好氧颗粒污泥形成的影响因素及其应用

好氧颗粒污泥形成的影响因素及其应用

颗粒污泥是一种在污水处理中发现的微生物自凝聚现象的特殊生物膜，可将其分为厌氧颗粒污泥和好氧颗粒污泥。厌氧颗粒污泥的发现和研究较早，在上世纪8O年代初就有报道；而好氧颗粒在1991年才有报道

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。好氧颗粒污泥具有生物致密、相对密度大、沉降速

度快等特点，可使反应器中保持有较高的污泥浓度和容积负荷，并可缩小．或省去污泥二沉池。另外，好氧颗粒污泥具有微生物种群的多样性，在降解有机碳的同时，具有脱氮除磷的功能，与传统的活性污泥法相比，可简化工艺流程、减少污水处理系统的容积和占地面积、降低投资和运行成本。

1.好氧颗粒污泥的形成过程

好氧颗粒污泥是一种较高密度的球型细菌团体．有时也被看作是一种特殊的生物膜。好氧颗粒污泥中的微生物都是些很常见的物种，它们由于生理上的相互依赖而构成一种稳定密实的结构。每个污泥颗粒都包含了上百万个不同种类的细菌，细菌间的相互黏着启动了好氧污泥的颗粒化进程。

J．H．Tay

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应用显微技术研究了好氧颗粒污泥的形成全过程。

他采用两个SBR反应器，分别用葡萄糖和醋酸盐作碳源，接种的絮状污泥主要是由丝状菌构成，结构松散且无规则。运行一个星期后，两个反应器内都出现了较为紧密的、无规则外形的小细菌团体，在葡萄

糖反应器中，丝状菌仍占有优势，而醋酸盐反应器中的丝状菌已经逐渐消失。两个星期后，在两个反应器内的小细菌团体都成长为具有清晰球形轮廓的颗粒污泥，只是葡萄糖反应器中的丝状菌仍然占有主导地位。这也证实了Chudoba在研究活性污泥时得出的结论——高分子碳水化合物有利于丝状菌的生长。运行三个星期后，两个反应器中的好氧颗粒污泥都已完全成熟．具有较大粒径的球形结构，平均纵横比是0.79和0.73，葡萄糖反应器中颗粒污泥的表面生长着较多的丝状菌。而醋酸盐反应器中的颗粒污泥主要是由杆状菌构成，结构也更加紧密。总之，好氧颗粒污泥的形成是一个逐步的过程，先是形成小的细菌团体。然后再形成成熟的好氧颗粒污泥。

国内学者在SBR反应器中利用优势菌处理造纸废水时，将好氧污泥颗粒化的过程分为细菌增殖，絮状体形成，絮状体聚合，絮状体形成和好氧颗粒污泥形成五个阶段

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。在细菌增殖阶段，细菌在合适

的环境条件下大量生长繁殖，菌体较分散，污泥细小，沉降性能差；进入絮状体形成阶段，部分细小污泥缠绕粘连，形成小的絮状物；在絮状体聚合阶段，絮状物大量出现，相互粘连，形成较大的絮状体，此时反应器承受负荷能力有所提高；随着絮状体不断长大聚集，形成形态各异的凝絮体，便进入了凝絮体形成阶段，成熟凝絮体呈黄褐色，微生物类群稳定，沉降性能良好，成熟凝絮体的形成，使反应器处理废水的能力增强，对环境的抗逆性增强。利用扫描电子显微镜观察凝絮体表面，发现其表面有一些大小不同的孔隙，这些孔隙可能是空气和内部产生的气体、底物与营养物质传递的通道；在好氧颗粒污泥形

成阶段，凝絮体经菌丝缠绕、连接、小块污泥互相联合和吸附作用等多种作用，逐渐颗粒化，形成了具有一定形态、边缘整齐的颗粒污泥。

2.好氧颗粒污泥的基本特点

2.1 外观

好氧颗粒污泥颜色一般为橙黄色，用肉眼可观测到，具有相对规则的圆形或椭圆形外观，成熟的好氧颗粒污泥有光滑的表面，边界清晰。多数颗粒污泥的直径在0.5—1.5mm之间，颗粒污泥的形状系数稳定在0.45，纵横比为0.79。在放大镜下即可观察到颗粒污泥表面有一些孔隙，这些孔隙被认为是底物与营养物质传递的通道2.2 大小，密度，沉降性能和强度

在不同条件下形成的颗粒污泥区别很大。在厌氧一好氧交替工艺中，粒径在0.5mm以上的颗粒占全部污泥微粒的20％，而在循环间歇(sequencing batch reactor，SBR)反应器中，颗粒直径多在1.9—

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。

4.6mm之间，稳定状态下形成的颗粒光滑、致密，颗粒直径为4.6mm

［5］

。

好氧颗粒污泥具有相对较大的密度。在多数情况下，SBR中形成的颗粒污泥的相对密度为1.0068— 1.00729 g/cm。，稳定操作条件下的污泥浓度维持在3.2—6.88 g/L。而在SBAR反应器中，污泥相对密度稳定在1.008 g/cm

［6］

。研究认为，大多数情况下颗粒污泥的密

度随直径的增大而降低。

颗粒污泥有良好的沉降性能，表达污泥沉降性能常用污泥沉降指数和沉降速度。单个颗粒污泥沉降速率在18—35 m/h，颗粒污泥的SV为14％一30％ ，SVI在20.34—3.75 mL/g之间(一般在36左右)。颗粒直径和沉降速率间呈正相关

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。颗粒污泥的强度也是其重要性质之

一。较小的颗粒强度会增加颗粒的破裂或剥落的程度，不能使颗粒化污泥很好地长大，形成的颗粒污泥直径小、沉降性能差。

3.好氧颗粒污泥形成的影响因素

3.1 碳源

研究发现，好氧颗粒污泥，可用含有不同底物的废水在SBR反应器中培养出来，这些底物包括葡萄糖，醋酸，乙醇，苯酚以及人为造成的污水，然而用不同碳源底物培养出来的颗粒污泥其内部结构及微生物组成成分之间却大相径庭。例如葡萄糖培养出的好氧颗粒污泥主要由丝状菌组成。而醋酸培养的好氧颗粒污泥内没有丝状菌，其污泥结构主要是由紧密连接的杆菌组成，由硝化细菌组成的好氧颗粒污泥可以由无机碳源培养出来，并具有非常好的硝化能力。近来在实验室规模的SBR反应器中已经成功培养出可以处理富含有机颗粒污染物废

水的好氧颗粒污泥

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。

按照碳源的消耗情况，曝气过程分为两个连续阶段——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；内源碳降解阶段，此阶段异氧细菌均处于饥饿状态。Buitron在研究降解时间和SBR循环的内在关系时发现：第一阶段仅仅占了整个曝气时间的1/5，另外4/5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。 3.2 水力剪切力

实验数据表明，保持反应器中有较高的剪切力有利于好氧颗粒污泥的形成和稳定。以表面上升气流速度来表示剪切力的大小，研究结果发现，好氧颗粒污泥只能在反应器中剪切力高于某一值才能形成。并且速度越高，形成的颗粒外形越规则，结构更紧凑。同时，颗粒污泥的一般物理特性像密度和强度也与剪切力有关，随其增大而增大，并且水力剪切力与细菌表面的疏水性能之间有密切关系，而疏水性结构是细菌和细菌间相互聚合的关键。水力剪切力还会对污泥的生理活性产生影响。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，而多糖可以用于调节细胞的聚合和粘连，并且在维持固定细胞群落的结构完整性上起着关键性的作用。当然水的剪切力也不宜太大，培养颗粒污泥时应控制适当的条件。 3.3 有机负荷率

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