高氨氮廢水主要 >
高氨氮廢水處理主要有生物法、化學(xué)法、物理法三種，其中生物法具有經(jīng)濟(jì)有效、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，是目前公認(rèn)最具發(fā)展前景的氨氮處理方法。傳統(tǒng)生物脫氮處理工藝，雖然能夠有效去除氨氮，但存在碳源、溶解氧不足，有大量剩余污泥等問(wèn)題，為此，誕生了許多新型生物脫氮技術(shù)，例如短程硝化反硝化工藝、同步硝化反硝化工藝及厭氧氨氧化工藝等，其具有經(jīng)濟(jì)性能好、脫氮效率高等明顯優(yōu)勢(shì)，但仍然存在一定的應(yīng)用瓶頸。近20年來(lái)，好氧顆粒污泥因其致密的結(jié)構(gòu)、良好的沉降性能、耐沖擊負(fù)荷能力和多功能菌群等諸多優(yōu)勢(shì)，成為廢水生物處理領(lǐng)域的新興技術(shù)，且對(duì)高氨氮廢水具有良好的去除效果，同時(shí)降解有毒、有害物質(zhì)，已受到越來(lái)越多的關(guān)注。因此，研究好氧顆粒污泥對(duì)高氨氮廢水的處理效果及影響因素具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。
據(jù)此，本文對(duì)好氧顆粒污泥處理高氨氮廢水領(lǐng)域進(jìn)行調(diào)研，探討了好氧顆粒污泥技術(shù)在處理垃圾滲濾液、化肥工業(yè)污水、畜禽養(yǎng)殖廢水的研究現(xiàn)狀及處理效果，好氧顆粒污泥形成機(jī)理及主要影響因素，最后對(duì)好氧顆粒污泥技術(shù)處理高氨氮廢水工程應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。
一、好氧顆粒污泥技術(shù)處理高氨氮廢水研究現(xiàn)狀
據(jù)報(bào)道，好氧顆粒污泥技術(shù)目前已經(jīng)在畜禽養(yǎng)殖廢水、化肥工業(yè)廢水、垃圾滲濾液等高氨氮廢水領(lǐng)域展開研究。研究表明，好氧顆粒污泥與傳統(tǒng)絮狀污泥相比具有良好的沉降性能、高生物量、集多種微生物于一體等特點(diǎn)，使其在處理某些高濃度有機(jī)廢水、難降解廢水、高氨氮廢水時(shí)仍能保持較好的去除效果。好氧顆粒污泥處理高氨氮廢水部分示例見表1。
垃圾滲濾液主要 >
化肥行業(yè)生產(chǎn)排放的高氨氮廢水，主要 >
作為典型高氨氮廢水-畜禽養(yǎng)殖廢水，好氧顆粒污泥對(duì)其同樣具有良好去除效果。相較于傳統(tǒng)SBR工藝，好氧顆粒污泥在去除高濃度豬場(chǎng)廢水及沼液具有潛在優(yōu)勢(shì)。謝磊等首先利用城市生活污水成功培養(yǎng)出好氧顆粒污泥，再處理高濃度豬場(chǎng)廢水;在氨氮濃度穩(wěn)定在800mg/L左右條件下，COD、氨氮去除率一直穩(wěn)定在80%以上，去除效果良好。王曉春等同樣研究好氧顆粒污泥對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢水處理效果，反應(yīng)器經(jīng)過(guò)35天穩(wěn)定運(yùn)行，COD、氨氮平均去除率為98.56%、86.14%，另外好氧顆粒污泥對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢水中四環(huán)素也有去除效果
二、好氧顆粒污泥的特點(diǎn)、形成機(jī)理及影響因素
2.1好氧顆粒污泥的特點(diǎn)
好氧顆粒污泥是活性污泥在好氧條件下通過(guò)形成高選擇壓，促進(jìn)微生物自凝聚，從而形成外觀規(guī)則、結(jié)構(gòu)緊湊、輪廓清晰的生物聚合體。好氧顆粒污泥受進(jìn)水水質(zhì)和接種污泥的不同形成顆粒一般有淡黃、棕色和黃色，粒徑一般在0.20-5.00mm之間，通常外觀呈球形或橢球形，其特殊的結(jié)構(gòu)可以形成厭氧-好氧環(huán)境，從而為不同微生物生長(zhǎng)提供場(chǎng)所，實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷。
2.2好氧顆粒污泥的形成機(jī)理
好氧顆粒污泥是在好氧條件下，通過(guò)高選擇壓促使微生物進(jìn)行自固定而形成的顆粒污泥，其本身是一種特殊的生物膜，其形成過(guò)程包括物理、化學(xué)及生物多種共同作用。目前國(guó)內(nèi)外研究者，通過(guò)不同手段，如高通量測(cè)序、熒光原位雜交等從不同角度探索好氧顆粒污泥的形成，提出不同的機(jī)理假說(shuō)。
2.2.1胞外多聚物(EPS)假說(shuō)
胞外聚合物(EPS)是在特定環(huán)境條件下微生物為抵抗外界條件的改變而分泌一種高粘性聚合物，其成分主要以蛋白質(zhì)、多糖、腐殖酸為主，還有部分DNA、脂肪、脂類及一些無(wú)機(jī)物。其中蛋白質(zhì)可以改變細(xì)胞間疏水性，降低細(xì)胞表面的自由能，增強(qiáng)微生物之間粘連，從而形成結(jié)構(gòu)致密、穩(wěn)定的好氧顆粒污泥。另一主要成分多糖，主要分布在顆粒污泥內(nèi)部及菌膠團(tuán)細(xì)胞間隙，可以維持所形成顆粒污泥的完整性，與附著在顆粒表面的絲狀菌嵌合形成好氧顆粒污泥，在形成過(guò)程中起骨架作用。
2.2.2微生物自凝聚假說(shuō)
自凝聚是指微生物在適當(dāng)?shù)臈l件下為應(yīng)對(duì)外界環(huán)境改變而進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，改變自身特征發(fā)生凝聚，從而形成生物活性高、沉降性能好、密度大的生物聚合體，隨后慢慢進(jìn)化，最終形成好氧顆粒污泥
2.2.3絲狀菌假說(shuō)
研究表明，當(dāng)接種污泥當(dāng)中含有絲狀菌時(shí)，會(huì)將系統(tǒng)中球菌、桿菌及小顆粒等相互連接、纏繞形成顆粒污泥。當(dāng)接種污泥中絲狀菌占優(yōu)勢(shì)時(shí)，大量細(xì)菌會(huì)以絲狀菌為載體進(jìn)行吸附性生長(zhǎng)，其相當(dāng)于骨架作用，在剪切力、沉降時(shí)間改變下，形成好氧顆粒污泥。林勇山等研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)向絮狀活性污泥中接種部分絲狀菌，可以在15天就培養(yǎng)出理化性能良好的好氧顆粒污泥，大大縮短顆?；瘯r(shí)間。
2.3影響好氧顆粒污泥形成的主要因素
好氧顆粒污泥形成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，包括物理、化學(xué)和生物共同作用。在有氧條件下，由絮狀污泥逐步向顆粒污泥轉(zhuǎn)化，這一過(guò)程也受到不同因素影響，比如有機(jī)負(fù)荷及組成、水力剪切力、沉降時(shí)間、反應(yīng)器構(gòu)造及金屬離子等。
有機(jī)負(fù)荷過(guò)低，微生物生長(zhǎng)緩慢；有機(jī)負(fù)荷過(guò)高造成系統(tǒng)內(nèi)絲狀菌大量繁殖，影響反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行，適宜顆粒污泥形成有機(jī)負(fù)荷范圍在2.50-15kgCOD/(m3-d)。王芳等問(wèn)研究了不同有機(jī)負(fù)荷下(1.58kg/(m3.d)、14.12kg/(m3.d))好氧顆粒污泥對(duì)污染物去除效果，發(fā)現(xiàn)在兩種負(fù)荷條件下顆粒污泥對(duì)污染均有良好去除效果，但高負(fù)荷下顆粒污泥的沉降性能比低負(fù)荷條件下好，且在低負(fù)荷下出現(xiàn)了污泥膨脹現(xiàn)象。因此適宜的有機(jī)負(fù)荷有利于好氧顆粒形成
水力剪切力在顆粒形成及穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中同樣具有重要作用。在序批式SBR反應(yīng)器中，水力剪切力主要 >
沉降時(shí)間是影響污泥顆?；闹匾蛩兀陬w粒污泥形成過(guò)程中主要是對(duì)微生物進(jìn)行篩選，將沉降性差的污泥排出反應(yīng)器，留下沉降性良好的污泥進(jìn)而實(shí)現(xiàn)顆?；in等研究發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)沉降時(shí)間低于15min時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)好氧顆粒污泥，當(dāng)沉降時(shí)間小于5min時(shí)，顆粒污泥在反應(yīng)器當(dāng)中占據(jù)主導(dǎo)作用。同時(shí)在較短的沉降時(shí)間下，反應(yīng)器當(dāng)中的EPS含量明顯增加，微生物活性及細(xì)菌表面的疏水性明顯增強(qiáng)，顆粒化進(jìn)程也明顯加快。
三、好氧顆粒污泥處理高氨氮廢水的影響因素
3.1有機(jī)負(fù)荷的影響
有機(jī)負(fù)荷(OLR)對(duì)顆粒的形成與穩(wěn)定有一定影響，有機(jī)負(fù)荷變化會(huì)產(chǎn)生不同選擇壓，富集不同微生物菌群影響污泥的顆?；胺€(wěn)定性皿研究表明，在較低有機(jī)負(fù)荷下，好氧顆粒污泥內(nèi)部容易發(fā)生水解，導(dǎo)致顆粒污泥內(nèi)部出現(xiàn)空洞而解體，影響反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行;當(dāng)有機(jī)負(fù)荷過(guò)高時(shí)，顆粒污泥中微生物快速增長(zhǎng)，顆粒粒徑變大導(dǎo)致，顆粒結(jié)構(gòu)變得疏松，穩(wěn)定性變差。王香蓮在培養(yǎng)好氧顆粒污泥過(guò)程中頻繁改變氨氮濃度造成顆粒污泥穩(wěn)定性減弱，出現(xiàn)顆粒解體;當(dāng)進(jìn)水COD為2200mg/L，氨氮濃度為240mg/L，出水氨氮、亞硝酸鹽均檢測(cè)不出，TN去除率高達(dá)70%，去除效果良好。
3.2溶解氧的影響
在較低高溶解氧(DO)下由于傳質(zhì)阻力的存在會(huì)導(dǎo)致顆粒內(nèi)部由于供氧不足而產(chǎn)生厭氧代謝，同時(shí)絲狀菌大量繁殖，嚴(yán)重影響顆粒污泥的穩(wěn)定性，甚至不能形成好氧顆粒污泥;適當(dāng)?shù)腄O濃度促進(jìn)顆粒污泥的形成及生長(zhǎng)，顆粒粒徑分布也比較集中;但DO過(guò)高，由于水力剪切力的作用導(dǎo)致顆粒污泥解體，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。黃國(guó)玲等研究發(fā)現(xiàn)氨氮濃度從300mg/L逐步提升至900mg/L，pH為8，曝氣量為75L/h時(shí)，脫氮效果最佳，氨氮去除率維持在96.7%以上;曝氣量較低會(huì)導(dǎo)致DO不足，顆粒污泥之間相互碰撞幾率減少，曝氣量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致顆粒內(nèi)部厭氧區(qū)的空間減少，不利于反硝化進(jìn)行。董苗苗等研究發(fā)現(xiàn)污泥的沉降性能、胞外聚合物中多糖(PS)含量隨著DO的升高而增加，而胞外聚合物中蛋白質(zhì)(PN)基本不變，且在較高DO條件下部分顆粒污泥出現(xiàn)解體。
3.3其他方面
其他因素，例如進(jìn)水C/N比、碳源種類、排水比、選擇壓、pH、溫度、曝氣時(shí)間、絮凝劑添加方式等都會(huì)對(duì)顆粒污泥造成影響。何理「如首先利用合成廢水在不同選擇壓下啟動(dòng)好氧顆粒污泥，得出最佳條件，后在不同排水比(73%、66%、50%)下以實(shí)際畜禽養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)好氧顆粒污泥，發(fā)現(xiàn)在較小選擇壓形成的顆粒污泥粒徑較大，且脫氮效果良好;排水比為66%形成顆粒污泥具有較好的碳氮去除效果，而排水比50%形成的顆粒污泥對(duì)磷去除效果較好。
四、結(jié)論與展望
好氧顆粒污泥因其良好的沉降性、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、高生物量等特點(diǎn)受到越來(lái)越多研究者的關(guān)注，對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢水、垃圾滲濾液、化肥工業(yè)廢水等高氨氮有機(jī)廢水具有良好的去除效果，且序批式反應(yīng)器相較于傳統(tǒng)工藝具有工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、占地面積小等特點(diǎn)，使好氧顆粒污泥技術(shù)在處理高氨氮廢水領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用價(jià)值。但由于異養(yǎng)微生物生長(zhǎng)速度快，當(dāng)運(yùn)行條件(如容積負(fù)荷、曝氣量等)控制不當(dāng)時(shí)，易造成顆粒污泥解體，沉降性能下降，出水水質(zhì)惡化，因此好氧顆粒污泥的穩(wěn)定性成為其工業(yè)化推廣的瓶頸，這將是今后的研究重點(diǎn)。（ >
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