好氧顆粒污泥在工程中的應(yīng)用

(河北建筑工程學(xué)院 河北 張家口 075000)

城市生活污水具有水質(zhì)組成復(fù)雜，且呈現(xiàn)有機(jī)負(fù)荷不穩(wěn)定，且水中夾雜著大量懸浮雜質(zhì)等特點(diǎn)，現(xiàn)階段在工程上常用的為傳統(tǒng)活性污泥法是以絮狀污泥形態(tài)存在，抗沖擊負(fù)荷能力弱、容積負(fù)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(shè)施去除懸浮污泥以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。而在后來的發(fā)展當(dāng)中，人們觀察到UASB反應(yīng)器當(dāng)中只會(huì)產(chǎn)生很少的剩余污泥，且其中的污泥沉降性能優(yōu)于絮體污泥，原因?yàn)槠渲袇捬跷勰嘁灶w粒狀存在于反應(yīng)器當(dāng)中，因此提出了在常規(guī)污水處理中引入顆粒污泥的設(shè)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(jī)理。好氧顆粒污泥當(dāng)中是由微生物的自凝聚現(xiàn)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(yǎng)物進(jìn)入好氧顆粒污泥內(nèi)部需要克服傳質(zhì)阻力，DO從顆粒外部經(jīng)表面空隙傳遞到顆粒內(nèi)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(qū)，在顆粒內(nèi)部形成厭氧區(qū)。好氧顆粒污泥由于其特殊的結(jié)構(gòu)特征，所以顆粒中會(huì)產(chǎn)生豐富的生物相，也正是有了這些復(fù)雜的生物相存在于好氧顆粒污泥當(dāng)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(jī)物方面發(fā)揮作用。

(二)好氧顆粒污泥的影響因素

1.接種污泥。培養(yǎng)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(guān)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(zhì)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(yǎng)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(dāng)中起著關(guān)鍵性的作用，水力剪切力能將結(jié)構(gòu)不緊密的絮狀污泥沖散，然后在反應(yīng)器排水時(shí)隨水流離開反應(yīng)器，而結(jié)構(gòu)緊密沉降性能好的好氧顆粒污泥則會(huì)繼續(xù)留在反應(yīng)器內(nèi)，則經(jīng)過水力剪切力一次次的篩選，可使得沉降性能好，結(jié)構(gòu)密實(shí)并且表面較為光滑的顆粒污泥留在反應(yīng)器當(dāng)中[2]。

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

4.有機(jī)負(fù)荷。不同的有機(jī)負(fù)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(jī)負(fù)荷的升高而降低。增加有機(jī)負(fù)荷可以增大微生物生長速率,卻降低了微生物聚體三維結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度[7]。

二、好氧顆粒污泥在工程當(dāng)中的應(yīng)用

(一)好氧顆粒污泥在連續(xù)流反應(yīng)器。SBR反應(yīng)器周期性進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水的過程能夠輕易實(shí)現(xiàn)污水中底物充足、匱乏的交替;剪切力和短沉淀時(shí)問等生物選擇壓可有效促進(jìn)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(yǎng)好氧顆粒污泥最為成功的途徑。現(xiàn)階段好氧顆粒污泥一般是在實(shí)驗(yàn)室中SBR反應(yīng)器當(dāng)中實(shí)現(xiàn)的，但如能在連續(xù)流反應(yīng)器中培養(yǎng)好氧顆粒污泥并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，對(duì)現(xiàn)有污水處理設(shè)施升級(jí)改造和好氧顆粒污泥大規(guī)模推廣應(yīng)用均具有積極作用。

(二)膜生物反應(yīng)器。膜污染會(huì)造成膜通量下降，頻繁的更換膜會(huì)增加運(yùn)行成本，嚴(yán)重制約膜生物反應(yīng)器(MBR)大規(guī)模推廣和應(yīng)用。已有研究證明，在好氧顆粒污泥培養(yǎng)過程中添加適量的鈣鹽和鐵鹽有利于形成堅(jiān)硬的顆粒核心[3]，使好氧顆粒污泥能夠長時(shí)間穩(wěn)定的存在于連續(xù)流反應(yīng)器當(dāng)中。但是在MBR反應(yīng)器中投加金屬離子可能會(huì)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(yǎng)成熟,再接種至MBR反應(yīng)器中運(yùn)行調(diào)整,但這樣不僅操作繁瑣且運(yùn)行效果并不理想。

(三)對(duì)畜牧業(yè)廢水的處理。隨著中國城鎮(zhèn)化的不斷加快，畜牧業(yè)也得到了快速發(fā)展，而隨之帶來的是牲畜產(chǎn)生大量的污水，這些污水當(dāng)中各項(xiàng)污染物的指數(shù)都非常高，且這些污水中摻雜著大量抗生素，使得傳統(tǒng)活性污泥法無法使用，實(shí)驗(yàn)證明，好氧顆粒污泥處理沼液過程中仍可保持其自身優(yōu)勢(shì)特性，顆粒體仍可保持較好的緊密度。牲畜所產(chǎn)生的污水所含高濃度基質(zhì)不僅沒有破壞顆粒體結(jié)構(gòu),反而強(qiáng)化了顆粒污泥的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,這是因?yàn)轲B(yǎng)殖廢水中較高鈣鎂離子含量,鈣離子通過結(jié)晶作用可有助于高強(qiáng)度好氧顆粒污泥的形成,而且在氮素營養(yǎng)鹽充足條件下脫氮微生物可實(shí)現(xiàn)對(duì)磺胺類抗生素的高效降解。

三、存在的問題及應(yīng)用前景

(一)存在的問題。目前，好氧顆粒污泥在國內(nèi)仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，在國外，好氧顆粒污泥有已經(jīng)有工程實(shí)例，如荷蘭Nereda污水處理技術(shù)則是一種基于好氧顆粒污泥的新型污水處理技術(shù)，現(xiàn)階段制約好氧顆粒污泥在工程中大量應(yīng)用是由于其對(duì)環(huán)境還有培養(yǎng)條件的嚴(yán)格要求，并且在傳統(tǒng)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(jìn)水水質(zhì)情況在一天之內(nèi)也有很大的波動(dòng)，這對(duì)顆粒污泥的形成是不利的，且污水廠的曝氣設(shè)施不會(huì)和實(shí)驗(yàn)室中的曝氣設(shè)備一樣實(shí)現(xiàn)對(duì)水中充氧和水力剪切力的精確控制，這樣的環(huán)境下對(duì)好氧顆粒污泥的生成是極為不利的。

(三)應(yīng)用前景。好氧顆粒污泥在處理有毒有害物質(zhì)方面比傳統(tǒng)的污水處理工藝更具有優(yōu)勢(shì)，由于其特殊的結(jié)構(gòu)細(xì)菌能粘附在顆粒污泥上、也能為微生物提供固著點(diǎn)，這樣就能高效的降解有毒有害物物質(zhì)而不會(huì)使得結(jié)構(gòu)失穩(wěn)；隨著近幾年納米材料和印染材料的廣泛應(yīng)用，而產(chǎn)生的污水中也會(huì)帶有納米級(jí)、高色度的污染物，如通過傳統(tǒng)活性污泥處理，則會(huì)產(chǎn)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(jié)構(gòu)能吸附并分解這些納米級(jí)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(jié)合,降低系統(tǒng)能耗、強(qiáng)化生物除磷能力;對(duì)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(huì)為好氧顆粒污泥工藝潛在的優(yōu)勢(shì)。