好氧顆粒污泥在工程中的應用

(河北建筑工程學院 河北 張家口 075000)

城市生活污水具有水質組成復雜，且呈現有機負荷不穩定，且水中夾雜著大量懸浮雜質等特點，現階段在工程上常用的為傳統活性污泥法是以絮狀污泥形態存在，抗沖擊負荷能力弱、容積負荷低、沉降性能差、剩余污泥量大、占地面積大，且出水懸浮污泥含量較高，因此需要額外的沉淀設施去除懸浮污泥以達到排放標準。而在后來的發展當中，人們觀察到UASB反應器當中只會產生很少的剩余污泥，且其中的污泥沉降性能優于絮體污泥，原因為其中厭氧污泥以顆粒狀存在于反應器當中，因此提出了在常規污水處理中引入顆粒污泥的設想，也就是好氧顆粒污泥。

一、好氧顆粒污泥的特性

(一)好氧顆粒污泥降解污水機理。好氧顆粒污泥當中是由微生物的自凝聚現象而成的，好氧顆粒污泥中含有種類繁多的微生物種群多種多種微生物，營養物進入好氧顆粒污泥內部需要克服傳質阻力，DO從顆粒外部經表面空隙傳遞到顆粒內部(指顆粒外部和顆粒核心部之間的地帶)，形成DO梯度，在顆粒核心部形成缺氧區，在顆粒內部形成厭氧區。好氧顆粒污泥由于其特殊的結構特征，所以顆粒中會產生豐富的生物相，也正是有了這些復雜的生物相存在于好氧顆粒污泥當中，使得好氧顆粒污泥能在高效脫氮除磷以及高效降解有機物方面發揮作用。

(二)好氧顆粒污泥的影響因素

1.接種污泥。培養好氧顆粒污泥之前需要接種污泥，在接種污泥的選擇上，需要選擇污泥活性、沉降性能以及污泥濃度較好的污泥作為接種污泥，從目前關于顆粒污泥的研究來看，接種污泥的類型包括好氧絮狀污泥、厭氧顆粒污泥、好氧顆粒污泥等；接種污泥的性質如接種的污泥中含有的具有較高疏水性的微生物的多少，接種污泥中的微生物的生長速率的快慢等，而這其中厭氧顆粒污泥能最快培養出好氧顆粒污泥[1]。

2.水力剪切力。水力剪切力在污泥逐漸顆粒化當中起著關鍵性的作用，水力剪切力能將結構不緊密的絮狀污泥沖散，然后在反應器排水時隨水流離開反應器，而結構緊密沉降性能好的好氧顆粒污泥則會繼續留在反應器內，則經過水力剪切力一次次的篩選，可使得沉降性能好，結構密實并且表面較為光滑的顆粒污泥留在反應器當中[2]。

3.底物組成。大量文獻[2、3]提到不同底物條件下,培養出的好氧顆粒污泥的外形也有所不同,但是由于反應器運行條件、污泥負荷等個體因素的不同,人們得出不同的結論。本試驗與上述結論正相反,采用葡萄糖培養的好氧顆粒污泥少見絲狀菌,而采用醋酸鹽培養的好氧顆粒污泥卻易發生絲狀菌污泥膨脹。

4.有機負荷。不同的有機負荷率使得微生物量、比重和SVI不同,好氧顆粒污泥的物理性能隨有機負荷的升高而降低。增加有機負荷可以增大微生物生長速率,卻降低了微生物聚體三維結構的強度[7]。

二、好氧顆粒污泥在工程當中的應用

(一)好氧顆粒污泥在連續流反應器。SBR反應器周期性進水、反應、沉淀、排水的過程能夠輕易實現污水中底物充足、匱乏的交替;剪切力和短沉淀時問等生物選擇壓可有效促進胞外聚合物(EPS)的分泌,有利于好氧顆粒污泥的快速形成,是培養好氧顆粒污泥最為成功的途徑。現階段好氧顆粒污泥一般是在實驗室中SBR反應器當中實現的，但如能在連續流反應器中培養好氧顆粒污泥并實現穩定的運行，對現有污水處理設施升級改造和好氧顆粒污泥大規模推廣應用均具有積極作用。

(二)膜生物反應器。膜污染會造成膜通量下降，頻繁的更換膜會增加運行成本，嚴重制約膜生物反應器(MBR)大規模推廣和應用。已有研究證明，在好氧顆粒污泥培養過程中添加適量的鈣鹽和鐵鹽有利于形成堅硬的顆粒核心[3]，使好氧顆粒污泥能夠長時間穩定的存在于連續流反應器當中。但是在MBR反應器中投加金屬離子可能會加劇膜污染,因此大多研究者都是先在SBR中將好氧顆粒污泥培養成熟,再接種至MBR反應器中運行調整,但這樣不僅操作繁瑣且運行效果并不理想。

(三)對畜牧業廢水的處理。隨著中國城鎮化的不斷加快，畜牧業也得到了快速發展，而隨之帶來的是牲畜產生大量的污水，這些污水當中各項污染物的指數都非常高，且這些污水中摻雜著大量抗生素，使得傳統活性污泥法無法使用，實驗證明，好氧顆粒污泥處理沼液過程中仍可保持其自身優勢特性，顆粒體仍可保持較好的緊密度。牲畜所產生的污水所含高濃度基質不僅沒有破壞顆粒體結構,反而強化了顆粒污泥的結構強度,這是因為養殖廢水中較高鈣鎂離子含量,鈣離子通過結晶作用可有助于高強度好氧顆粒污泥的形成,而且在氮素營養鹽充足條件下脫氮微生物可實現對磺胺類抗生素的高效降解。

三、存在的問題及應用前景

(一)存在的問題。目前，好氧顆粒污泥在國內仍處于實驗室階段，在國外，好氧顆粒污泥有已經有工程實例，如荷蘭Nereda污水處理技術則是一種基于好氧顆粒污泥的新型污水處理技術，現階段制約好氧顆粒污泥在工程中大量應用是由于其對環境還有培養條件的嚴格要求，并且在傳統污水處理中無法提供足夠的水力剪切力，使得無法形成顆粒污泥，并且污水處理廠進水水質情況在一天之內也有很大的波動，這對顆粒污泥的形成是不利的，且污水廠的曝氣設施不會和實驗室中的曝氣設備一樣實現對水中充氧和水力剪切力的精確控制，這樣的環境下對好氧顆粒污泥的生成是極為不利的。

(三)應用前景。好氧顆粒污泥在處理有毒有害物質方面比傳統的污水處理工藝更具有優勢，由于其特殊的結構細菌能粘附在顆粒污泥上、也能為微生物提供固著點，這樣就能高效的降解有毒有害物物質而不會使得結構失穩；隨著近幾年納米材料和印染材料的廣泛應用，而產生的污水中也會帶有納米級、高色度的污染物，如通過傳統活性污泥處理，則會產生較多殘留，水中的色度也得不到降低，顆粒污泥由于其多孔的結構能吸附并分解這些納米級的污染物[5]。另一方面,將好氧顆粒污泥與反硝化除磷工藝結合,降低系統能耗、強化生物除磷能力;對剩余污泥中胞外聚合物充分的提取與利用、資源回收和污泥管理,將會為好氧顆粒污泥工藝潛在的優勢。