡沫.说明强酸碱环境下大部分微生物不适生存,且微生物死亡后失去自凝聚能力,导致污泥结构、形态遭到一定破坏,从而影响污泥的沉降性能,使污泥上浮;另外可能是由于浮游细菌和丝状菌的过度增长导致污泥膨胀上浮.在pH值为3、11和12时发现部分颗粒已经解体,证明在这3种pH环境对微生物有较大影响,微生物无法正常生长.图1 AGS处理不同pH废水(每组试验从左至右:0 min-60 min-120 min-125 min)Fig.1 AGS treatment of different pH wastewater(from left to right in each group:0 min-60 min-120 min-125 min)2.1.2 胞外聚合物(EPS)EPS是在特殊环境下微生物分泌的复杂高分子不溶性有机物,主要由多糖、蛋白质等组成,在AGS形成与维持结构稳定过程中具有关键作用[27].酸碱环境中 AGS 的 EPS变化如图 2(a)所示.从图 2(a)中可知,随着pH的升高,EPS整体呈上升趋势(76.43~178.45 mg/g MLSS).酸性环境(pH≤5)下,EPS 的上升随pH递增而先急后缓(76.43~102.50 mg/g MLSS),低pH (pH值为3)环境使大量蛋白质失活从而导致EPS的含量减少,当pH值由3升到5时,EPS含量增加,并观察到颗粒污泥越来越稳定,这与大量研究得出的EPS有利于细胞之间的自凝聚及AGS的稳定性维持[28-30]是一致的;在碱性环境(pH≥10)下EPS 递增速率(93.72~178.45 mg/g MLSS)明显大于酸性环境,AGS为了抵御外界环境pH逐渐升高的变化,颗粒分泌更多的EPS覆盖于细胞表面,减缓碱性环境对AGS内部细胞的抑制作用,但由于碱度增加影响了微生物的代谢作用,所以在碱性环境中EPS增加的主要原因是生物细胞容易遭到破坏,细胞内含物的流出增加了EPS中蛋白质的含量[31],在pH≥10时,PN/PS呈现显著上升趋势(0.17~0.24)也验证了这一结论.PN/PS在pH≤5时,呈现先下降(0.06~0.04 mg/g)后上升趋势,表明EPS的少量增加主要是多糖含量增加导致,这主要是在较低的pH环境下,大量游离的H+使蛋白质变性失活,从而使检测到的蛋白质含量较少.PS及PN在EPS中的贡献及其对AGS稳定性的作用十分复杂且尚无统一论断.SEVIOUR等[32]发现,细胞EPS及其多糖取决于环境中pH变化引起的溶胶—凝胶程度,而EPS凝胶强度与PN无直接关系.这一论断与实验结果一致,pH 变化引起EPS急剧升高但PN/PS变化微弱(0.06~0.24),说明PS含量的增加对EPS升高有重要贡献.图2 AGS处理不同pH废水的EPS&PN/PS、SOUR&SOURH/SOURN变化Fig.2 Changes of EPS&PN/PS,SOUR&SOURH/SOURNin different pHwastewater treated by AGS2.1.3 比好氧速率(SOUR)酸碱废水对SOUR的影响变化如图2(b)所示.在酸性环境(pH≤5)中,随着pH值接近7,SOUR保持增大趋势(16.19~17.94 mg O2/(g MLSS·h)),细胞的活性逐渐增强;碱性环境(pH≥10)中,随pH递增,SOUR呈现明显减小趋势(6.81~4.30 mg O2/(g MLSS·h)),表明大部分微生物已经失活,这也印证了EPS的增加是碱度造成细胞结构破坏所致.同样由SOUR的数据可知AGS对酸性环境具有更高的耐冲击负荷能力,这与EPS及PN/PS的变化趋势一致.SOURH/SOURN在酸性环境或在碱性环境中的波动都较大,说明异养菌和自养菌对pH变化都很敏感.在pH<4和pH>11时,自养菌同样迅速失去活性,这表明pH值为4和11时几乎已是自养菌的耐受力极限.2.2 酸碱环境中AGS处理污染物出水水质变化2.2.1 TIN去除效果pH对生物脱氮有重要影响,AGS对不同pH废水的TIN去除效果如图3(a)所示,在酸性环境(pH≤5)下,出水氨氮、TIN呈小幅下降趋势(27.40~23.40 mg/L、27.61~23.56 mg/L),亚硝态氮、硝态氮维持稳定(0.06~0.01 mg/L、0.15~0.14 mg/L);在碱性环境(pH≥10)下,出水氨氮、TIN进一步降低(23.16~21.32 mg/L、23.35~22.20 mg/L),亚硝态氮几乎全程无波动(0.04~0.74 mg/L)、硝态氮也稳定维持在0.14 mg/L左右.出水亚硝态氮和硝态氮在不同的酸碱环境下变化平缓,且没能实现积累,表明硝化细菌受到了严重的抑制,几乎没有发生硝化反应;氨氮与TIN保持了较好地同步变化趋势、且氨氮是出水TIN的主要贡献者,这表明同化作用是TIN去除的主要方式.而碱性环境下氨氮和TIN的去除率均优于酸性环境,是由于强碱性环境中高曝气条件下起到的吹脱作用.2.2.2 TP去除效果TP去除效果如图3(b)所示.在酸性环境(pH≤5)下,随着pH的升高出水TP浓度呈下降趋势(1.0~0mg/L),在pH较低的条件下TP去除率仍能保持80%以上,说明酸性环境对AGS除磷能力影响较小;在碱性环境(pH≥10)下,出水TP 浓度(3.16~4.75 mg/L)明显高于酸性组,TP的去除率也呈直线下降,由pH=10时的47%下降到pH=12时的20.8%,说明生物除磷受碱性环境的影响更大.虽然有研究表明在一定范围内较高的pH有利于聚磷菌的好氧吸磷与厌氧释磷[12],但在碱度过高的环境下,聚磷菌已经失去了好氧吸磷的功能[33],而被去除的少部分磷仅用于微生物的生长代谢.2.2.3 COD去除效果AGS对COD的去除效果如图3(c)所示.酸性环境下(pH值为3~5),出水COD随着pH的增大而下降(500~100 mg/L),尤其在pH 值由3升到4时,COD的去除率大大提高,在pH=5时,去除率达到了84%,说明在酸性条件pH 为4到5时对异养菌的影响不大,而pH为3的环境下对对异养菌有抑制作用;而在碱性(pH在10~12)环境下,出水COD则逐渐增大(400~900 mg/L),AGS 逐渐失去对 COD 的去除作用,且COD浓度在pH达到12时大于其进水浓度,去除率由25.3%下降到零.这表明微生物细胞结构遭到破坏,细胞基质溶出,导致反应器内的COD不降反升,且大量异养微生物失活导致其失去COD的降解能力.图3 AGS处理不同pH废水TIN、TP、COD出水浓度及去除率Fig.3 The effluent TIN,TP,COD concentration and removal rate under different pH wastewater treated by AGS3 结论1)在酸性条件下,AGS的 EPS含量(76.43~102.50 mg/g MLSS)与 SOUR(16.19~17.94 mg O2/(gMLSS·h))均随 pH 升高而增大;出水 TP(1.0~0 mg/L)、COD(500~100 mg/L)的浓度均随 pH 升高而降低,其中TP去除率保持在80%以上.然而,由于pH对硝化细菌的影响较大,所以反应对氨氮的去除效果并不佳,且亚硝态氮和硝态氮没有出现大量积累,表明同化作用是TIN去除的主要方式.2)在碱性环境中,pH值为11和12时,AGS结构形态破化严重,并发现部分污泥解体、微生物失活,导致细胞基质溶出使得COD不降反升,AGS几乎失去了去除污染物的能力,而氨氮的少量去除是由于吹脱作用和部分同化作用.与强酸性环境相比,AGS对碱性环境的耐受力更差.参考文献:【相关文献】[1]CAMPOS J L,FIGUEROA M,MOSQUERA-CORRAL A,et al.Aerobic sludge granulation:state-of-the-art[J].Water Science and Technology,2009,1(2):136-151.[2]LIU Y,TAY J H.State of 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污水处理中的污泥稳定化技术

污水处理中的污泥稳定化技术

REPORTING
厌氧消化原理
厌氧消化是在无氧条件下,由 厌氧微生物将污泥中的有机物 分解为CH4、CO2和H2O的过 程。
厌氧消化分为四个阶段:水解 、酸化、产氢产乙酸和甲烷化 。
厌氧消化可以减少污泥体积, 产生生物气可作为能源利用。
好氧消化原理
好氧消化是在好氧条件下,利 用好氧微生物将污泥中的有机 物转化为CO2和H2O的过程。
环境友好
生物稳定化技术是一种环境友好的处理方法。
生物稳定化技术的优缺点分析
• 操作简单:生物稳定化技术的操作相对简单。
生物稳定化技术的优缺点分析
要点一
处理时间较长
要点二
对有毒物质敏感
生物稳定化技术的处理时间较长,需要一定的反应时间。
生物稳定化技术对有毒物质较为敏感,可能影响处理效果 。
2023
好氧消化分为两个阶段:稳 定化和腐殖化。
好氧消化可以减少污泥体积, 改善污泥的脱水性能。
化学稳定化原理
01
化学稳定化是通过向污泥中添加 化学药剂,如酸、碱、氧化剂等 ,使污泥中的不稳定成分转化为 稳定成分的过程。
02
化学稳定化可以降低污泥的生物 活性,减少臭味和病原体。
生物稳定化原理
生物稳定化是通过生物处理技术,如 活性污泥法、生物膜法等,使污泥中 的有机物转化为微生物细胞和无机物 的过程。
生物稳定化在污泥稳定化中的应用
生物稳定化是通过微生物的作用,将污泥中的有机物转化为 稳定的无机物,降低污泥的含水率、提高其脱水性能的过程 。
生物稳定化方法包括好氧稳定化和厌氧稳定化等,适用于处 理各种类型的污泥,但反应条件较难控制,且需要一定的反 应时间。
2023
PART 04

废水处理生物膜反应器的动力学与稳定性研究

废水处理生物膜反应器的动力学与稳定性研究

废水处理生物膜反应器的动力学与稳定性研究废水处理是一个非常重要的环保问题,对于提高水环境质量具有重要意义。

因此,废水处理技术得到了广泛关注。

生物膜反应器作为一种新兴的废水处理技术,在工业和生活废水处理中发挥了重要的作用。

本文将介绍生物膜反应器的原理,动力学和稳定性的研究进展。

一、生物膜反应器的原理生物膜反应器(MBR)是一种利用微生物附着在载体上,在一定的反应器内进行已循环的处理方式。

生物膜反应器是将传统的曝气式活性污泥法和膜分离技术相结合而形成的高效、稳定、经济的处理技术。

生物膜反应器使用具有高效过滤作用的超滤膜作为生物膜的支撑,将被处理废水和微生物一同置于反应器中。

膜的孔径为0.1-0.4微米,阻力比大约为经典曝气活性污泥法的十分之一以上,膜孔径小于微生物和废水中的大分子物质,可完成废水的过滤、生物膜的较完整保留和持续有效分解废水有机污染物。

在生物膜反应器中,污染物质经过固定于膜表面上的微生物降解,即生物膜反应器技术。

生物膜反应器不仅具有高效、稳定、经济、无二次污染等优点,而且对水环境的质量稳定性具有极强的控制作用。

二、生物膜反应器动力学生物膜反应器中的生物污泥是复杂的微生物族群。

在MBR中,生物膜反应器的微生物生长受厌氧氧和耐氧分解的机理支配。

因此,掌握生物膜反应器中生物相关的动力学条件,对于MBR的稳定性影响很大。

污水中有机化合物的生物降解是复杂的过程,其中需要各类微生物的协同作用,形成一个可生存和繁殖的生物膜,不同种类微生物之间彼此依存,形成复杂的生物膜生态系统。

生物膜反应器中的微生物生长是一个动态的过程,具有动力学的特点。

动力学理论是研究生命系统中各项生命现象随时间的变化规律的科学。

动力学分析是通过对MBR中反应机理和物理特性的本质成分的数学描述来揭示其内在规律性的学科。

去年,我的课题组利用数学分析计算生物膜反应器的动力学特征,发现在MBR中添加适量的氧气可以提高降解污染物的效率,减少系统随时间变化的复杂程度,这对于MBR的稳定性有很大的提高作用。

好氧颗粒污泥快速培养及其稳定性研究

好氧颗粒污泥快速培养及其稳定性研究

好氧颗粒污泥快速培养及其稳定性研究黄思琦;邓风;佘谱颖;艾乐仙【摘要】以厌氧颗粒污泥为种泥,在SBR中培养出了好氧颗粒污泥,并研究有机负荷、含盐量对其稳定性的影响.结果表明:好氧颗粒污泥培养时间仅30 d,颗粒粒径约2 mm.有机负荷在1.8~4.0 kgCOD/(m3·d)范围内稳定性较好,COD、TN的去除效果随有机负荷增加而略有提高.含盐质量分数为1%时,颗粒污泥仍保持一定的稳定性,增加到2.5%开始出现颗粒解体,COD、氨氮去除效果大幅降低;含盐质量分数增加到5%时,颗粒污泥解体现象、上浮现象有所缓解,COD、氨氮去除效果有所回升,分别稳定在70%、62%.【期刊名称】《工业水处理》【年(卷),期】2018(038)007【总页数】5页(P66-69,73)【关键词】好氧颗粒污泥;有机负荷;含盐量;上流式厌氧污泥床【作者】黄思琦;邓风;佘谱颖;艾乐仙【作者单位】南京工业大学城市建设学院,江苏南京210000;南京工业大学环境学院,江苏南京210000;南京工业大学环境学院,江苏南京210000;南京工业大学环境学院,江苏南京210000【正文语种】中文【中图分类】X703.1好氧颗粒污泥是在好氧条件下自发形成的一种微生物自凝过程,是一种特殊的生物膜〔1〕。

好氧颗粒污泥沉降性能良好,生物相较为丰富,可承受较高的有机负荷,耐毒能力、抗冲击能力较强,相比之下普通絮状污泥丝状菌易膨胀、结构松散不易沉降、占地面积大等问题较为突出〔2-3〕。

因此,研究人员将好氧颗粒污泥应用在不同的废水处理中以期获得良好的治理效果〔4-7〕。

然而好氧颗粒污泥的应用仍处于试验阶段〔8〕,培养时间较长、运行稳定性不高、颗粒容易失稳解体仍是制约着好氧颗粒污泥大规模应用的瓶颈。

因此,笔者通过接种厌氧颗粒污泥来快速培养好氧颗粒污泥,并以颗粒污泥运行中的形态、除污性能考察其在不同有机负荷、含盐量下的稳定性。

当颗粒出现解体现象或是某项指标除污性能变差,即说明系统中的微生物不能适应该运行条件,稳定性受到影响。

中试好氧颗粒污泥反应器的启动及稳定运行

中试好氧颗粒污泥反应器的启动及稳定运行

中试好氧颗粒污泥反应器的启动及稳定运行好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS)因具有众多优点成为了废水生物处理的热点研究技术之一。

然而,AGS技术仍存在部分缺陷,如:启动时间长、AGS储存过程中稳定性下降机理不明确、自养硝化颗粒污泥形成条件苛刻且培养时间过长等,限制了该技术的发展应用。

因此,对于相关问题的研究,具有重要的实际意义及工程价值。

(1)采用选择压和控制污泥龄策略在中试SBR中培养异养颗粒污泥,探究粒径控制对AGS稳定性影响及维持。

接种校园人工湖的底泥启动中试SBR,以化粪池污水为进水,通过逐步降低沉降时间,在40天后培养出成熟的AGS,颜色呈亮黄色,MLSS稳定在4.44<sup>4</sup>.97g/L之间,EPS和SOUR分别在42.08<sup>5</sup>6.39 mg/g MLSS和25.87<sup>3</sup>8.41 mg O<sub>2</sub>/g MLSS h之间,颗粒化率维持在90%以上,平均粒径保持在1.96<sup>2</sup>.36 mm。

反应器对污染物的去除效率逐步提高并稳定,COD、TP去除率最终均保持在90%以上,但由于反硝化阶段缺少碳源,总氮去除率较低(40%<sup>5</sup>0%)。

待驯化成功后,探讨了不同超声功率对不同粒径AGS的稳定影响、2<sup>3</sup> mm粒径AGS不同污泥浓度对超声效果影响、不同粒径的AGS活性,结果均表明2<sup>3</sup> mm粒径AGS稳定性最高。

在颗粒化44天后每两天进行500 mL泥水混合物筛分,人为提高2<sup>3</sup> mm的AGS在反应器的比例,使系统的稳定性得到提高。

生物反应器稳定性及其影响因素分析

生物反应器稳定性及其影响因素分析

生物反应器稳定性及其影响因素分析随着科技的不断发展与人们环保意识的逐渐提高,环境污染问题愈加严重,使得环境保护成为全社会非常关注的问题。

其中,生物反应器作为一种有效的废气废水处理设备,扮演着重要的角色。

但是,生物反应器运行稳定性是影响其处理效果的一个重要因素。

本文将重点分析生物反应器稳定性及其影响因素。

一、生物反应器运行稳定性生物反应器运行稳定性是指生物反应器在长时间运行过程中,处理效果的稳定性和生物活性的稳定性。

稳定性不足会导致基础生物膜的破坏和废水处理效果下降,从而影响工程项目的安全和稳定运行。

二、生物反应器运行中影响稳定性的因素1.水质参数水质是影响生物反应器运行稳定性的最主要因素,其中影响反应器运行稳定性的水质参数主要包括溶解氧、温度、pH值、COD 和TOC等多个参数。

其中,温度、pH值和溶解氧是影响生物活性的关键因素,这些参数不应出现剧烈波动,以免影响微生物的生存和活动。

2.洗涤物洗涤物是指排放到生物反应器中的含有重金属、难以降解物等有害成分的液体,这些物质可能会对生物膜造成损伤,进而导致反应器运行不稳定。

因此,需要在反应器中添加一种特别的吸附剂以去除洗涤剂,在反应器中去除这些剂可以提高生物薄膜的稳定性。

3.营养物营养物是指对微生物生长有重要作用的物质,包括碳源、氮源和磷源等。

如果营养物不足或者过多,都会导致反应器运行不稳定。

通常微生物在生长过程中需要的碳、氮、磷比例为C:N:P=100:5:1。

反应器中的营养物浓度应该保持稳定。

4.反应器液位反应器液位也是影响反应器运行稳定性的关键因素之一。

由于液位的变化会影响到反应器中氧气流量的分配和微生物的生活环境,所以需要定期检查反应器的液位情况,并及时调整。

5.水力负荷水力负荷是指反应器中进出水流量的比例,过高的水力负荷可能会导致微生物被冲走,从而导致生物反应器的稳定性降低。

因此,在生物反应器运行的过程中,要定期检测水力负荷情况,并适时进行调整。

好氧颗粒污泥技术

好氧颗粒污泥技术

好氧颗粒污泥技术好氧颗粒污泥因其具有较高的微生物量,具备脱氮除磷能力和良好的沉淀性能,在工业废水和城市污水处理中的应用潜力很大,但在其形成机理方面还存在问题并未彻底弄清。

本文分析了好氧颗粒污泥的特点及其形成过程的影响因素,如胞外聚合物、水力剪切力、温度等;归纳了关于好氧颗粒污泥的形成假说,总结了其在城市污水和工业废水处理方面的应用情况以及好氧颗粒污泥稳定性及形成机理方面存在的问题,论述了好氧颗粒污泥技术今后的发展趋势。

污水生物处理系统内,微生物聚集的形式主要有絮状污泥、生物膜和颗粒污泥3种,其中颗粒污泥由于具有微生物量多、沉降性好等优点而受到研究者的关注。

颗粒污泥中,好氧颗粒污泥(AGS)具有表面光滑、密度大、沉降性能良好、能够维持较高的生物量以及承受较高的有机负荷等优点。

M. Pronk等指出,好氧颗粒污泥系统的总体能耗为13.9 kW·h,比荷兰传统活性污泥厂的平均耗能水平低58%~63%,其出水水质可以达到传统活性污泥法工艺的出水水质甚至更好。

好氧颗粒污泥系统所需要的体积也比现有的常规活性污泥装置所需要的体积低33%左右,在能耗和土建费用方面均有所减少。

与厌氧颗粒污泥相比,好氧颗粒污泥的形成周期较短,约为30 d。

在耗能方面,好氧颗粒污泥可在常温条件下进行培养,同时在污水浓度方面局限性小,对高浓度工业废水和城市生活污水的处理均有良好效果。

污泥在好氧条件下进行培养,颗粒的分层结构形成好氧、缺氧和厌氧区域,其结构特征可以实现一定程度的脱氮除磷效果。

本研究通过对近年来相关文献的整理,拟对好氧颗粒污泥的形成机理进行总结,并对各影响因素之间的相互作用进行分析。

1 好氧颗粒污泥的形成机理好氧颗粒污泥的形成是由众多因素共同作用完成的复杂过程,其中既有微生物的作用,也包含物理、化学等方面的作用,国内外学者对于好氧颗粒污泥的形成进行了长期研究,主要形成以下几种学说。

01 微生物自凝聚原理自凝聚是一种在适当条件下自发产生的微生物凝聚现象。

不同条件下好氧颗粒污泥的稳定性表现特征及转化机理研究的开题报告

不同条件下好氧颗粒污泥的稳定性表现特征及转化机理研究的开题报告

不同条件下好氧颗粒污泥的稳定性表现特征及转化机理研究的开题报告题目:不同条件下好氧颗粒污泥的稳定性表现特征及转化机理研究一、研究背景随着工业化的不断推进,环境污染问题逐渐凸显。

废水处理是目前解决环境问题的一个重要途径,其中好氧颗粒污泥技术已经得到广泛应用。

好氧颗粒污泥是一种以微生物为主体、以污泥颗粒作为载体的废水处理技术,其独特的生物学和物理学特性使得其受到了大量关注。

但是,好氧颗粒污泥的稳定性问题一直存在,而且当前对其稳定性研究的认识还不够全面和深入。

因此,开展好氧颗粒污泥的稳定性表现特征及转化机理研究具有重要的理论和实践意义。

二、研究内容和目标本研究旨在探究不同条件下好氧颗粒污泥的稳定性表现特征及其转化机理,并提高好氧颗粒污泥的稳定性和工业应用水平。

具体研究内容如下:1. 不同流速条件下好氧颗粒污泥的稳定性表现特征;2. 不同负荷条件下好氧颗粒污泥的稳定性表现特征;3. 好氧颗粒污泥中微生物群落结构与其稳定性的关系;4. 基于多相反应器模型,探究好氧颗粒污泥颗粒内和颗粒间转化机理;5. 探究不同条件下实施好氧颗粒污泥工艺的经济性。

本研究的目标是:全面分析好氧颗粒污泥的稳定性表现特征及其转化机理,为进一步提高其工业应用水平提供理论基础和参考。

三、研究方法1. 实验方法:建立好氧颗粒污泥多相反应器实验平台,通过调节流速、负荷等条件,研究其稳定性表现特征;通过16S rRNA基因测序和荧光原位杂交技术分析其微生物群落结构。

2. 理论模型方法:建立好氧颗粒污泥颗粒内和颗粒间的多相反应器模型,使用数值计算方法分析颗粒内扩散、颗粒维度、物质转化等问题。

四、研究意义本研究将探究好氧颗粒污泥的稳定性表现特征及其转化机理,为其工业应用提供理论基础和参考。

同时,通过分析其微生物群落结构,可以为优化好氧颗粒污泥工艺提供思路。

此外,研究好氧颗粒污泥工艺的经济性,为更好地发挥其环境污染治理作用提供决策支持和指导。

好氧颗粒污泥在污水生物处理汇总

好氧颗粒污泥在污水生物处理汇总

好氧颗粒污泥在污水生物处理汇总一、引言随着工业化和城市化的发展,污水的产生和处理成为了一个重要的环境问题。

污水中的污染物,如化学需氧量(COD)和氨氮,是水体富营养化的主要原因,对水生生物和人类健康产生严重影响。

因此,寻求有效的污水处理方法,同时去除COD和氨氮,成为当前的研究重点。

好氧颗粒污泥(AGS)作为一种新型的生物处理技术,具有较高的去除效率和稳定性,受到了广泛关注。

二、好氧颗粒污泥的研究进展好氧颗粒污泥(AGS)是一种由微生物群体在好氧条件下形成的生物膜,具有沉降性能和生物活性。

在过去的十年中,AGS在基础理论和工程应用上都取得了显著进展。

研究表明,AGS对COD 和氨氮有较高的去除效率,且在低温、低溶解氧的条件下仍能保持良好的性能。

此外,AGS还具有较好的抗冲击负荷能力和较高的污泥产率。

在AGS的形成过程中,微生物通过自身的新陈代谢和物理化学作用,将污水中的有机物和氨氮转化为新的生物质和能量。

同时,通过物理作用,微生物将污水中的悬浮物和胶体物质沉降下来,使出水水质得到改善。

这个过程不仅去除了污染物,还产生了具有沉降性能的颗粒污泥,提高了污水处理的效率和质量。

三、污水生物处理的三大工艺污水生物处理的主要工艺包括活性污泥法、生物膜法和厌氧生物处理法。

活性污泥法是最常用的生物处理技术之一,具有处理效果好、能耗低等优点。

生物膜法适用于处理水量较小的污水,具有较高的生物量浓度和较低的能耗。

厌氧生物处理法适用于处理高浓度有机物和含氮、磷的污水,具有能耗低、产甲烷等优点。

四、同步去除COD和氨氮的沉降能力和形成标志在污水生物处理过程中,同步去除COD和氨氮是提高处理效率和质量的关键。

研究表明,AGS具有良好的同步去除COD和氨氮能力。

在AGS的形成过程中,微生物通过自身的代谢活动,将污水中的有机物和氨氮转化为新的生物质和能量。

同时,微生物的物理化学作用将污水中的悬浮物和胶体物质沉降下来,使出水水质得到改善。

好氧颗粒污泥

好氧颗粒污泥

好氧颗粒污泥膜生物反应器系统好氧颗粒污泥是90年代以来发展的一门新兴技术,与厌氧颗粒污泥相比,在水处理方面,以其启动周期短、污泥代谢活性高、消化速率快、运行连续性强及出水水质好等,而备受青睐。

但是由于运行条件苛刻,操作复杂等因素的限制,人们对好氧颗粒的形成机理和影响因素了解的还不够深入,而对于好氧颗粒污泥的实际应用研究更是鲜有报道。

本文通过查阅近年来国内外大量文献及研究成果,对好氧颗粒污泥颗粒化技术的影响因素及应用情况进行了详细剖析。

1 好氧颗粒污泥的基本性质1.1 好氧颗粒污泥的形态及结构好氧颗粒污泥外观一般为橙黄色或浅黄色,成熟的好氧颗粒污泥为表面光滑致密、轮廓清晰的圆形或椭圆形。

粒径一般在0.5~5.0mm。

颗粒表面含有大量孔隙,可深达表面下900um处,而距表面300~500um处的孔隙率最高,这些孔隙有利于氧、基质、代谢产物在颗粒内部的传递。

1.2 颗粒污泥的沉降性能好氧颗粒污泥的密度为 1.0068~1.0480g/cm3,颗粒污泥的污泥沉降比(SV)在14~30%,污泥膨胀指数(SVI)20~45mL/g(一般在30左右),而普通活性污泥的SVI在60~205mL/g左右。

颗粒污泥的含水率一般为97~98%。

因而好氧颗粒污泥具有较高的沉降速度,可达30~70m/h,与厌氧颗粒污泥的沉降速度相似,是絮状污泥的三倍多。

因此能够承受较高的水利负荷,具有较高的运行稳定性和效率。

1.3 好氧颗粒污泥的代谢活性比耗氧速率(Specific Oxygen Uptake Rate简写SOUR)是指单位细胞蛋白在单位时间内消耗氧气量,反映了微生物新陈代谢过程的快慢即微生物活性的大小、微生物对有机物的降解能力。

好氧颗粒污泥的异养菌比耗氧速率(SOUR)H 为40~50mgO2/(g MLVSS•h),而普通活性污泥的(SOUR)H为20mgO2/(g MLVSS•h)左右。

Shu-fang Yang培养的好氧颗粒污泥(SOUR)H为60~160mgO2/(g SS•h)。

不同强化类型的好氧颗粒污泥结构特性

不同强化类型的好氧颗粒污泥结构特性

不同强化类型的好氧颗粒污泥结构特性好氧颗粒污泥是指在好氧条件下形成的微生物聚集体,具有较高的活性污泥浓度和良好的沉降性能。

在污水处理领域,好氧颗粒污泥已经广泛应用于生物处理系统中,其结构特性对于污水处理效果具有重要影响。

而好氧颗粒污泥的结构特性又受到不同强化类型的影响。

本文将对不同强化类型的好氧颗粒污泥结构特性进行分析与探讨。

一、好氧颗粒污泥的基本结构好氧颗粒污泥的基本结构可以分为核心区、中间区和表面区。

核心区是指颗粒污泥的中心部分,通常由氧化还原微生物和死细胞组成。

中间区是指核心区与表面区之间的部分,其主要由活性生物膜和胞外多糖组成。

表面区是指颗粒污泥的外层部分,主要由胞外多糖和周围环境中的有机物质形成的颗粒泥聚集物组成。

好氧颗粒污泥的结构特性对于颗粒污泥的沉降性能和生物降解效果具有重要影响。

研究不同强化类型对好氧颗粒污泥的结构特性的影响具有重要的理论和应用价值。

物理强化是指利用物理手段对好氧颗粒污泥进行改良和优化的过程。

常见的物理强化手段包括超声波处理、高温处理和气泡振荡等。

这些物理强化手段可以对颗粒污泥的结构特性产生影响。

通过超声波处理,可以改善好氧颗粒污泥的结构稳定性和活性生物膜的形成。

超声波能够破坏细菌细胞的结构,促进微生物的代谢活性和底物的降解效率,从而使好氧颗粒污泥的结构更加紧密和稳定。

通过高温处理,可以促进好氧颗粒污泥中微生物的生长和代谢,加快颗粒污泥中有机物质的降解速率,从而增强颗粒污泥的活性和生物降解能力。

气泡振荡是一种利用气泡在液体中的振荡和运动来搅拌和改善颗粒污泥结构的方法。

气泡振荡可以增加颗粒污泥中的氧气传输速率,促进好氧颗粒污泥中微生物的代谢活性和生物降解效率。

物理强化能够改善好氧颗粒污泥的结构特性,增强颗粒污泥的活性和生物降解能力,提高污水处理效果。

这为提高好氧颗粒污泥的应用性能提供了新的思路和方法。

通过添加生物多糖,可以增加好氧颗粒污泥的胞外多糖含量,促进颗粒污泥的结构稳定性和活性生物膜的形成。

生物反应器的稳定性分析与控制

生物反应器的稳定性分析与控制

生物反应器的稳定性分析与控制随着生物技术的不断发展,生物反应器在生物制药、食品、环境等领域得到广泛应用。

作为生物反应器的核心部分,稳定性是其最基本也是最重要的性能之一。

因此,本文将从生物反应器的稳定性分析与控制两个方面进行探讨,并提出相应的实践建议。

稳定性分析在生物反应器中,稳定性是指反应过程在一定时间内具有相对恒定的状态,其可运行状态被统称为稳定状态。

反之,若反应过程具有不稳定状态,则在一些因素的干扰下,反应系统可能会失控,出现不良反应甚至导致反应器损坏。

生物反应器的稳定性受到多种因素的影响,其中包括微生物的品种和数量、物质浓度及质量、气体浓度、温度、压力等因素。

不同的因素间也相互影响,因此在分析稳定性问题时必须考虑各种因素的综合影响。

微生物的品种和数量是影响生物反应器稳定性的重要因素。

一般来说,微生物的种类和数量随时间变化较大,且容易受到外界环境的影响。

因此,通过监测微生物数量变化,及时采取调控措施可以提高反应器的稳定性。

物质浓度及质量的变化也对生物反应器稳定性产生重要影响。

过高的物质浓度或质量可能引起反应器过饱和,反应器的稳定状态将被破坏,如果继续反应,反应器就会失控,产生大量有害的废物。

因此,在使用生物反应器时,必须合理控制物质浓度和质量,以保持反应器的稳定性。

气体浓度也是影响生物反应器稳定性的重要因素之一。

氧气、二氧化碳等气体浓度随时间也可能发生变化,如果过高或过低,将不利于生物反应器的稳定性。

此外,控制气体浓度还能提高反应速率和产物质量。

温度和压力也是影响生物反应器稳定性的重要因素。

过高或过低的温度会对微生物产生不良影响,从而导致反应器的失控,而过高的压力会加速物质的转移,增加反应器的运行难度。

因此,在操作生物反应器时必须严格控制温度和压力。

稳定性控制对于生物反应器稳定性控制,首先需要确定稳定性指标,一般来说,常用的稳定性指标有生物量、产物浓度、反应速率、氧气浓度等。

通过监测这些指标,结合反应器内各种因素的变化,进行综合分析判断,及时采取相应的控制措施,保持反应器的稳定状态。

膜生物反应器(MBR)的主要类型及各自特点(二)

膜生物反应器(MBR)的主要类型及各自特点(二)

膜生物反应器(MBR)的主要类型及各自特点(二)(3)萃取式膜生物反应器(EMBR) 在萃取式膜生物反应器中所采纳的膜是挑选性萃取膜,它能将废水与生物反应器彻低隔离开,具有挑选性的萃取膜只容许原废水中的目标污染物透过,然后用专性菌对其举行单独的生物降解,从而不受水中离子强度和pH值的影响,废水中其他对生物具有毒害的物质则不能进入生物反应器,生物反应器的功能得到优化,其暗示图见图5-6。

图5-6 EMBR暗示其特点是废水与活性污泥被膜隔离开来,废水在膜腔内流淌,与进水槽和出水槽相连,而含某种专性细菌的活性污泥在膜外流淌,废水与微生物不挺直接触。

膜是硅胶或其他疏水性聚合物,具有挑选透过性,能萃取废水中的挥发性有机物(VOC)如、等,污染物先在膜中溶解蔓延,以气态形式离开膜表面后溶解在膜外的混合液中,终于作为专性细菌的底物而被分解成CO2、水等无机小分子物质。

因为膜的疏水性,废水中的水及其他无机物均不能透过膜向活性污泥中蔓延。

萃取式膜生物反应器的优点:a.生物反应器与膜单元可以相对自立地设计安装,互相干扰小;b.膜污染少,因隔离式膜无孔,不会产生阻塞问题;c.微生物生存条件可以控制在最佳状态,微生物生存条件彻低不受污水水质的影响,可培养和用法特效菌种或纯菌举行有机物降解;d.效率高,高挑选性、高效地降解有毒有害污染物;e.可以使易挥发性有机物质降解,在一般的生物反应器中,易挥发有机物不是被生物降解,而是被空气吹脱挥发到大气中;f.耗能少,无需高的膜面流速,所以无较强的水力循环,节约能量。

不足:a.应用范围有限,只适用于单一污染物的废水。

b.需要挑选专用透过膜,目前讨论中可利用的膜惟独硅橡胶膜。

c.存在生物膜阻力问题,生物在萃取膜上生长造成膜堵,使污染物透过量随时光下降。

d.可以处理的污染物有限,隔离式膜生物反应器的萃取膜挑选性强,因此可挑选的膜材料和透过这种膜并被生物降解的污染物有限,目前能够被处理的污染物只是一些含氧碳水化合物。

好氧颗粒污泥结构稳定强化策略研究评述

好氧颗粒污泥结构稳定强化策略研究评述

好氧颗粒污泥结构稳定强化策略研究评述王亚军;秦楚桐;李肇隆;杨胜;姜舒恒;王艳纯【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2024(33)3【摘要】好氧颗粒污泥由于其强大的抗冲击能力和出色的除污效果,在常规活性污泥性能升级改造中得到热点关注,而其形成时间较长和稳定性较弱的问题限制了在污水处理厂的商业化应用。

为了能尽快将好氧颗粒污泥技术广泛投入到污水处理领域中,有必要重新深入认知形成机制和结构稳定性的关键影响因素,从而达到精准调控其形成过程和实现长期稳定有效使用目的。

该文通过系统地收集和分析相关研究文献,梳理了好氧颗粒污泥形成机制,形成机制主要集中在七大类假说,即晶核理论、自凝聚原理、胞外聚合物假说、丝状菌假说、细胞疏水性假说、选择压驱动假说和阶段假说等。

从宏观和微观两个角度分析了其稳定性的关键影响因素。

宏观上,反应器的高径比、水力剪切力、有机负荷率等因素都会对好氧颗粒污泥的形成和稳定性产生影响;微观上,微生物的群体感应及其分泌的胞外聚合物等因素也发挥着重要作用。

详细阐述了好氧颗粒污泥微生物群落组成和功能,进一步整理了好氧颗粒污泥微生物群落与颗粒结构稳定性能的内在关联。

依据以上研究进展并结合工程应用的实际情况和需求,总结概况了好氧颗粒污泥结构稳定强化策略,即控制污泥粒径、改善进料与曝气方式、调控胞外聚合物分泌、调控群体感应等。

初步构想了基于生物强化、崩解和再造粒的技术路径,具有生化、物化和化学理论融合的特点,在一定程度上可能代表了群体感应-晶核凝聚共诱导造粒的研究方向。

【总页数】9页(P478-486)【作者】王亚军;秦楚桐;李肇隆;杨胜;姜舒恒;王艳纯【作者单位】兰州理工大学土木工程学院;西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心【正文语种】中文【中图分类】X52【相关文献】1.好氧污泥絮体与厌氧颗粒污泥的剪切稳定性分析2.强化好氧颗粒污泥稳定性的研究进展3.投加粉末活性炭强化好氧颗粒污泥的稳定性4.联合厌氧/微好氧的A/(O/A)_(n)强化好氧颗粒污泥脱氮除磷因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

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Short CommunicationStudy of aerobic granular sludge stability in a continuous-flow membranebioreactorS.F.Corsino a ,R.Campo b ,G.Di Bella b ,⇑,M.Torregrossa a ,G.Viviani aa Dipartimento di Ingegneria Civile,Ambientale,Aerospaziale,dei Materiali,Universitàdi Palermo,Viale delle Scienze,90128Palermo,Italy bFacoltàdi Ingegneria e Architettura,Universitàdegli Studi di Enna ‘‘Kore ”,Cittadella Universitaria,94100Enna,Italyh i g h l i g h t sThe potentiality of continuous AGS is confirmed by experimental data.The feast/famine alternation is a key issue in continuous flow for AGS maintenance. EPSs had a key role in granules strength.Hydraulic selection pressure is necessary to ensure flocculent sludge washout.A correct management of granular sludge withdrawal should improve membrane fouling.a r t i c l e i n f o Article history:Received 31July 2015Received in revised form 16October 2015Accepted 17October 2015Available online 23October 2015Keywords:Aerobic granular sludge (AGS)Continuous-flow reactor Feast/famine conditionsHydraulic selection pressure Membranea b s t r a c tA granular continuous-flow membrane bioreactor with a novel hydrodynamic configuration was devel-oped to evaluate the stability of aerobic granular sludge (AGS).Under continuous-flow operation (Period I),AGS rapidly lost their structural integrity resulting in loose and fluffy microbial aggregates in which filamentous bacteria were dominant.The intermittent feeding (Period II)allowed obtaining the succession of feast and famine conditions that favored the increase in AGS stability.Although no fur-ther breakage occurred,the formation of new granules was very limited,owing to the absence of the hydraulic selection pressure.These results noted the necessity to ensure,on the one hand the succession of feast/famine conditions,and on the other,the hydraulic selection pressure that allows flocculent sludge washout.This preliminary study shows that the proposed configuration could meet the first aspect;in contrast,biomass selection needs to be improved.Ó2015Elsevier Ltd.All rights reserved.1.IntroductionCompared with the conventional wastewater treatment plants,aerobic granular sludge (AGS)offers several advantages,among others lower volume necessity because of greater biomass concen-tration (up to 20g TSS L À1),the possibility to degrade simultane-ously organic carbon and nutrients,and finally their remarkable settling capability.Nowadays,AGS has been widely investigated in sequencing batch reactors (SBRs).Indeed,it is believed that the ideal conditions for aerobic granulation like the succession of feast/famine conditions (Val del Río et al.,2012),the hydraulic selection pressure (Adav et al.,2009)and the hydraulic shear forces (Zhou et al.,2014),occur or could be easily controlled in SBR reactors.Nevertheless,SBRs are difficult to implement for a largesewage treatment,where continuous-flow reactors are normally favorable due to the lower installation costs and easier operation,maintenance and control (Juang et al.,2010).Moreover,up to date the most of biological granular sludge systems have been studied in column-type reactors.These reactors are characterized by a height to diameter ratio (H/D)higher than 6–8,which helps to maximize the hydraulic shear forces,enhancing the formation of the aerobic granules.Therefore,column-type reactors had a pre-dominant in height development,and this characteristic could limit their application in a full-scale plant,since reactors might result higher than 8–10m.Although in some studies is reported that stable aerobic granu-lar sludge can be achieved in a continuous flow reactor,others demonstrated that the aerobic granules lost their stability more rapidly compared with a SBR in the long-run (Zhou et al.,2014).Nevertheless,there is not unanimity about the causes of granules breakage,because in a continuous-flow reactor,many of crucial parameters for the aerobic granulation simultaneously fail.To/10.1016/j.biortech.2015.10.0650960-8524/Ó2015Elsevier Ltd.All rights reserved.⇑Corresponding author.Tel.:+390935536393;fax:+390935536623.E-mail address:Gaetano.dibella@unikore.it (G.Di Bella).increase the knowledge about the aforementioned issues,a continuous-flow reactor with a novel geometric configuration was developed,with the aim of analyzing the stability of AGS in terms of structural characteristics and biological performances. Thefirst results reported in this brief discussion,confirm the inter-est about the topic and support further investigations to gain knowledge about this topic.2.Methods2.1.Experimental set-upA continuousflow reactor with a working volume of7.5L,oper-ating with aflow rate of0.7L hÀ1was used.The granular continu-ousflow membrane bioreactor(GCFMBR)has been designed with the aim of recreating hydraulic conditions as similar as possible to those that generally occurred in the column-type reactor operating in batch mode.The bench scale plant(Fig.1)was constituted byIn detail,the authors supported that the continuousflux inver-sion that occurred in the risers and downcomers sectors,helped to maximize the hydraulic shear forces.In contrast to the column-type reactors,in this case the hydraulic shear forces were dis-tributed longitudinally and this could limit the height of the gran-ular continuousflow reactors.The GCFMBR was operating for72days,divided into two peri-ods.During the‘‘Period I”(42days)the reactor was continuously fed.Unfortunately,the alternation of feast and famine conditions partially occurred,but not as desired,because the volume of the first compartment would have been smaller,so that the organic load rate would result higher.Subsequently,with the aim of enhancing the feast and famine succession,during the‘‘Period II”(30days),the GCFMBR was intermittentlyfilled.In detail,the effluent discharge occurred in continuous mode,whereas the influent wastewater was intermittently fed,with aflow greater than the effluent withdrawal(4L hÀ1vs0.7L hÀ1).Consequently, the reactor operated with variable volume(7.5–9.5L).In this way,Fig.1.Bench-scale plant aerial projection(a)and longitudinalflow development(b). 1056S.F.Corsino et al./Bioresource Technology200(2016)1055–1059kept at approximately50days by daily purging a known amount of mixed liquor volume.2.2.Analytical methodsAll of the chemical-physical analyses(COD,NH4-N,NO3-N,NO2-N,PO4-P,Total and Volatile Suspended Solids(TSS,VSS)were per-formed according to standard methods(APHA,2005).The size of the granules was measured by digital image capture using a stere-omicroscope.The granule size distribution was represented in terms of three main statistical size parameters:the d10,d60and d90(mean the size of granules in which10%,60%or90%of the par-ticles are smaller,respectively).The granulation rate and the water content were measured in accordance with Liu et al.(2012).The density and hydrophobicity of the granular sludge was determined using the Dextran Blue method described by Beun et al.(2002)and according with the method described by Rosenberg et al.(1980), respectively.The extraction of the extracellular polymeric sub-stances(EPSs)was carried out according to the Heating Method as described by Le-Clech et al.(2006).Afterwards,carbohydrates (PS)and proteins(PN)were determined in accordance with the methods described by Dubois et al.(1956)and Lowry et al. (1951),respectively.The membrane fouling was evaluated by daily measuring the trans-membrane pressure(TMP)and the permeate flux.Then,the specific resistances tofiltration were evaluated applying a resistance in series(RIS)model(Cosenza et al.,2013).3.Results and discussions3.1.Analyses of granules stabilityAs aforementioned,the reactor was seeded with stabilized aer-obic granules collected from a column-type SBR reactor.During the first experimental period,feast and famine conditions did not alternate as feasible.The granules rapidly lost their structural integrity,resulting in loose and unstable aggregates.Both the TSS and VSS concentrations showed a slightly increased trend (Fig.2a).Instead,in less than20days their ratio significantly increased from65%up to90%.In contrast,the density of the gran-ules gradually reduces from100g TSS LÀ1(value of the seed gran-ules)up to50g TSS LÀ1(Fig.2b).At the same time,the water content increased from90%up to94%,whereas the sludge hydrophobicity remained quite similar approximately at the inoculum value.These results indicated a gradual loss in the struc-tural stability of the granules,which rapidly disintegrated,result-ing in the increase of theflocculent sludge percentage.After on, the granulation rate significantly reduced below40%(Fig.2f). According to these results,the extracellular polymeric substances (EPSs)content significantly decreased from approximately 500mg EPS g VSSÀ1up to a value close to200mg EPS g VSSÀ1 (Fig.2c).Specifically,the proteins significantly decreased,whereas the carbohydrates content was almost constant.As a result,the PN/ PS ratio decreased(Fig.2d).Several authors have noted the impor-tance of the proteins for maintaining the structural strength of the aerobic granules(Xiong and Liu,2013).The reduction of the pro-teins content confirmed the structural weakening of AGS.Conse-quently,the average size of the granules gradually decreased from2mm up to1mm.In more detail,the most unstable fraction was the d90,while the d60showed a slightly decreasing trend.In contrast,the d10fraction increased because most of the large gran-ules disintegrated(Fig.2e).The results confirmed that under continuous-flow AGS had relatively small diameters.Liu et al. (2012)ascribed this changing to the reduction of the diffusion of the nutrients toward the inner layers of the granules.Indeed,the organic substrate concentration in the GCFMBR bulk was the same with that of the effluent,due to the complete mixing hydrody-namic.Consequently,the driving forces for nutrient diffusion within the granules reduced.Obviously,this was mainly noted in the biggest granules,which thickness opposed a greater barrier to the mass diffusion phenomena.The morphology of the aerobic granules gradually modified in a loose,fluffy and irregular struc-ture in whichfilamentous bacteria were dominant.These large andfluff granules gradually disintegrated.The overgrowth offilamentous bacteria was one of the main reasons for the AGS disintegration as observed by Morales et al. (2012).De Kreuk et al.(2010)found thatfilamentous organisms prevailed on non-filamentous organisms in systems characterized by micro-gradients inside sludgeflocs or biofilms.Under continu-ousflow operation,the organic substrate was always available,and it was likely degraded in the outer layers of the granules(Zhou et al.,2014).This produced a substrate gradient inside the granules that favored the proliferation offilamentous microorganisms.In addition,it is well known that the alternation of feast/famine con-ditions inhibits the proliferation offilamentous microorganisms, whereas it favors the growth offloc-forming bacteria(Val del Río et al.,2012).Therefore,because no alternation of feast/famine con-ditions occurred,thefloc-forming bacteria had no benefits onfila-mentous microorganisms.Furthermore,ultrafiltration membranes completely retained the most of microorganisms within the reac-tor,sofilamentous bacteria grew and competed with the other bacteria strains.According to Adav et al.(2009),a great competi-tion between several bacteria strains could reduce the EPSs secre-tion.These general considerations underlined the importance of providing the alternation of feast and famine conditions,that if not adequately guaranteed in the space,could be improved by intermitting the feeding.According to this consideration,since the42th day the reactor was intermittently fed.During the Period II,the aerobic granules stability generally improved.The intermittent feeding allowed obtaining the alterna-tion of feast and famine conditions.Both the density and the hydrophobicity significantly increased,proving a new thickening of bio-aggregates(Fig.2b).Similarly,the EPS content,especially the protein fraction,rapidly grew up,as well as the PN/PS ratio (Fig.2c and d).The average size of the granules and granulation rate were constant(Fig.2f),so no further breakage was noted. The results indicated as the feast/famine alternation was crucial for the maintenance of the AGS,moreover,it seemed to promote a slow but gradual growth in the granule sizes(Fig.2e).However, the absence of the hydraulic selection pressure,on the one hand limited a significant recovery of granulation process,and on the other,implied a significant worsening of the mixed liquor quality. Indeed,without the hydraulic selection pressure,the mixed liquor modified toward a hybrid system of granular andflocculent sludge. Furthermore,the conspicuous EPS production,if on the one hand, favored the maintenance in granules stability,on the other con-tributed in worsening of mixed liquor quality.Indeed,during the famine phase,due to the lack of organic substrate,bacteria hydro-lyzed the EPSs transforming in soluble forms(SMP)which were mainly retained within the reactor because of their deposition on the membrane surface(Cosenza et al.,2013).Because SMSs were mainly constituted by proteins,which are hydrophobic substances, at the end of the Period II the hydrophobicity of mixed liquor rapidly increased.Consequently,as also observed by Li et al. (2008),the mixed liquor became very viscous like a gelatin.Obvi-ously,in these conditions,the oxygen transfer efficiency dramati-cally reduced(Germain et al.,2007).Among the possible causes of the failure in the new granulation resume,the role of hydraulic retention time(HRT)is not to be excluded.Morales et al.(2012) suggested to apply short SRT(1–3h)to washout those microorgan-isms that are not able of forming biofilms.In the present work,the HRT was7.5h,so much higher of the recommended value.TheS.F.Corsino et al./Bioresource Technology200(2016)1055–10591057effect of HRT reduction was not evaluated,because it would have been necessary to increase the influent/effluent flow rate,that meant to exceed the membrane critical flux.3.2.Bench-scale plant performancesDuring both periods,the organic matter removal efficiency was excellent,with yields approximately close to 90%.Nevertheless,as aforementioned,during the Period I the succession of feast/famine conditions didn’t occur as feasible.The dissolved oxygen concen-tration in both reaction compartments was about 7mg L À1,result-ing significantly different of what generally occurs in SBRs,where DO concentration is lower during the feast phase (2–4mg L À1)whereas it is close to the saturation value (7–8mg L À1)during the famine period.The nutrients removal efficiencies were signifi-cantly affected by the aerobic granules breakage.With regard to nitrogen,although the most of the ammonia was oxidized (yielding NH 4-N removal rate close to 94%),the total nitrogen efficiency removal gradually reduced,due to nitrate accumulation.The reduction of the granules sizes,especially in d 90fraction,caused a deterioration of the denitrification efficiency,because,as noted by Di Bella and Torregrossa (2013),only in the largest granules nitrate reduction could realize thanks to the presence of the anoxic layers.For the same reason,phosphorous efficiency removal dropped in less than 30days.During the Period II,after that the operating conditions were changed,the feast and famine succes-sion finally occurred.During the influent loading,the oxygen con-centration within the bulk was close to 2mg L À1and the organic substrate was mainly degraded (residual COD 150mg L À1).During the following drawn phase,the oxygen concentration rapidly increased up to 8mg L À1,whereas the residual organic substrate was oxidized up to 60mg L À1.The nitrogen removal efficiency did not increase because,as aforementioned,the reduction of the oxygen transfer within the mixed liquor caused a significant nitrite accumulation up to 30mg L À1.Concerning the hydraulic performances of the system,because they were not the main focus of this work,the operating parame-ters (such as EPSs,SRT,MLSS)were not managed with the aim of mitigating the membrane fouling.Therefore,physical cleanings were frequently carried out to ensure a constant flow of the efflu-ent permeate (three times a week on average during Period I,while twice during the second one).Observing the Table 1,the cake deposition was the main fouling mechanism,principally in the irreversible form (R cake,irr ),in con-trast to what was noted by Wang et al.(2013).More specifically,during the Period I the aforementioned operationalparameters,(A)Trend of TSS,VSS and VSS/TSS ratio;(b)granules density,hydrophobicity and water content;(c)EPS content;(d)ratio between proteins and carbohydrates granules;(e)particle size distribution;(f)granulation rate and granules average size.together with the significant granules breakage,implied an increase in a compact and irreversible cake,confirmed by an aver-age value of the fouling total resistance(2.95Á1013mÀ1)with a peak of7.37Á1013mÀ1.During the Period II,the modified opera-tional conditions reduced the irreversible cake deposition,which had an average value approximately close to 1.60Á1013mÀ1. Regarding to the reversible cake deposition(R cake,rev),it was less significant than the irreversible form previously discussed.On the other hand,during both periods,the pore blocking resistance (R PB)was about one order of magnitude lower than the irreversible cake,so no chemical cleanings were necessary.This is a great advantage of AGS in MBR systems compared with the CAS,because the pore-blocking mechanism would require chemical cleanings that could reduce the membrane service time.The results up to now discussed underline that a better man-agement in the operating parameters,such as the regulation of time-cycles of both membranefiltration and intermittent influent feed,the HRT and SRT,could reduce the membrane fouling.Indeed, a longer SRT might led bacteria to cell lysis due to the biomass age-ing(Ersu et al.,2010),and this would involve a significant release of SMPs that have a great impact on the irreversible fouling mech-anisms.Therefore,the SRT control could reduce the frequency of the physical membrane cleaning.4.Conclusions:proposed for future implementationsThis preliminary study of the AGS in a continuousflow reactor pointed out undeniable difficulties for both the granules formation and their maintenance.New experimentations are necessary to focus on biological and management issues,like the SRT control to reduce the EPS production by bacteria.SRT lower of those gen-erally applied in granular sequencing batch reactors or MBR sys-tems,would be recommended.Moreover,OD and the feeding timing need to be controlled in order to favor an adequate succes-sion of feast and famine conditions to favor the structural integrity of the granules and their stratification.Furthermore,these sugges-tions could also reduce the membrane fouling.Stereo-microscope images of the aerobic granules are provided as Supplementary material(Fig.S1).Appendix A.Supplementary dataSupplementary data associated with this article can be found,in the online version,at /10.1016/j.biortech.2015.10. 065.ReferencesAdav,S.,Lee,D.J.,Lai,J.Y.,2009.Aerobic granulation in sequencing batch reactors at different settling times.Bioresour.Technol.100,5359–5361.APHA,2005.Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, nineteenth ed.American Public Health Association,Washington DC,USA. Beun,J.J.,Van Loosdrecht,M.C.M.,Heijnen,J.J.,2002.Aerobic granulation in a sequencing batch airlift reactor.Water Res.36(3),702–712.Cosenza,A.,Di Bella,G.,Mannina,G.,Torregrossa,M.,2013.The role of EPS in fouling and foaming phenomena for a membrane bioreactor.Bioresour.Technol.147,184–192.De Kreuk,M.,Kishida,N.,Tsuneda,S.,van Loosdrecht,M.C.M.,2010.Behavior of polymeric substrates in an aerobic granular sludge system.Water Res.44, 5929–5938.Di Bella,G.,Torregrossa,M.,2013.Simultaneous nitrogen and organic carbon removal in aerobic granular sludge reactors operated with high dissolved oxygen concentration.Bioresour.Technol.142,706–713.Dubois,M.,Gilles,K.A.,Hamilton,J.K.,Rebers,P.A.,Smith,F.,1956.Colorimetric method for determination of sugars and related substances.Anal.Chem.28(3), 350–356.Ersu,C.B.,Ong,S.K.,Arslankaya,E.,Lee,Y.W.,2010.Impact of solids residence time on biological nutrient removal performance of membrane bioreactor.Water Res.44(10),3192–3202.Germain, E.,Nellels, F.,Drews, A.,Pearce,P.,Kraume,M.,Reid, E.,Judd,S.J., Stephenson,T.,2007.Biomass effects on oxygen transfer in membrane bioreactors.Water Res.5,1038–1044.Juang,Y.C.,Adav,S.,Lee,D.J.,Tay,J.H.,2010.Stable aerobic granules for continuous-flow reactors:precipitating calcium and iron salts in granular interiors.Bioresour.Technol.101,8051–8057.Le-Clech,P.,Chen,V.,Fane,T.A.G.,2006.Fouling in membrane bioreactors used in wastewater treatment.J.Membr.Sci.284(1–2),17–53.Li,X.F.,Li,Y.J.,Liu,H.,Hu,Z.Z.,Du,G.C.,Chen,J.,2008.Correlation between extracellular polymeric substances and aerobic biogranulation in membrane bioreactor.Sep.Purif.Technol.59,26–33.Liu,H.,Li,Y.,Yang, C.,Pu,W.,He,L.,Bo, F.,2012.Stable aerobic granules in continuous-flow bioreactor with self-forming dynamic membrane.Bioresour.Technol.121,111–118.Lowry,O.H.,Rosebrough,N.J.,Farr,A.L.,Randall,R.J.,1951.Protein measurement with the Folin phenol reagent.J.Biol.Chem.193(1),265–275.Morales,N.,Figueroa,M.,Mosquera-Corral, A.,Campos,J.L.,Méndez,R.,2012.Aerobic granular-type biomass development in a continuous stirred tank reactor.Sep.Purif.Technol.89,199–205.Rosenberg,M.,Gutnick, D.,Rosenberg, E.,1980.Adherence of bacteria to hydrocarbons:a simple method for measuring cell-surface hydrophobicity.FEMS Microbiol.Lett.9(1),29–33.Val del Río, A.,Figueroa,,M.,Arrojo, B.,Mosquera-Corral, A.,Campos,J.L., García-Torriello,G.,Méndez,R.,2012.Aerobic granular SBR systems applied to the treatment of industrial effluents.J.Environ.Manage.95(Suppl.), S88–S92.Wang,Y.,Zhong,C.,Huang,D.,Zhu,J.,2013.The membrane fouling characteristics of MBRs with different aerobic granular sludges at highflux.Bioresour.Technol.136,488–495.Xiong,Y.,Liu,Y.,2013.Importance of extracellular proteins in maintaining structural integrity of aerobic granules.Colloids Surf.B112,435–440.Zhou,D.,Niu,S.,Xiong,Y.,Yang,Y.,Dong,S.,2014.Microbial selection pressure is not a prerequisite for granulation:dynamic granulation and microbial community study in a complete mixing bioreactor.Bioresour.Technol.161, 102–108.Table1Results of fouling analysis.Period R cake,rev R cake,irr R PBMin(mÀ1)Average(mÀ1)Max(mÀ1)Min(mÀ1)Average(mÀ1)Max(mÀ1)Min(mÀ1)Average(mÀ1)Max(mÀ1)I 3.64Á1011 1.66Á1012 3.47Á1012 6.20Á1012 2.95Á10137.37Á1013 6.55Á1011 2.57Á1012 4.07Á1012II 4.96Á1011 1.60Á1012 3.22Á10127.19Á1012 1.56Á1013 2.08Á1013 4.32Á1012 5.22Á1012 5.81Á1012S.F.Corsino et al./Bioresource Technology200(2016)1055–10591059。

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