好氧颗粒污泥的形成机理初探 摘要：以活性污泥曝气池中的絮状活性污泥为接种污泥，在实验控制的条件下，在序批式运行的反响器中可以快速地形成颗粒污泥，反响器启动4d就开始形成颗粒污泥,趋于成熟后，SVI值在50~60L/g,直径在2~4，LSS到达6.8g/L好氧颗粒污泥具有良好的D去除率和良好的沉降性能，并对好氧颗粒污泥的根本性质及形成机制作了初步的分析 关键词：好氧颗粒污泥颗粒化过程剪切力 在生物处理系统中，处理效能的上下主要由微生物的特性及微生物的浓度所决定，反响器内生物量越大，活性越高，沉降性能越好，单位体积反响器的处理效率会越高对于厌氧生物处理，高效的UASB(upflanaerbisludgeblanket)反响器的处理负荷可到达40kg/(3·d)[1],其主要原因就是UASB中活性污泥以颗粒状存在因此，在反响器中积累大量的活性污泥，而且沉降性能好，不需要额外的沉淀池近几年，研究已经转向开发SBR(sequeingbathreatr)反响器中的好氧颗粒污泥[2-4]相对于常规的好氧污水处理系统，好氧颗粒污泥存在着如下优点,规那么的、密实的、稳固的微生物构造，良好的沉降性能，较高的微生物量，以及对有机负荷冲击的应变才能强等。
rgenrth[2]和Peng[5]等人的文献中提到，好氧颗粒污泥的形成的时间分别需要20和40d左右 目前，国内外对好氧颗粒泥的研究刚刚起步，没有足够的文献对其形成机制、进化过程等进展明确的阐述本研究工作旨在通过跟踪观察好氧颗粒污泥的快速形成及生长过程，对其形成机制进展初步的讨论 1.实验材料与方法 1.1实验装置 实验所用反响器为上流式玻璃圆柱体，内径为5，总高度为70，有效容积为1.5L，实验在室温下运行接种污泥取自上海市闵行污水处理厂，接种量为600L(污泥浓度为1.86g/L)活性污泥采用体外曝气的方式通过回流水提供溶解氧每昼夜运行2或3个周期，每个周期包括10in沉淀，5in进水，5in排水，其他时间为曝气反响时间 1.2实验用水 采用人工合成模拟废水(表1) 表1模拟废水的成分 基质名称浓度 /〔g.L-1〕 基质名称浓度 微量元素[10]/〔μg.L-1〕 6H1260.9375 NaA1.28 蛋白胨0.005 NH4l0.20 K2P4.3H20.08 al20.02 FeS4.7H20.02 gS4.7H20.03 H3B30.05 Znl20.05 uS4.5H20.06 nS4.H20.05 (NH4)6724.4H20.05 All3.6H20.091 l2.6H20.05 Nil2.6H20.092 1.3分析工程和方法 〔1〕D、SV、LSS,、SVI等均按照美国国家标准方法[9]分析测定。
〔2〕颗粒的形成过程及微生物相变化通过数码相机和光学显微镜(UNI250)跟踪观察 〔3〕耗氧速率UR通过溶氧仪(T-xi197i)测定并计算得到 2.实验结果及讨论 2.1概要观察 反响器通过接种600L絮状活性污泥启动，种泥的SVI值为187L/g在反响器中沉降10in后，污泥床的体积为295L，经过12h驯化后，污泥床的体积变为163L，此后，污泥床开始增长，这意味着驯化期的完毕从第4d开始定期监测每个周期D降解情况，参见图1D的去除根本发生在前2h内，在每一个循环时间内，后半周期的微生物均处于饥饿状态这样，微生物就会经历高基质浓度期与饥饿期不断交替的变化，从而引起微生物外表特性的变化，再在上升流态的水力剪切的作用下，就会逐渐形成颗粒污泥Tay[6]等人也提出，周期性的好氧饥饿段触发了微生物的聚集，进一步增强细胞间的互相作用，从而形成较致密的微生物聚集体，这在颗粒化过程中是关键的一步 图1每个周期前6hD曲线 由图1还可知，随着颗粒化污泥的逐步形成，D的降解才能和去除速度都有很大程度的进步，这与颗粒化污泥形成的过程中，微生物量的逐渐增大是分不开的 为防止反响器壁上过多的生物膜的生长，要频繁的清洗器壁。
假设器壁上微生物的生长占优势，就不利于颗粒污泥的形成这是因为形成生物膜的微生物与形成颗粒污泥的微生物形成竞争机制，当生物膜的生长由于清洗器壁受限时，微生物就会主要以颗粒污泥的形式生长rgenrth[2]等人也发现了类似的现象 2.2颗粒化污泥快速形成过程 图2a–d形象地说明了在人工配制的模拟废水系统中，好氧颗粒污泥的进化过程图2a为取自污水厂的新颖活性污泥,从外观上看主要由絮状微生物组成，在显微镜下观察，可以发现该污泥中存在着大量的丝状菌启动1d后，驯化期完毕，污泥床开始增长但污泥主要还是以絮状体为主，且颜色没有变化图2b为运行4d的颗粒污泥，污泥逐渐驯化成较不规那么的颗粒状，但颗粒比较松散，且颜色逐渐变为淡咖啡色,显微镜下仍然可以看到丝状微生物的大量存在图2为运行10d的照片，颗粒污泥已完全转变为黄色，且颗粒直径都比较均匀图2d为运行16d趋于成熟的颗粒污泥，在显微镜下观察，发现丝状微生物逐渐在减少，而颗粒污泥也逐渐由松散转为密实，形状为较规那么的球形，颗粒污泥根本到达成熟好氧颗粒污泥的外表和横截面的电镜照片〔图3〕说明，好氧颗粒污泥是由多种微生物互相作用而构成的密实的具有多孔状的通透性构造，而这种构造又增强了基质和气体传递。
a.(接种污泥)b.(4天) .(10天)d(16天) 图2不同时期颗粒污泥的照片 图3好氧颗粒污泥的外表〔左图〕和横截面〔右图〕的电镜照片 在培养好氧颗粒污泥的过程中，D负荷不断进步，而出水D也经历了由高到低，再由低到高的细微波动的过程图4给出了运行过程中，D的去除情况由图4可知，在好氧颗粒污泥形成的过程中，进水D波动较大，原因与反响器中微生物量的变化有关同时，较高浓度的D可以抑制传质阻力，有利于絮状的和颗粒状的污泥生长当颗粒污泥形成后，微生物量增加，所以在较高的D负荷下，出水水质仍根本可以保持在30~100g/L之间 启动期，进水D浓度保持在700g/L，D的去除率在91.7%~94.6%,在较高的D进水浓度(1500g/L),去除率也在90%以上，出水D可以稳定在100g/L左右这说明，颗粒污泥的形成可以使反响器中有较高的微生物量，并具有较高的D降解才能 图4反响器中D去除情况 2.3颗粒污泥的特性 实验中测量了种泥和不同时期颗粒污泥的特性，种泥的SVI值为187L/g,LSS为1.86g/L启动4d后，SVI值降为82L/g,形成较为密实的微生物聚集体运行10d后，SVI值进一步降为62L/g,形状渐变为较规那么的球形，且颗粒在反响器中占主体,见图2.。
成熟的颗粒污泥的SVI值在50~60L/g之间同时，在运行过程中，随着运行时间的增加，污泥沉降性能逐渐变好，上升流速逐渐增大，增强了水力剪切力在水剪切力的作用下，污泥逐渐驯化成较规那么的球形上升流速的增大在一定程度上又促使SVI值的降低和污泥浓度的增加三者互相关系如图5所示 图5上升流速对SVI值及污泥浓度的影响 Tay[7]和Liu[8]等人也证实了水力剪切力的在颗粒化中的重要作用启动后，反响器中的生物量浓度也是逐渐在增加，16d后，污泥浓度到达6.8g/L，UR值到达56.5g2/g(LVSS).h趋于成熟的颗粒污泥直径分布于2~4之间颗粒污泥良好的沉降性和致密的微生物构造，使生物处理系统中有较高的微生物停留，确保了有机物的快速去除，为好氧颗粒污泥的工业化应用提供了广阔的前景 2.4颗粒化污泥快速形成机理初探 SBR系统以进水、曝气、沉淀和排水的序批式形式运行，这样，好氧饥阶段在SBR运行形式中是存在的从图1可以看出曝气阶段的大约80%是都处在好氧饥饿段，而周期性好氧饥饿段是反响器中微生物聚集的有效触发，而且继续加强细胞间的互相作用，从而形成较致密的微生物聚集体， 如图2b所示，这是颗粒化过程中关键的一步。
而KjellebergandHeranssn[11]也证明，微生物在饥饿状态外表变得更加疏水，这恰好有助于微生物的粘附和聚集SBR系统中阶段性的饥饿是活性污泥颗粒化的有效触发，然而，其他运行条件也不能忽略，尤其是水力剪切力和反响器中水的流动方式本实验采用在回流水中曝气的方式来提供溶解氧，防止气泡与活性污泥的直接接触，在一定程度上有助于初期微生物的快速粘附与聚集，但供氧效率在一定程度上受到局限同时，据推断，上升的水流产生的剪切力在颗粒化快速形成中也起到了重要的作用 3结论 (1)本研究说明，好氧颗粒污泥可以在4–5d快速培养出来，且颗粒污泥的形成是从种泥到较致密的微生物聚集体，进一步进化为颗粒污泥，最后形成成熟的颗粒污泥的过程 (2)颗粒污泥的浓度比普通的絮状污泥要高得多，本实验中可到达6.8g/L，沉降性能也比普通的絮状污泥好得多，SVI值在50~60L/g之间实验中还发现随着上升流速的增加，SVI值呈降低趋势，而污泥浓度那么是逐渐增大的较成熟的颗粒污泥直径多分布于在2~4 (3)从实验研究中可以初步认为颗粒污泥的形成机制是水力条件和SBR运行形式共同作用的结果周期性好氧饥饿段的存在是颗粒化中关键的一步。
选择适当的曝气方式和反响器流态有助于好氧颗粒污泥的快速形成 参考文献 1陈坚，王强，堵国成.好氧颗粒污泥的形成及性质.无锡轻工业大学学报，2002,21(3):318~321 2rgenrthE,SherdenT,VanLsdreht,etal.Aerbigranularsludgeinasequeningbathreatr.aterResearh,1997,31(12):3191~3194 3BeunJJ,HendriksA,VanLsdreht,etal.Aerbigranulatininasequeningbathreatr.aterResearh，1999,33(10):2283~2290 4TayJH,LiuQS,LiuY.Therlefellularplysaharidesinthefratinandstabilityfaerbigranules.LettersinAppliedirbilgy，2001,33:222~226 5PengD,BernetN,DekgenesJP,etal.Aerbigranularsludge–aasestudy.aterResearh，1999,33(3):890~893 6TayJH,liuQS,LiuY.irspibservatinfaerbigranulatininsequentialaerbisludgeblanketreatr.JurnalfAppliedirbilgy，2001,91:168~175 7TayJH,LiuQS,LiuY.Theeffetsshearfrenthefratin,strutureandehanisfaerbigranules.Appl.irbilBitehnlgy，2001,57(1~2):227~233 8LiuY,J-HaT.Theessentialrlefhydrdynaishearfreinthefratinfbifilandgranularsludge.aterResearh,2002,36:1653~1665 9APHA(1998)StandardethdsfrtheExainatinfaterandasteater,19thedn.ashingtn,DAerianPubliHealthAssiatin. 10TayJH,Yan。