好氧颗粒污泥在工程中的应用

(河北建筑工程学院 河北 张家口 075000)

城市生活污水具有水质组成复杂，且呈现有机负荷不稳定，且水中夹杂着大量悬浮杂质等特点，现阶段在工程上常用的为传统活性污泥法是以絮状污泥形态存在，抗冲击负荷能力弱、容积负荷低、沉降性能差、剩余污泥量大、占地面积大，且出水悬浮污泥含量较高，因此需要额外的沉淀设施去除悬浮污泥以达到排放标准。而在后来的发展当中，人们观察到UASB反应器当中只会产生很少的剩余污泥，且其中的污泥沉降性能优于絮体污泥，原因为其中厌氧污泥以颗粒状存在于反应器当中，因此提出了在常规污水处理中引入颗粒污泥的设想，也就是好氧颗粒污泥。

一、好氧颗粒污泥的特性

(一)好氧颗粒污泥降解污水机理。好氧颗粒污泥当中是由微生物的自凝聚现象而成的，好氧颗粒污泥中含有种类繁多的微生物种群多种多种微生物，营养物进入好氧颗粒污泥内部需要克服传质阻力，DO从颗粒外部经表面空隙传递到颗粒内部(指颗粒外部和颗粒核心部之间的地带)，形成DO梯度，在颗粒核心部形成缺氧区，在颗粒内部形成厌氧区。好氧颗粒污泥由于其特殊的结构特征，所以颗粒中会产生丰富的生物相，也正是有了这些复杂的生物相存在于好氧颗粒污泥当中，使得好氧颗粒污泥能在高效脱氮除磷以及高效降解有机物方面发挥作用。

(二)好氧颗粒污泥的影响因素

1.接种污泥。培养好氧颗粒污泥之前需要接种污泥，在接种污泥的选择上，需要选择污泥活性、沉降性能以及污泥浓度较好的污泥作为接种污泥，从目前关于颗粒污泥的研究来看，接种污泥的类型包括好氧絮状污泥、厌氧颗粒污泥、好氧颗粒污泥等；接种污泥的性质如接种的污泥中含有的具有较高疏水性的微生物的多少，接种污泥中的微生物的生长速率的快慢等，而这其中厌氧颗粒污泥能最快培养出好氧颗粒污泥[1]。

2.水力剪切力。水力剪切力在污泥逐渐颗粒化当中起着关键性的作用，水力剪切力能将结构不紧密的絮状污泥冲散，然后在反应器排水时随水流离开反应器，而结构紧密沉降性能好的好氧颗粒污泥则会继续留在反应器内，则经过水力剪切力一次次的筛选，可使得沉降性能好，结构密实并且表面较为光滑的颗粒污泥留在反应器当中[2]。

3.底物组成。大量文献[2、3]提到不同底物条件下,培养出的好氧颗粒污泥的外形也有所不同,但是由于反应器运行条件、污泥负荷等个体因素的不同,人们得出不同的结论。本试验与上述结论正相反,采用葡萄糖培养的好氧颗粒污泥少见丝状菌,而采用醋酸盐培养的好氧颗粒污泥却易发生丝状菌污泥膨胀。

4.有机负荷。不同的有机负荷率使得微生物量、比重和SVI不同,好氧颗粒污泥的物理性能随有机负荷的升高而降低。增加有机负荷可以增大微生物生长速率,却降低了微生物聚体三维结构的强度[7]。

二、好氧颗粒污泥在工程当中的应用

(一)好氧颗粒污泥在连续流反应器。SBR反应器周期性进水、反应、沉淀、排水的过程能够轻易实现污水中底物充足、匮乏的交替;剪切力和短沉淀时问等生物选择压可有效促进胞外聚合物(EPS)的分泌,有利于好氧颗粒污泥的快速形成,是培养好氧颗粒污泥最为成功的途径。现阶段好氧颗粒污泥一般是在实验室中SBR反应器当中实现的，但如能在连续流反应器中培养好氧颗粒污泥并实现稳定的运行，对现有污水处理设施升级改造和好氧颗粒污泥大规模推广应用均具有积极作用。

(二)膜生物反应器。膜污染会造成膜通量下降，频繁的更换膜会增加运行成本，严重制约膜生物反应器(MBR)大规模推广和应用。已有研究证明，在好氧颗粒污泥培养过程中添加适量的钙盐和铁盐有利于形成坚硬的颗粒核心[3]，使好氧颗粒污泥能够长时间稳定的存在于连续流反应器当中。但是在MBR反应器中投加金属离子可能会加剧膜污染,因此大多研究者都是先在SBR中将好氧颗粒污泥培养成熟,再接种至MBR反应器中运行调整,但这样不仅操作繁琐且运行效果并不理想。

(三)对畜牧业废水的处理。随着中国城镇化的不断加快，畜牧业也得到了快速发展，而随之带来的是牲畜产生大量的污水，这些污水当中各项污染物的指数都非常高，且这些污水中掺杂着大量抗生素，使得传统活性污泥法无法使用，实验证明，好氧颗粒污泥处理沼液过程中仍可保持其自身优势特性，颗粒体仍可保持较好的紧密度。牲畜所产生的污水所含高浓度基质不仅没有破坏颗粒体结构,反而强化了颗粒污泥的结构强度,这是因为养殖废水中较高钙镁离子含量,钙离子通过结晶作用可有助于高强度好氧颗粒污泥的形成,而且在氮素营养盐充足条件下脱氮微生物可实现对磺胺类抗生素的高效降解。

三、存在的问题及应用前景

(一)存在的问题。目前，好氧颗粒污泥在国内仍处于实验室阶段，在国外，好氧颗粒污泥有已经有工程实例，如荷兰Nereda污水处理技术则是一种基于好氧颗粒污泥的新型污水处理技术，现阶段制约好氧颗粒污泥在工程中大量应用是由于其对环境还有培养条件的严格要求，并且在传统污水处理中无法提供足够的水力剪切力，使得无法形成颗粒污泥，并且污水处理厂进水水质情况在一天之内也有很大的波动，这对颗粒污泥的形成是不利的，且污水厂的曝气设施不会和实验室中的曝气设备一样实现对水中充氧和水力剪切力的精确控制，这样的环境下对好氧颗粒污泥的生成是极为不利的。

(三)应用前景。好氧颗粒污泥在处理有毒有害物质方面比传统的污水处理工艺更具有优势，由于其特殊的结构细菌能粘附在颗粒污泥上、也能为微生物提供固着点，这样就能高效的降解有毒有害物物质而不会使得结构失稳；随着近几年纳米材料和印染材料的广泛应用，而产生的污水中也会带有纳米级、高色度的污染物，如通过传统活性污泥处理，则会产生较多残留，水中的色度也得不到降低，颗粒污泥由于其多孔的结构能吸附并分解这些纳米级的污染物[5]。另一方面,将好氧颗粒污泥与反硝化除磷工艺结合,降低系统能耗、强化生物除磷能力;对剩余污泥中胞外聚合物充分的提取与利用、资源回收和污泥管理,将会为好氧颗粒污泥工艺潜在的优势。