好氧颗粒污泥的性质及其在脱氮除磷中的应用

好氧颗粒污泥的性质及其在

脱氮除磷中的应用

谢　珊　李小明＊

　曾光明　杨　麒　刘精今

(湖南大学环境科学与工程系,长沙410082)

摘　要　阐述了好氧颗粒污泥的污泥特性、培养条件和影响因素,比较了三种SBR 反应器中颗粒污泥特性的差异,介

绍了好氧颗粒污泥的形成机理及其在脱氮除磷过程中的应用情况。

关键词　好氧颗粒污泥　形成机理　脱氮除磷

Characteristics of aerobic granular sludge and its application

in denitrification and dephosphorization process

Xie Shan Li Xiaoming ＊

　Zeng Guangming Yang Qi Liu Jingjin

(Department of Environmental Science and Engineering ,Hunan Univers ity ,Changsha 410082)

A bstract This paper describes the sludge characteristics ,cultivation condition and affecting factors of aer obic

granular sludge ,compares the granular sludge characteristics in three different kinds of sequence batch reactor (SBR ),and introduces the for mation mechanism of aer obic granular sludge as well as the application in denitrification and de -phosphorization process .

Key words aerobic granular sludge ;for mation mechanism ;denitrification and dephosphorization

基金项目:湖南省自然科学基金资助项目(WJ2002101);湖南大学科

学基金资助项目(200219)

收稿日期:2002-11-04;修订日期:2002-12-20

作者简介:谢珊(1980～),女,硕士研究生,主要研究方向:废水生物

处理技术。

＊通讯联系人

1　前　言

近几年,借鉴厌氧颗粒污泥培养的成功经验,利用SBR 反应器中独特的厌氧-好氧交替出现和气液两相均呈升流运动的特征,研究者培养出了好氧颗粒污泥。好氧颗粒污泥是沉降性能良好的高活性微生态系统,它的存在使生物反应器有较高浓度的生物相,对于提高常规污泥的处理能力,改善出水水质,实现同时脱氮除磷,确保生化过程高效稳定进行均有重大的意义。

然而,目前对好氧颗粒污泥的形成条件、污泥微生物特性以及工艺运行控制参数等方面的定量研究还较少,同时将好氧颗粒污泥运用于实际生产的实例还未见报道。本文将结合近年来国内外最新研究成果,从污泥性质、影响因素和形成机理等方面加以阐述,并进一步比较三种反应器中好氧颗粒污泥的差异,介绍其在脱氮除磷过程中的应用。

2　好氧颗粒污泥的性质———污泥状况和理

化指标

与厌氧颗粒污泥相比较,好氧颗粒污泥粒径较小,一般多为1—2mm (也有一些直径超过3mm [1]

),

其生物相组成主要是各种细菌。竺建荣等

[2]

将其培

养出的具有除磷脱氮能力的好氧颗粒污泥,与普通活性污泥进行了比较,发现各项理化指标均明显优于普通活性污泥(见表1)。

Feng Dangc ong 等

[3]

通过高倍显微镜观察发现:

颗粒污泥中含有大量杆状菌,并且各杆状菌的一端均指向颗粒污泥的中心,形成有规律的结构。这一现象在厌氧颗粒污泥也曾被发现过。作者将这一现象解释为:由于受DO 浓度和颗粒粒度的限制,好氧颗粒污泥的内部存在较大的缺氧区,故其结构与厌氧颗粒污泥相似。

采用光电扫描显微镜可观察到颗粒污泥是由酵母菌菌丝及吸附于其上的大量细菌缠绕而成的

[4]

。

经鉴定,该酵母菌属于地霉菌属(G eotrichum sp .),然而,它究竟是仅仅作为颗粒污泥的“骨架”,还是对

第4卷第7期环境污染治理技术与设备

Vol .4,No .72003年7月Techniques and Equipment for Environ mental Pollution Control Jul .2003

COD的去除发挥着重要作用,目前还不得而知。

表1　好氧颗粒污泥与普通絮状污泥理化

特性的比较[2]

类别

比重

(g cm3)

含水率

(%)

SVI值

(mL g)

耗氧速率

(mg g·min)

颗粒污泥1.0068—1.007297—9820—451.27

絮状污泥1.002—1.006>99100—1500.8

3　颗粒污泥的培养条件及影响因素

3.1　污泥沉降时间(SRT)

控制较短的SRT有利于将沉降性能较差的絮状污泥淘洗出去,实现颗粒污泥的选择性培养。

但是,如果SRT太短,会导致系统的稳定性遭到破坏,污泥大量流失,出水水质变差,系统处理能力下降。J.J.B eun[1]在HRT为6.75h,表观气速为0.41c m s时,对比了最小临界污泥沉速由0.33cm s 变化到0.67c m s时形成的颗粒污泥的情况:颗粒污泥平均直径由4.6mm下降到2.1mm,COD负荷由7.5kg m3·d下降到2.5kg m3·d,而且后者出水中污泥微粒的平均直径竟达1.2m m。

3.2　水力剪切力

较高的水力剪切力有利于颗粒污泥的形成。通过不同表观气速(分别取3.6cm s、2.4c m s、1.2cm s、0.3cm s)的四个SBR对比试验发现[5]:同样的污泥接种量条件下,两个星期后,污泥量浓度分别为6.9g MLSS L、6.5g MLSS L、5.4g MLSS L,而最后一个仅为1.4g MLSS L。接种污泥的SVI值为205mL g,形成颗粒污泥后,前三个反应器的SVI均降到了55mL g左右,而最后一个的SVI值仍高达170mL g。

同时,作者还发现:水力剪切力与细菌表面疏水性能之间有密切的关系,而疏水性结构是细菌和细菌间相互聚合的关键。观察得知,形成颗粒污泥前后,表观气速较大的三个反应器中,细菌表面疏水性由50%上升到80%左右,而第四个反应器的表面疏水性反而有所下降。

水力剪切力还会对污泥的生理活动产生影响。当水力剪切力较大时,新陈代谢产生的能量主要被用于生理反应产生多糖,而非用于增加污泥的数量。多糖能够促成细胞间的凝聚和吸附,对于保证颗粒污泥结构的完整性起到了关键的作用。当然,水的剪切力也不宜太大,培养颗粒污泥时,应当控制适当的条件。

3.3　碳　源

分别以醋酸盐、葡萄糖为碳源做平行试验发现[6]:对形成颗粒污泥来说,醋酸盐相较葡萄糖是更佳的碳源。曝气两个星期后,前一反应器中,丝状菌已几乎不存在,而以葡萄糖为碳源的反应器中,丝状菌还占主导地位。这证实了Chudoba[7]的观点:大分子的碳水化合物有利于丝状菌的生长。三个星期后,在两种底物的反应器中均形成了成熟的颗粒污泥,但以葡萄糖为碳源的颗粒污泥表面有明显的绒毛,通过扫描电镜观察发现,以醋酸盐为碳源的颗粒污泥比另一种颗粒污泥致密得多,且前者由杆状菌构成,而后者内层主要是球状菌,外层由杆状菌和丝状菌构成。

按照碳源的消耗情况,曝气过程分为两个连续阶段[6]———外碳源降解阶段和内源碳降解阶段。外碳源降解阶段,即外碳源从大量存在到被各种细菌消耗完毕;和内源碳降解阶段,此阶段异氧细菌均处于“饥饿”状态。Buitron[8]在研究降解时间和SBR循环的内在关系时发现:第一个阶段仅仅占了整个曝气时间的15,另45的时间段为内源碳降解阶段。内源碳降解阶段对于细菌间的聚合和吸附起到了积极的作用。这是因为在“饥饿”状态下,细菌的疏水性增强,而疏水性有利于颗粒污泥的形成。

3.4　D O浓度

溶解氧浓度过低,污泥内部将处于厌氧状态,从而抑制污泥颗粒的进一步增大,所以溶解氧浓度的供给是颗粒污泥生长的限制因素。但是,Feng Dang-cong等[3]在研究中发现:当控制DO于0.7—1.0 mg L之间时,原有的微小颗粒逐渐解体,SVI由100—150mL g上升到150—200mL g,然而经过一个月的低DO的驯化,颗粒化又逐渐恢复,SVI值又下降为80—100mL g,同时系统保持了较强的硝化活性,NH+3-N和TN去除率分别达到95%和60%。这一现象作者未给予合适的解释。

4　好氧颗粒污泥的形成机理

Scuras等[9]将颗粒污泥的形成过程划分为三个阶段(见图1)。

当接种污泥为絮状污泥时,颗粒化过程描述如下[1]:首先,在较短的SRT和较高的水的剪切力的冲击下,絮状细菌大量流失,真菌类(包括霉菌和酵

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7期谢　珊等:好氧颗粒污泥的性质及其在脱氮除磷中的应用