好氧颗粒污泥颗粒化研究进展及发展趋势

综述了好氧颗粒污泥颗粒化研究进展,好氧颗粒污泥颗粒化的影响因素,分析了好氧颗粒污泥颗粒化研究中存在的问题,提出了研究的发展趋势.     

废水生物处理好氧污泥颗粒化研究进展

综述了好氧污泥颗粒化技术在废水生物处理中的研究进展,着重讨论了好氧颗粒污泥理化特性及微生物结构、污泥颗粒化主控因子、颗粒污泥形成机理及其应用潜力等方面的研究,旨在阐明多种工艺操作条件下好氧污泥颗粒化过程.好氧颗粒污泥是近年来发现的、在好氧条件下污泥自絮凝形成的固定化颗粒,其外形规则、结构致密、沉降性能优异、抗冲击负荷能力强.污泥颗粒化过程取决于基质组成与负荷、适当的水力选择压和工艺操作参数等因素.     

进水碳源对好氧颗粒污泥特性的影响

采用气升式内循环间歇反应器对好氧污泥颗粒化过程进行了研究,考察了反应器分别以蔗糖和乙酸钠为进水碳源时好氧颗粒污泥的特性.实验结果表明:好氧颗粒污泥的形成特性与进水碳源有很大的关系;以蔗糖为碳源时,好氧污泥颗粒化速度快,好氧颗粒污泥表面被丝状物包裹,颗粒中w(VSS)为92%;以乙酸钠为碳源时,污泥颗粒化速度慢,好氧颗粒污泥表面光滑,w(VSS)只有55%左右;不同碳源下形成的好氧颗粒污泥沉降性能差别不大,但好氧颗粒污泥胞外多聚物的含量有很大差别.结果表明,由于进水碳源不同,好氧颗粒污泥特性和废水处理能力有一定的差别.      

不同好氧颗粒污泥中微生物群落结构特点

为了探讨活性污泥好氧颗粒化过程对微生物种群的影响、不同底物及不同颗粒化方法培养的好氧颗粒污泥中微生物群落结构的差异,以接种污泥、模拟废水好氧颗粒污泥和分别投加粉末活性炭和硅藻土的实际生活污水好氧颗粒污泥为研究对象,利用PCR-DGGE对比分析了接种污泥和好氧颗粒污泥中的微生物群落结构.结果表明:活性污泥好氧颗粒化过程会减少微生物种群多样性,影响颗粒污泥稳定性的细菌被淘汰,而聚磷菌、反硝化菌、难降解有机物降解菌等污水处理功能微生物都在颗粒化过程中得到保留.活性污泥好氧颗粒化过程中能够实现亚硝化细菌(AOB)一定程度的富集.与接种活性污泥相比,好氧颗粒污泥中AOB的多样性指数与均匀性指数均有提高.好氧颗粒污泥中的优势菌群主要分布于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和未培养菌(uncultured bacterium).其中AOB均属于β-Proteobacteria的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).     

好氧颗粒污泥快速培养影响参数及方法研究进展

针对好氧颗粒污泥培养速度慢、启动周期长等突出问题,通过综述好氧颗粒污泥的形成机理、颗粒化主要影响参数以及促进颗粒化的方法,发现调整反应器的水力剪切力、沉降时间、有机负荷、饥饿期等参数有利于诱导微生物分泌更多的胞外聚合物(EPS),促进初期微生物聚集体的快速形成,从而缩短好氧颗粒化时间。因此,当前快速颗粒化的方法基本上是基于诱导初期颗粒聚集体快速形成或直接投加聚集体的方法缩短好氧颗粒化时。最后,总结好氧颗粒快速培养过程中存在问题,并提出好氧颗粒污泥形成机理的明晰、好氧颗粒化的标准以及培养指标体系的建立是解决相关问题的关键,以及今后的研究重点。     

好氧颗粒污泥的研究进展

污泥颗粒化(granulation)是指废水生物处理系统中的微生物在适当的环境条件下,相互聚集形成一种密度较大、体积较大、体质条件较好的微生物聚集体.按照微生物代谢过程中电子受体的不同,颗粒污泥可分为好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥两类.目前对污泥颗粒化的研究主要集中在两个方面:一方面是从宏观层面探讨颗粒化的形成模式,优化运行参数以达到更好的颗粒化效果;另一方面是从微观层面去研究颗粒化的机理、微生物菌群及其他化学成分在颗粒化过程中所起的作用.本文综述了好氧颗粒污泥近年来的研究进展.主要包括:好氧颗粒污泥的性质(形态及粒径、沉降性能、密度与强度、生物活性、细胞表面疏水性、胞外多聚物等)及结构,颗粒污泥的培养条件、形成机理及影响因素(有机负荷、基质成分、剪切力、沉淀时间、运行周期、进水模式、微生物饥饿期、反应器结构、溶解氧、温度等),以及颗粒污泥的应用(工业废水处理、城市污水处理、有毒污染物降解、脱氮除磷、重金属及放射性核素的去除等).此外,还介绍了全自养颗粒污泥,如硝化颗粒污泥方面的研究.分析表明,随着对好氧颗粒污泥研究的不断深入,将好氧颗粒污泥应用于实际废水处理得到越来越多的关注.好氧颗粒污泥的形成机理、颗粒污泥的微生物特性、颗粒污泥的长期运行稳定性及其工业化应用是今后需要重点关注的研究方向.     

SBR工艺处理屠宰废水好氧颗粒污泥的形成条件及性能分析

针对生猪屠宰及肉类加工企业采用SBR处理工艺好氧颗粒污泥的形成条件及性能进行了分析,同时对三个分厂SBR池好氧颗粒污泥进行了对比,证明了在处理屠宰废水SBR..工艺中可以实现好氧污泥颗粒化.通过对好氧颗粒污泥的性能分析,得出好氧污泥颗粒化可以有效增加反应池内污泥浓度,提高污染物的去除率,降低工程基建投资.因工程应用隈制...     

不同培养方式下絮状污泥颗粒化特性和灰色关联度分析

为探索好氧颗粒污泥形成机理,开展了不同培养方式下絮状污泥颗粒化特性研究.选取3种培养方式:人工配水培养、海藻酸钠强化培养和农村模拟污水培养,利用灰色关联分析法,对比3种不同培养方式下,污泥颗粒化过程中各影响因素灰色关联度系数,筛选好氧颗粒污泥培养的关键因素.研究发现,人工配水培养方式下经过40 d成功出现好氧颗粒污泥,投加海藻酸钠强化培养方式下经过20 d出现好氧颗粒污泥,农村模拟污水经过55 d培养出好氧颗粒污泥.3种培养方式下出现的好氧颗粒污泥均具有密实的结构和较好的沉降性能,同时可实现对污染物的高效去除.利用数据处理系统(Data Processing System,DPS)对各影响因素的灰色关联度进行分析,发现不同培养方式下污泥颗粒化过程中起主导作用的影响因素并非唯一,水力停留时间和胞外聚合物在各培养方式中均具有较高的关联度系数,对好氧颗粒污泥的形成具有关键作用.     

好氧污泥颗粒化过程中Zeta电位与EPS的变化特性

研究了好氧颗粒污泥在形成过程中Zeta电位、胞外多聚物的变化以及两者之间的关系.通过对污泥调控生长,形成完全颗粒化的好氧污泥.在好氧颗粒形成过程中,污泥的Zeta电位由接种时的-19.1 mV逐渐降至-10.1 mV.完全颗粒化以后,成熟后的好氧颗粒污泥Zeta电位稳定维持在-10 mV左右,说明维持污泥较低的Zeta电位是好氧颗粒污泥形成的重要条件.颗粒化过程中污泥EPS中多糖含量基本不变,蛋白含量增加明显,从13.65 mg.g-1增加到54.12 mg.g-1,蛋白/多糖比值从0.67增加到3.31;污泥的Zeta电位与蛋白/多糖的比值呈正相关,相关系数为0.849,这些结果说明蛋白质对降低污泥表面电位,促进污泥聚集以及好氧颗粒污泥的形成生长等可能起着重要作用.     

好氧颗粒污泥稳定性影响因素分析

在内循环气升式间歇反应器对好氧颗粒污泥颗粒化过程进行了研究,从污泥负荷率和碳源特性分析了好氧颗粒污泥的稳定性。以蔗糖为碳源时,反应器在较低的曝气量下生长有大量的丝状真菌,而在较高的曝气量下有利于污泥形成表面光滑的颗粒,但当污泥负荷过低时,光滑的颗粒污泥表面开始迅速生长丝状真菌而导致颗粒污泥不稳定。试验表明以蔗糖为碳源物质形成好氧颗粒污泥速率快,但其操作条件难控制,容易引起丝状真菌的大量生长;以乙酸钠为碳源物质,形成颗粒污泥速度慢,污泥颗粒化程度不高;而以蔗糖与乙酸钠为混合型碳源进行好氧颗粒污泥的培养证明了形成的好氧颗粒污泥表面光滑,没有丝状菌的存在,并且颗粒污泥易于稳定运行。     

基于模糊数学方法的好氧污泥颗粒化过程综合评价

在传统模糊综合评价法的理论基础上,建立了好氧污泥颗粒化过程的综合评价体系。依据成功培养了好氧颗粒污泥的实验室规模反应器的实测数据,以污泥SVI₅/SVI₃₀、比重、圆度、长径比、形状因子、分形维数、密实度7个参数作为评价指标,构建隶属函数和隶属矩阵,结合层次分析法与熵权法构建权重矩阵,将好氧污泥颗粒化过程划分为絮体阶段、初始颗粒化阶段、快速颗粒化阶段和完全颗粒化阶段4个过程。建立模型验证组,通过验证组不同时间点的监测数据,基于所建立的评价体系,对系统运行过程中不同时间点的污泥颗粒化阶段进行预测。该综合评价体系能够为好氧颗粒污泥培养系统中,污泥实时所处的颗粒化状态做出准确、客观的判断,且能够及时发现系统异常情况,对维持系统的稳定性具有重要意义。     

连续流膜生物反应器中好氧颗粒污泥的形成及机制探讨

为了探讨好氧颗粒污泥在连续流膜生物反应器(MBR)中的形成过程和机制,采用连续流试验的方法,研究了好氧颗粒污泥形成过程中膜反应器内污染物的去除效果和好氧颗粒污泥特性的变化,并对连续流MBR中好氧颗粒污泥的形成机制进行了探讨.结果显示,连续流MBR中好氧颗粒污泥的形成增强了MBR的运行稳定性和抗冲击能力.废水中微生物抑制...     

进料负荷调控培养好氧颗粒污泥的试验研究

采用厌好氧交替的SBR反应器,以进料负荷（即进水浓度）作为主要控制参数,研究了好氧颗粒污泥的关键培养技术.结果表明,在30 min的较长污泥沉降时间下,通过进料COD 0～900 mg·L^-1的负荷调控,可以有效控制反应器内污泥生长.初始接种污泥的沉降性能对颗粒污泥产生很重要,SVI值保持在20～50 mg·L^-1才能有助于颗粒污泥形成和培养.应用“空曝”这种强力负荷调控方式可大大改善污泥沉降性能,并促进颗粒污泥的形成.通过进料减负荷运行可很好实现污泥的“完全颗粒化”培养.颗粒化转变出现在进料浓度COD 400～500 mg·L^-1,污泥浓度约8～10 g·L^-1.“完全颗粒化”污泥的性能优异,粒径约1.0 mm,SVI值25～35 mg·L^-1,最大沉降速率60 m·h^-1.污泥颗粒过程的发生可能决定于SBR的独特间歇式运行,即基质浓度的贫富交替,减负荷运行可强化基质贫富交替并增大颗粒化过程的驱动力.     

高浓度Vc生产废水培养好氧颗粒污泥的试验研究

采用高浓度难降解的Vc生产废水可以在SBR反应器中培养出好氧颗粒污泥.转化母液反应器中污泥实现完全颗粒化,得到的好氧颗粒污泥粒径为0.2～1 mm,平均沉降速度为31.2 m·h^－１;精制或提取母液反应器中污泥部分颗粒化,得到的颗粒粒径为0.5～2.5 mm,平均沉降速度为26.3 m·h^－１.由于形成好氧颗粒污泥,反应器系统表现出良好的运行性能,在进水COD 1 000～1 500　mg·L^－１时去除率达到80%左右.如果反应器进水中补充加入一定浓度的易降解有机物,处理系统的去除效率还可进一步提高并能缩短启动时间.通过观察和比较不同进水反应器中的生物相发现,好氧颗粒污泥中出现的原后生动物种类及生物相丰富程度不仅与反应器运行状态有关,更重要的是取决于反应器中的进水水质.实验中好氧颗粒污泥的形成过程经历了污泥复活、污泥驯化和污泥颗粒化3个阶段.在运行控制过程中通过将沉降时间作为培养好氧颗粒污泥的一个关键控制参数,它既可以去除反应器中沉降性差的污泥还可以在短时间内调节反应器中的运行负荷,从而促进反应器中好氧污泥快速实现颗粒化.     

胞外多聚物在好氧颗粒污泥形成中的作用机制

在SBR反应器活性污泥好氧颗粒化过程中,分析不同时期污泥EPS主要成分的变化、污泥表面特性的变化及二者相关关系.不同时期污泥样品胞外蛋白的SDS-PAGE表明,蛋白分子量条带主要分布在（31.0～97.4）×10³,与种泥相比,颗粒污泥在形成过程中增加了一些新蛋白条带,且条带颜色逐渐变深,定性表明蛋白种类及含量的增加.定量测定也表明,胞外蛋白分泌量随颗粒污泥的形成逐渐从49.4 mg·g^-1增至148.3 mg·g^-1,多糖则无明显变化,蛋白/多糖值也从2.3逐渐增至4.9.颗粒污泥表面疏水性比种泥约增加1倍,疏水性的变化与蛋白/多糖值正相关,相关系数为0.969.测得种泥与颗粒污泥表面Zeta电位平均值分别为-28.5 mV和-13.2　mV,颗粒污泥表面的电负性明显降低.由蛋白质自身特性,可推测其通过增加污泥表面相对疏水性和降低污泥表面电负性而促进好氧颗粒污泥形成的作用机制.     

运行调控方式对好氧颗粒污泥特性的影响

采用厌好氧交替的SBR反应器培养好氧颗粒污泥,研究不同运行调控方式形成的好氧颗粒污泥性质的差异。结果表明,通过进料负荷和沉降时间的调控,都可以实现好氧污泥完全颗粒化。通过进料负荷调控培养出的好氧颗粒,污泥浓度大,颗粒周围原后生动物丰富,颗粒存在核心,从中心到表面有明显分层;使用短沉降时间调控培养出的好氧颗粒污泥,颗粒粒径均匀,表面有丝状微生物伸出,污泥浓度较小,颗粒周围少见原后生动物,颗粒从中心到表面无明显分层。两种颗粒的微生物分布具有相似性,即颗粒表面多为杆菌,中心以球菌为主。两种颗粒形成过程中,污泥浓度变化很大,但污泥均保持较高的沉降性,污泥良好的沉降性是形成好氧颗粒污泥的必要前提。