好氧颗粒污泥处理高氨氮废水的研究进展

李伟健，苏雷，赵子萱，李倩倩

（沈阳城市建设学院市政与环境工程系，辽宁 沈阳 110167）

高氨氮废水中的氨氮是水体富营养化和环境污染的重要物质，引起水中藻类及其他微生物大量繁殖，使污水脱氮问题成为水污染防治中较为广泛的关注热点。因传统的脱氮工艺对高氨氮废水作用不高，好氧颗粒污泥[1-2]作为污水生物处理一项新技术具有较高的生物量和生物多样性、较高的有机负荷，还有强抗冲击能力，还解决了传统活性污泥易发生膨胀的异常情况。学者们纷纷开展好氧颗粒污泥技术处理高氨氮废水研究，并取得良好的效果。本文介绍了近几年好氧颗粒污泥的快速启动方法和处理高氨氮废水的影响因素。

1 好氧颗粒污泥的快速启动方法

1.1 外压法

刘浩[3]研究了外压法快速启动好氧颗粒污泥。外压法能使活性污泥在外力作用下快速脱水，可以使微生物胞外聚合物（EPS）凝聚成比较大的颗粒从而节约了污泥疏水自凝聚和成长的时间。45 d 的驯化之后，好氧颗粒污泥对COD、铵态氮及TN 的去除率分别达到93.5%、89.2%、66.5%，而且对亚硝酸盐积累一向保持在76%附近。

1.2 提前加入好氧颗粒污泥

沈祥信[4]等指出提前投入少量已经成熟好氧颗粒污泥能加快好氧颗粒污泥在反应器中生成。他们以活性污泥曝气池中的絮状活性污泥为种泥，然后用生活污水，用显微镜观察颗粒的形态和粒径。研究结果表明，预先加入一些成熟好氧颗粒污泥能很快生成好氧颗粒污泥。这次研究对比了提前加入和不加入成熟好氧颗粒污泥对反应器内好氧颗粒污泥形成的影响。

1.3 连续流反应器快速培养颗粒污泥

郭匡楠[5]研究了连续流反应器快速培养颗粒污泥。在实验开始前安装一个网板反应器使好氧颗粒污泥形成得更快，以网绳为微生物的载体，然后会出现水流流动和曝气气泡上浮，这使网绳抖动产生了压力。网绳没有受到规则的压力就开始抖动，这样就能控制好微生物生长与脱落在网绳的载体上。脱落的微生物在下一阶段好氧颗粒污泥反应区中起重要作用，从而促使好氧颗粒污泥快速形成。同时，由于网绳抖动连续脱落大量微生物膜碎片，提供给其他微生物附着、繁殖的核心且密度大。在反应区不需要过多空气作为凝聚水力条件的动力，所以可控制较小的气水比，降低能耗。在这些污水处理过程中，网绳一直提供颗粒凝聚中心的作用，因而形成的好氧颗粒污泥也容易保持稳定运行的状态。

1.4 增设网绳反应器

李乐卓[6]研究了在连续流组合式反应器中快速培养好氧颗粒污泥。在反应器中增设网绳以促进好氧颗粒污泥的快速启动，首先利用Fluent 软件和RNGk-ɛ模型选取最佳水力控制参数，然后分析了棉纶、尼龙6、PE、尼龙66 材质的网绳对颗粒污泥快速成粒的影响。试验结果表明，气水比为8∶1、进口流量为80 L·h-1时，可获得较高的水力剪切力，对污泥颗粒化具有一定的促进作用，装有尼龙6 网绳材质的反应器能更好稳定运行好氧颗粒污泥，使得出水指标CODcr、BOD、SS、TN、TP、氨氮和色度均能够满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B 排放标准。

1.5 逐步缩短污泥沉淀时间

王琳[7]等研究表明，在好氧颗粒污泥的培养过程中采用逐步缩短沉淀时间的方法，在20 d 左右成功启动了好氧颗粒污泥系统，反应器内的混合液质量浓度可达到6 000～8 000 mg·L-1，远高于普通活性污泥系统质量浓度，且形成的颗粒污泥沉降性能良好，具有较强的抗冲击负荷。

1.6 不同反应器类型培养好氧颗粒污泥

有大量研究表明，SBR 的运行模式有助于促进颗粒污泥的形成，以间接进水方式、短沉降时间等特点改善活性污泥的沉降性能，并创造良好的饱食-饥饿交替期环境。杨麒[8]等在SBR 反应器中成功培养出具有同步硝化反硝化能力的好氧颗粒污泥。曾玉[9]等在SBR 系统中采用间歇曝气的运行方式，实现好氧污泥颗粒化，粒径约为0.54 mm，COD、NH4+-N、TP 去除率均达到90%以上。也有研究发现，连续流反应器也能成功培养出好氧颗粒污泥[10]。李东[11]等研究了以成熟好氧颗粒污泥为种泥，在由缺氧池和好氧池组成的连续流系统中处理实际生活污水的效能。

1.7 选择压法培养好氧颗粒污泥

王强[12]等是以C6H12O6为底物，选择以普通活性污泥为接种污泥，在SBR 反应器中通过控制沉降速率在不同沉降性能污泥之间进行选择以造成选择压，对好氧颗粒污泥培育的可能性、污泥性质及其形成过程进行研究。通过不断提高SBR 反应器中COD 负荷，同时控制沉降时间，洗出细小分散污泥和絮状污泥，最终形成好氧颗粒污泥。

2 好氧颗粒污泥污泥处理高氨氮废水的环境因素

2.1 曝气量

黄国玲[13]等利用SBR 反应器观察好氧颗粒污泥处理高氨氮废水，讨论曝气量对高氨氮废水处理效果的影响。试验结果表明，当反应器里曝气量为75 L·h-1时，去除氨氮效果最佳，去除率为92.33%。而曝气量过小，使DO 不足且颗粒污泥沉降，进而硝化反应不大。曝气量过大，颗粒污泥被压缩且被剪切力破坏，使硝化反应受到限制。杨亚红[14]等通过增加曝气头个数快速培养好氧颗粒污泥，使高氨氮废水的去除率大大提高。徐颖[15]等研究了曝气量和曝气时长对好氧颗粒污泥活性恢复的影响。结果表明，曝气量时长为270 min、曝气量为0.2 m3·h-1的反应器对COD 的去除效果恢复最快，长时间的曝气和较大的曝气量有利于好氧颗粒污泥对COD 去除效果的恢复。曝气时长为150 min、曝气量为0.1 m3·h-1的反应器对氨氮去除效果恢复最快，既较短的曝气时间和较小的曝气量有利于好氧颗粒污泥对氨氮处理效果的恢复。

2.2 进水氨浓度

刘宏波[16]等研究了进水氨浓度对好氧颗粒污泥对高氨氮废水去除率的影响。结果表明，进水氨氮浓度达到0.80 kg·m-3·d-1时，颗粒污泥开始分解。当氨氮浓度过低时，好氧颗粒污泥无法正常生长。反应器对有机污染物和TP 的平均去除率为90%和70%，说明进水氨氮浓度提高对去除高氨氮废水的作用效果不明显，当进水氨氮浓度由0.48 kg·m-3·d-1提高到0.80 kg·m-3·d-1，反应器对氨氮和总氮的去除率由90%、80%下降到70%、50%。

2.3 温度

大量颗粒污泥是在良好的温度下养成的，如果是低温就不容易培养。KREUK[17]等研究结果表明，形状不规则的颗粒污泥是在8 ℃以下形成的，而且表面有丝状菌迅速生长，这就使得颗粒污泥的沉降性能恶化，并且颗粒污泥的反硝化能力和去除有机物的能力也都变差。卢然超[18]等研究了在SBR 反应器运行条件不同的情况下温度对好氧颗粒污泥生长的影响情况，研究结果表明颗粒污泥在22 ℃以上生长最好。暴瑞玲[19]等研究了温度对好氧颗粒污泥脱氮性能及颗粒稳定性的影响，在20 ℃时NH4+-N平均质量浓度为10.6 mg·L-1，去除率为82.6%。升高到26 ℃时，NH4+-N 逐渐降低到0.2 mg·L-1，出水NO2--N 质量浓度由0.1 mg·L-1增加到8.8 mg·L-1。

2.4 碳氢比

有研究表明，碳源不足不利于好氧颗粒污泥的形成，只是可以提高好氧颗粒污泥的疏水性。无载体好氧颗粒污泥在饥饿期EPS 不会通过内源呼吸被消耗掉，细胞表面的疏水性能保持不变。然而，CASTELLANOS[20]等和SANIN[21]等研究发现碳源不足对颗粒污泥微生物细胞的疏水性有很大影响，若长期缺乏碳源易导致好氧颗粒污泥系统运行失败。LIU[22]等认为保持好氧颗粒污泥稳定性，系统中最佳饥饿期应控制在3.3 h 左右。

2.5 进水控制模式

竺建荣[23]等研究了厌氧-好氧交替工艺中好氧颗粒活性污泥的培养和理化特性。在普通好氧曝气条件下，反应器内培养出了好氧颗粒活性污泥并且具有较高的耗氧速率和代谢活性，使反应器的处理负荷也随之提高。在试验中化学需氧量负荷达到1.2～1.5 kg·m-3·d-1，这一数值高于普通活性污泥法0.6～0.9 kg·m-3·d-1，也略优于吸附再生法0.8～1.2 kg·m-3·d-1，等于氧化沟负荷的3 倍，并且COD 和P 去除率一般均在90%以上。

黄健盛[24]等在SBR 系统中采用交替负荷进水，对比研究不同的反应运行模式对好氧颗粒污泥快速形成的影响。结果表明，与S1 反应器中进水-曝气-沉淀-排水的运行模式相比，S2 反应器中进水-曝气-停曝-曝气-停曝-曝气-沉淀-排水缩短了好氧污泥形成颗粒化的时间，形成了颗粒粒径更大，微生物量更丰富，MLSS 浓度更高，沉降更优良。此外，S2 反应器所培养的好氧颗粒污泥去除总氮和磷酸盐的效果更好，去除率分别可达94.35%和95%。王芳[25]等研究了SBR 系统运行模式，通过增加厌氧/好氧交替反应阶段次数运行方式缩短好氧污泥颗粒形成的时间，同时实现较高强度、良好脱氮性能的好氧颗粒污泥培养。

3 结 论

好氧颗粒污泥结构紧密，是沉降优良的微生物聚集体，在较高的生物量和在高容积负荷条件下具有降解高浓度有机废水的良好生物活性，因此其越来越受到更多研究者的关注。好氧颗粒污泥对畜禽养殖废水、垃圾渗滤液、皮革废水、焦化废水以及化肥厂废水等具有良好的去除效果，且相比较传统手艺更方便、简洁，使好氧颗粒污泥在处理高氨氮废水领域有良好的价值。如果温度、碳氢比、曝气强度等控制不当就会造成颗粒污泥分解，沉淀性能下降，出水的水质恶化，但快速启动有多种方法使好氧颗粒污泥沉降性良好，除氨氮率大大加高。因此好氧颗粒污泥的快速启动法以及它的形成将会成为今后的研究重点。