连续流培养好氧颗粒污泥研究进展

付香云,余 诚,王凯军,马金元,刘 敏

连续流培养好氧颗粒污泥研究进展

付香云,余 诚,王凯军*,马金元,刘 敏

(清华大学环境学院,环境模拟与污染控制国家重点实验室,北京 100084)

好氧颗粒污泥(AGS)因其沉降性能好,生物量高,抗冲击能力强等优点而受到青睐.相比于传统的序批式反应器(SBR),连续流AGS技术具有易于操作控制以及匹配实际污水厂的大水量,连续流的优势,因而更具有研究价值和应用潜力.通过文献分析和整理,归纳了连续流AGS技术面临的挑战,总结了连续流培养AGS的研究现状和经验教训,并对未来的研究方向进行展望,以期进一步推进连续流AGS技术的实际应用.

好氧颗粒污泥；连续流；培养策略；选择压；饱食饥饿

近年来,好氧颗粒污泥(AGS)在污水处理领域引起了广泛关注.与传统活性污泥相比,好氧颗粒污泥具有沉降性能好,生物量高,抗冲击负荷能力强等优点,是一种极具发展前景的污水处理技术.

1997年,Morgenroth等[1]使用序批式反应器(SBR)成功培养出AGS,之后几乎所有研究都局限于SBR[2].2021年6月10日,在Web of ScienceTM数据库中检索“aerobic granular sludge”,得到相关文献近4020篇,其中95%以上是在SBR中开展.SBR被认为是促进颗粒污泥化的理想反应器,其沉淀时间短,间歇进水改善污泥沉降性,营造饱食期和饥饿期,为污泥颗粒化提供良好条件[3].因此,目前序批式AGS技术被广泛研究乃至实际应用.推广较好的Nereda®已经被应用于荷兰,葡萄牙等国的40余座污水处理厂[4-5].然而,Nereda®的充排时间短,对泵送系统的要求较高,适用于水量较小的污水处理系统.而现阶段普遍是大规模污水处理,且大多数为连续流系统,相较于将现有连续流水处理流程改造为SBR,在现有的连续流基础设施中培养AGS能显著节省改造成本,更具有研究价值和应用潜力.此外,连续流运行方式的工艺操作和控制均优于SBR,其运行和维护更方便.因此,近年来,针对连续流反应器(CFR)中的AGS研究呈上升趋势.

连续流AGS研究在形成条件,工艺运行控制等方面取得了一些进展,但仍在颗粒化及长期稳定运行方面面临挑战[6-7].因此,本文详细总结了AGS的培养理论,梳理了连续流AGS的研究现状,分析了连续流AGS发展过程中的经验和教训,最后对研究方向进行展望,以期为连续流AGS的研究和推广应用提供支撑.

1 AGS的培养理论

1.1 AGS的形成机理

Beun等[8]提出丝状菌起到固定化聚集生长的框架作用.微生物附着于框架并不断生长,颗粒表面的丝状菌在剪切力作用下脱落,颗粒变得更加密实.粒径过大的颗粒由于内部氧的限制而发生溶解,颗粒碎片沉降下来并保留在反应器内继续生成颗粒污泥.但是,对AGS的微观观察并不总能发现丝状菌,AGS内的微生物主要是杆菌或球菌.Peng等[9]认为胞外聚合物(EPS)在颗粒化过程中发挥重要作用.首先是一些微小个体附着生长,然后细菌由于EPS的黏结作用被固定,形成微小颗粒的絮体,最后是大量微生物在EPS的作用下形成颗粒污泥.然而,并没有证据表明EPS是好氧颗粒化的决定因素,大量的试验结果只是表明EPS有促进作用.Hulshoff Pol发现几乎在所有实验中,污泥总量方面表现出非常相似的冲洗淘汰现象:随着有机负荷逐步提高,系统内污泥量减少,污泥流失;随着颗粒污泥的形成,系统内的污泥量逐渐恢复[10].由此提出了选择压理论,即颗粒化过程的本质是污泥颗粒的连续选择过程.Beun等[11]认为首先是细小颗粒污泥,丝状菌和污泥絮体在反应器内混合生长,增加水力选择压以保证颗粒污泥不被悬浮污泥淘汰,在沉淀过程中沉速大的颗粒污泥沉淀下来,而丝状菌和污泥絮体被排出反应器;被截留的AGS在后续水力剪切力作用下不断生长成熟.

1.2 AGS颗粒化的影响因素

截止目前,关于AGS颗粒化影响因素的研究主要在SBR中进行,了解SBR中颗粒化的影响因素对理解连续流AGS技术非常必要.SBR中被广泛讨论的影响因素有:基于沉降速度的选择压,周期性的饱食-饥饿循环,曝气引起的剪切力作用,基质组成和有机负荷等.

基于沉淀速度的选择压是SBR中污泥颗粒化的决定因素[12].颗粒污泥的沉淀速度大于絮状污泥,通过逐渐缩短沉淀时间,选择沉淀性能好的聚集体,淘汰沉降性能差的絮状污泥.有研究报道,在沉淀时间为30min的SBR中没有形成AGS[13],而实际生产中,Nereda®工艺在沉淀时间为30min的情况下也实现了污泥颗粒化[5].这可能是由于Nereda®是一种特殊的深槽工艺,有更大的沉淀高度,允许更长的沉淀时间[7].除了选择出沉降性能较好的污泥外,利用沉速选择压还促进EPS的产生,提高细胞表面疏水性[14].

饱食-饥饿交替循环是污泥颗粒化过程的重要因素.SBR的周期运行开始于营养物充足的饱食期,结束于营养物质受到限制的饥饿期.在底部进水且有一定高度的反应器中(如Nereda®工艺[5]),饱食-饥饿还表现为从进水到出水方向的基质浓度梯度.饱食-饥饿交替可以诱导EPS分泌,增强微生物细胞表面的疏水性,从而促进细胞形成聚集体[15-16].值得关注的是,即使由SBR提供了饱食-饥饿交替,如果沉淀时间很长(如30min),也不会形成AGS[13],这说明了沉淀速度选择压的必要性.

水力剪切力对AGS形成和结构有重要影响[8,17]. Tay等设计4个SBR的气速从0.3cm/s到3.6cm/s变化,高气速的反应器在第11d有颗粒污泥产生,而低气速的反应器内没有观察到颗粒污泥产生[8].因此,剪切力对AGS形成有重要作用.大高径比升流式反应器的结构形式所造成的水力条件有利于颗粒化[18],提供的水力剪切力将好氧颗粒剪切成规则的球形[13].同时,高的水力剪切力有助于去除堆积在颗粒表面的快速生长的丝状菌[6,19],对形成更规则,更密实的颗粒污泥有利.剪切力也被证明可以诱导EPS的分泌[20],增强细胞表面的疏水性[14].

基质类型影响颗粒化进程和颗粒性质.进水中不溶性颗粒有机物占主导时,好氧颗粒化受到抑制[21],延长厌氧时间有利于颗粒物的水解和有机基质的利用[21-22].除了影响颗粒化进程,基质类型还会影响颗粒污泥的性质.不同类型的基质中均培养出了AGS,已经公认醋酸盐会促进密集聚集体的形成[23],而葡萄糖和其他易降解COD则会导致丝状菌过度生长而不利于颗粒化[24].Beun等[8]的研究则表明使用足够高的水力剪切力和较大的溶解氧浓度,可以在易降解COD基质中实现颗粒化.Pronk 等表明,易降解COD在厌氧阶段被缓慢生长细菌转化,是使用易降解COD培养AGS的必要条件[25].

有机负荷(OLR)[26]和溶解氧(DO)也有不同程度的影响.好氧颗粒化可以在较宽的OLR范围内(2.5～15gCOD/(L·d))实现[14].OLR影响颗粒化的时间及颗粒结构,较高OLR会更快形成大而疏松的颗粒,较低OLR会较慢形成小而致密的颗粒[14,27].DO在0.7～6.0mg/L均有成功颗粒化的经验[13].低DO环境会形成厌氧核心[14],DO为1～2mg/L时,DO在污泥颗粒内的扩散深度约为100μm,粒径更大的颗粒内部将进入厌氧状态.短期内(如数周),厌氧状态并不影响颗粒污泥的强度和稳定性[1].但是,随着运行时间的延长,AGS的活性和结构会发生退化.Morgenroth等厌氧实验至130d后,COD去除效率从87%降低到56%.同时,颗粒污泥含量减少,开始形成絮状污泥[1].同样,在Mosquera-Corral等[28]的研究中,当氧饱和浓度被降低到40%时,颗粒密度降低甚至崩解.

AGS形成的过程很复杂,是以上因素甚至更多因素共同作用的结果.截止到目前为止,尽管在这方面开展了大量研究,也仍不明确AGS形成的具体机制.

2 连续流AGS的研究现状

SBR中好氧颗粒化经验非常丰富,但其复杂的排序批量操作模式和高昂的工程改造成本阻碍了颗粒污泥技术的实际应用,因此,实现AGS在连续流条件下稳定运行具有研究和应用价值.但CFR与SBR培养条件迥异,连续流AGS技术面临以下3方面的挑战:

第一,应用沉淀速度选择压的难度大.SBR中控制沉淀时间选择性地保留沉降性能好的污泥,是污泥颗粒化的驱动力.然而,CFR没有单独的沉淀阶段,即使在CFR中设计类似于SBR的沉淀时间,由于连续的水流干扰,颗粒也很难沉淀,仍需要额外的污泥筛选措施[29].最有效的办法是设计一种连续分离快速沉降污泥的方式.已有的众多设计,结构复杂,策略繁琐,无法在实践中实现[30-32].设计基于沉淀速度的高效选择方法是目前的主要难点.第二,难以创造饱食-饥饿循环.CFR中底物浓度通常很低[33],絮状污泥和丝状菌在低基质浓度下的竞争力大于颗粒污泥,在反应器中占主导地位[30-31].向CFR接种成熟颗粒污泥时,低基质浓度限制基质扩散进入颗粒核心,颗粒发展成疏松结构,甚至崩塌[29,34].第三,颗粒污泥回流造成颗粒破坏.SBR的污泥始终被截留在同一个反应器中,不涉及污泥回流.部分CFR研究设计了外部沉淀池截留AGS,需要将沉淀区的颗粒污泥回流到反应区.颗粒污泥在回流泵送过程中可能被破坏,显著影响连续流系统的稳定性.

一些研究克服上述困难,也测试了其他创造性办法,成功在连续流条件下培育出颗粒污泥.颗粒化的产物可分为3种类型:厌氧氨氧化AGS,丝状AGS和常规AGS[7].厌氧氨氧化AGS被用于部分硝化-厌氧氨氧化(PN/A)过程[35].丝状AGS是由于丝状菌和微生物的碰撞,缠绕而形成,不需要基于沉淀速度的选择压,所以沉淀性能差.例如,Chen等[36]人的研究中,生成的颗粒污泥SVI超过100mL/g.常规AGS是废水处理中最常见的,其形成依赖于应用的选择压力,具有沉淀速度快,结构紧凑,形状清晰等优点,本文将重点介绍常规AGS的连续流颗粒化成果,包括上述三大难点的对策和其他因素对连续流颗粒化进程的影响.

2.1 连续流颗粒化的选择压

通过文献调研发现,选择压仍然是连续流好氧颗粒化的必要条件.连续流中的选择压存在两种形式:沉淀速度选择压和颗粒粒径选择压(表1).不同研究的设计思路不同,应用选择压的实验设计也千差万别.

2.1.1 沉降速度选择压 连续流中沉淀速度选择压可借助于内部分离器(区)或外部分离器.内部分离器通过设计巧妙的隔板实现.Xin[37-39]等(图1a),沈耀良等[40-41]应用隔板将反应器的曝气区和沉降区分开,减少曝气对颗粒沉降的干扰,使颗粒污泥被截留.Liu等[31]设计了一种内循环气升式反应器,底部为气提式反应器(ALR),上部为鼓泡塔(图1b),优点在于下部隔板强化液体循环,将颗粒污泥滞留在反应器下方.内部分离的另一个例子是三相分离器(图1c)[30,42-44],其设计来源于UASB.连续流出流时颗粒污泥被三相分离器阻挡,流向反应器的侧面,实现污泥的筛选.Zhou等[34]用带三相分离器的连续流ALR培养12d实现颗粒化,但在实验第35d发生了污泥膨胀.除内部分离器以外,有研究在氧化沟中设计内部沉淀区实现污泥颗粒化.Xu等[45]设计了带沉淀区的氧化沟,实现了生活污水的颗粒化.Li[32]等在氧化沟中通过可调节的挡板控制沉降时间,并设计斜板便于颗粒污泥沉降.120d后培养出平均粒径0.6mm,沉降性能优异(SVI=44mL/g)的颗粒污泥.

除上述内部分离器(区),外部分离器也被用于选择颗粒沉淀速度.Long[46-47]等人引入斜管及带垂直挡板的沉淀池(图2a),混合污泥在斜管内上升的过程中即起到一定的污泥截留作用,沉淀池进一步筛选截留污泥并回流到反应器中.Li等[29]采用多个出水口的外部沉淀池(图2b),通过减小沉淀高度逐渐缩短沉淀时间,进而淘汰沉淀速度低的污泥.

有研究团队报道,连续流好氧颗粒化驱动力是剪切力,而不需要基于沉淀速度的选择压力[48].然而,该团队系列的研究是在带三相分离器的气提式反应器中完成,三相分离器本身就提供了一种基于沉淀速度的选择机制,因此,认为驱动力是水力剪切力这一论断不具有说服力.

图1 利用沉淀速度选择压的内部分离器

图2 利用沉淀速度选择压的外部分离器

2.1.2 颗粒粒径选择压 基于颗粒粒径的选择压是利用筛网对颗粒进行筛分,颗粒大的污泥被截留,粒径较小的污泥或絮状污泥则随水流走.Liu等[49]运行了3个反应器:利用沉速选择压的SBR,利用颗粒粒径选择压的CFR1(图3),同时利用沉速选择压和颗粒粒径选择压的CFR2.结果显示,相比于SBR, CFR更快地达到稳定的颗粒化程度,并且颗粒较大,但颗粒的沉降性能稍差.这一筛分策略的优势在于,大颗粒将占主导地位,塌陷的死亡细胞会被排出系统,但沉降性能差的大颗粒污泥也会被截留.

图3 基于颗粒粒径选择压的连续流反应器[49]

表1 应用选择压的连续流AGS研究

续表1

表1注:*该连续流AGS研究应用基于颗粒粒径的选择压,表1中其他文献均应用基于沉淀速度的选择压;Ⅰ曝气区1.7L,沉淀区0.6L;Ⅱ底物浓度过低使菌胶团生长受到抑制,丝状菌大量繁殖,导致污泥膨胀,最终污泥大量流失,颗粒污泥破碎,装置未能长期稳定运行;ⅢCSTR容积18L,沉淀池容积4.5L;Ⅳ 20d后将SBR絮凝污泥接种到连续流中;Ⅴ活性污泥和剩余污泥制成的微粉,于第32～72d加入;Ⅵ厌氧区水力停留时间2.4h,好氧区水力停留时间3.6h;Ⅶ SBR有效容积6L,MBR有效容积9L;Ⅷ好氧区有效容积20L,沉淀区有效容积2L,厌氧区有效容积12L;Ⅸ好氧区DO=5mg/L,缺氧区DO<0.15mg/L;Ⅹ好氧区DO=5mg/L,厌氧区DO<0.05mg/L.

2.2 创造饱食-饥饿条件

小试规模的连续流颗粒化实验中,创造饱食-饥饿交替并不常见,部分体量较大的研究有意地创造该条件(表2).Li等[56]使用了逆流折流板反应器(有效体积120L),进水端底物丰盛,经过反应器的长流道,COD和其他营养物质被消耗,在出水端为饥饿区.在一个总周期为4h的试验中,2h为正向流动,2h为反向流动,实现饱食和饥饿的循环.利用城市污水在21d内形成了AGS,并稳定至实验开始后的135d. Long等[46]也采用了类似的正反循环创造饱食-饥饿条件.有效体积为24.2L的连续流反应器被等分为两部分(图2a, R1和R2),循环时间为4h,前2h,R1进水R2出水,后2h,R2进水R1出水,以此实现两个反应器内的饱食-饥饿循环.实验结果表明,有机负荷为15gCOD/(L·d)时,接种的成熟AGS在CFR中稳定了65d[46].

Corsino等[57]通过间歇进水创造饱食-饥饿的条件,并观察接种的成熟AGS的变化.无间歇进水时,AGS迅速失去结构完整性,形成松散蓬松的微生物聚集体.间歇进水的条件下,颗粒没有破裂,但由于缺少水力选择压,新的颗粒也没有形成.Li等[58]通过动态进水策略为连续流创造饱食-饥饿条件.在该研究中,试验被分为4个阶段,4个阶段的“动态”体现在峰流量和正常流量,以及各自持续时间的不同.通过上述动态进水策略和曝气控制,在连续流反应器中利用生活污水培养出结构紧凑,粒径稳定的AGS. Sun等[59-61]将多个全混式反应器串联近似为活塞流反应器(PFR,总体积128L,图4),实现PFR前端饱食区,后端饥饿区.PFR运行90d后达到了持续好氧颗粒化的稳定状态.这些研究为解决连续流创造饱食-饥饿条件提供了参考.

图4 推流式反应器中创造前端饱食,后端饥饿条件[59]

表2 应用饱食饥饿的连续流AGS研究

注:Ⅰ缺氧段DO:0.6～1.8mg/L,好氧段DO:1.8～3.2mg/L;Ⅱ运行94d后粒径达到2～4mm;Ⅲ由4个相同的反应器组成,每个反应器有效容积6.16L;Ⅳ 12.4 / 4.1 / 2.1分别为各串联反应器(4室 / 6室 / 8室)中颗粒粒径(单位: mm);Ⅴ固体滞留时间(SRT)根据PFR中的出水TSS和平均MLSS估计.

2.3 颗粒污泥回流系统

利用外部分离器的CFR(如图2)需将沉淀区的颗粒污泥回流到反应区,但是回流设备可能破坏回流聚集体[32,56].Li等[29]使用蠕动泵进行污泥回流,然而有研究表明,蠕动泵工作过程中会碾压破坏预成型的颗粒[59].Li[32]在氧化沟内安装了无回流污泥泵的内滤池,不使用回流泵,有效保证AGS的完整.Zou等[52]采用了气提式污泥回流系统(空气流量0.1m3/h),Sun等[59-61]也利用一种空气驱动的污泥回流方式,将污泥回流到反应器前端,没有造成颗粒结构破坏.

2.4 水力剪切力

水力剪切力对连续流颗粒化的重要性存在一些争议.Zhou等[48]通过荧光标记观察了气提式反应器中颗粒化的动态过程,并得出颗粒形成是由于水力剪切力造成生物质不断分离,碰撞和聚集,分离的部分发展成颗粒核心,并认为剪切力作用于颗粒形态,最终形成致密,光滑成熟的颗粒.Chen等认为水力剪切力造成生物质碰撞,缠绕,是颗粒化的主要驱动力[36],可是最终形成的颗粒却不是常规的AGS.邱光磊等[63]认为膜分离区相对较强的水力剪切力是MBR中污泥颗粒化的主要驱动力.Zhou等[48]也认为剪切力是连续流好氧颗粒化的驱动力,但该结论的得出忽略了三相分离器提供的沉速选择压.另有研究提出,只要有足够的剪切力和丝状菌存在,AGS就有可能形成,但该研究设置了沉淀池对沉淀速度进行选择[50].所以水力剪切力的作用是否大于选择压还有待商榷.

不可否认的是水力剪切力对连续流AGS的特性(颗粒大小,强度)有显著影响.Sajjad等[64]研究表明,同等有机负荷的SBR中颗粒尺寸为0.8mm,而MBR中颗粒尺寸只达到0.2mm,分析了可能的原因:一方面连续流系统基质浓度较低,另一方面MBR中恒定曝气提供了较大的剪切力.Lee等通过超声波法测定,连续流条件下培养的颗粒比从SBR反应器中接种的颗粒具有更高的强度[65].

2.5 生物强化

表3 应用水力剪切力或生物强化的连续流AGS研究

注:Ⅰ先以SBR启动形成颗粒,再连续流运行;Ⅱ稳定运行55d后由于DO减少,颗粒塌陷;Ⅲ反应区容积1.5L,沉淀区容积0.3L;*表1 中参考文献[31][53]等,表2中文献[46][53]等也应用了接种成熟的AGS的策略,此表未列出

生物强化指人为地投加成熟AGS或特殊工程菌等强化污泥颗粒化,这在现阶段的连续流研究中较常见(表1,表3).接种成熟AGS以便于CFR快速启动是常用的策略.通常是在实验开始时一次性接种[29,31],如梁东博等[53]在连续流反应器中接种成熟AGS,并在不同温度下控制DO和NH4+-N比值实现连续流AGS短程硝化.李冬等[55]接种AGS后,在独立的缺氧池和好氧池组成的缺氧/好氧交替连续流系统中,探究曝气强度和HRT[54],混合液回流比和有机负荷对连续流系统的影响.实验期间整个系统稳定运行,AGS形态完整,沉降性能良好.一次性接种的方法在小试规模的实验中很容易实现,但却难以应用于中试或是实际生产,AGS接种至连续流系统后颗粒解体也被多次报道[51].Sajjad等[64]使用了一种连续的接种技术,即培养颗粒污泥的SBR与MBR并行运行,成熟的AGS被连续地接种到MBR,实现AGS工艺的快速启动,连续运行.接种特殊工程菌是另一种策略.Xin等[37]将反硝化菌TN-14接种到CFR中,使AGS在40d内快速形成.Wan等[66]在SBR培养的颗粒中接种了某种假黄单胞菌(),该菌在颗粒中富集,提高颗粒在连续流中的稳定性.除此以外,有研究使用无机载体(如活性炭)强化连续流颗粒化[67-68],但笔者认为生成的颗粒更接近于生物膜,而不满足AGS“自凝聚”的定义.

2.6 其他因素

温度对连续流AGS的影响体现在好氧颗粒化和颗粒性能两方面.已有研究温度多控制在20～30℃[29-31,49],Reino等[69]在10℃下成功实现好氧颗粒化,并且发现耐冷细菌产生的EPS能增强颗粒的稳定性,使其适应低温环境,但是低温下AGS的微生物多样性会减少.温度对颗粒性能的影响显著,Lee等将温度从28℃降至10℃时,观察到COD去除率从85%左右降低至26%[65].

污泥龄(SRT)和水力停留时间(HRT)是重要的参数[7].连续流好氧颗粒化的实验中,通常不会控制SRT(表1-3),但过长的SRT会引起丝状菌过度生长,使颗粒的沉降性下降[70].HRT对连续流AGS系统的影响更明显.连续流的HRT应尽量短,以保证冲洗淘汰絮状污泥并提升处理效率,但HRT过小会造成污泥流失,系统失稳.HRT还可能影响颗粒的性质,例如Qian[71]的研究中,HRT从2.0h降低至0.9h时,AGS的密实度提高,粒径增大(0.9mm增大至1.2mm).

连续流颗粒化的有机负荷率(OLR)范围大多在0.1～4.8gCOD/(L·d).在较高的OLR下,AGS也能够保持较好的稳定性,例如Chen等[72]逐渐升高OLR至31.3kgCOD/(m3·d),获得较好的COD去除效果(>90%),但进一步升高OLR至39kgCOD/(m3·d)时, COD去除率明显降低(<50%).龙焙等[47]将OLR从4.8kgCOD/(m3·d)逐渐增大至18kgCOD/(m3·d)后, AGS逐渐解体,各项理化特性在10d内迅速恶化,并最终导致系统崩溃.原因可能是,过高的OLR使得颗粒核心发展成死细胞甚至引起颗粒坍塌.

3 存在的问题与展望

为满足AGS实际应用的需求,连续流好氧颗粒化技术得到持续发展,现有研究存在局限性:(1)接种成熟AGS并研究其在CFR系统中稳定性的研究较多,而专注于CFR系统中原位培养AGS的研究相对欠缺;(2)研究多在实验室规模开展,向实际生活污水的过渡仍然缺乏.大多数实验研究采用模拟废水,且多在相对恒定的温度下进行,但实际污水厂进水水质,水量及温度都随季节波动,连续流AGS系统的长期稳定性也缺乏论证;(3)与SBR情况相似,大高径比柱式反应器被大量使用,而这种类型的反应器在国内主流的污水处理厂中很少使用.现有的污水厂处理设施能否通过工程改造,应用连续流颗粒化的技术,仍需探索.

基于现有研究的局限性,今后连续流AGS技术的发展方向应注重以下方面:(1)以实际生活污水为基质,在接种活性污泥的基础上实现连续流颗粒化,仍然有很多不明确的地方,归根到底是缺乏对AGS的颗粒化机理的研究.(2)连续流AGS的长期稳定运行问题.已有研究的运行时间有较大的差异,有连续流AGS稳定运行达390d[73],而有的只维持了十几天.大部分研究的实验在颗粒形成后的60d内结束,缺乏连续流AGS长期稳定性的研究.是否能结合1年中的水温水质变化,调整培养策略,以实现连续流AGS的长期稳定性是潜在的研究方向.(3)如何促进连续流AGS的实际应用. 大多数实际污水处理厂均以连续流方式运行,因此连续流AGS的实际应用意义重大.要实现这种生产性应用,其一,要实现实际流态下的饱食-饥饿交替的基质条件.已经有一些研究提出了可行的办法,仍需要更多的研究在实际生产中模拟重现.其二,是选择压力的应用.本文中涉及的大部分文献是在小试规模,且主要在柱式反应器中应用选择压力,这些经验如何应用到实际的污水处理反应器还需要进一步探讨.

4 结论

对连续流AGS认识和应用已有重大进展,基于沉淀速度/颗粒粒径的选择压力是连续流颗粒化的主要驱动力,饱食-饥饿交替的基质条件发挥重要作用.其他因素,例如水力剪切力,菌种投加,有机负荷等,共同作用于颗粒化过程,影响颗粒污泥的性能.成功颗粒化的研究几乎都报道了AGS良好的性能,实际生活污水中也成功驯化出AGS,展示了连续流AGS技术的潜力.但目前为止,尽管开展了大量研究,序批式和连续流研究中的颗粒化机理都不明确,长期稳定运行方面仍面临挑战,生产规模的应用也需要进一步推进.

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Research advances on continuous flow aerobic granular sludgecultivation.

FU Xiang-yun, YU Cheng, WANG Kai-jun*, MA Jin-yuan, LIU Min

(State Key Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control , School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China)., 2022,42(4)：1726～1736

Aerobic granular sludge (AGS) has attracted much attention for its excellent settleability, high biomass concentration and outstanding performance in resisting shock loading. Compared with traditional sequencing batch reactor (SBR), continuous flow reactor (CFR) has the advantages of easy control, moreover, matching the scale and continuous flow mode of most actual sewage plants. Therefore, continuous flow aerobic granulation technology is more feasible for widespread and application. Through literature analysis and organization, the challenges of continuous flow AGS technology was summarized. In order to further promote the practical application of continuous flow AGS technology, this work provided the current advances on continuous flow AGS cultivation, combed the experiences and lessons and finally proposed the future research directions.

aerobic granular sludge；continuous flow；training strategy；selection pressure；feast and famine

X703

A

1000-6923(2022)04-1726-11

付香云(1998-),女,四川成都人,硕士研究生,研究方向为废水生物处理技术.发表论文2篇.

2021-09-16

国家科技重大专项(2018ZX07105004,2017ZX07102-003)

*责任作者, 教授, wkj@tsinghua.edu.cn