《好氧颗粒污泥》PPT课件.ppt

好氧颗粒污泥好氧颗粒污泥研研 究究 现现 状状水污染控制生物强化新技术水污染控制生物强化新技术20082008年年1212月月四川大学建筑与环境学院四川大学建筑与环境学院杨杨 平平提提 纲纲一、引言一、引言二、实验室收获得的颗粒污泥照片二、实验室收获得的颗粒污泥照片三、好氧颗粒污泥特征三、好氧颗粒污泥特征四、获得颗粒污泥的反应器四、获得颗粒污泥的反应器五、影响好氧污泥颗粒化的因素五、影响好氧污泥颗粒化的因素六、颗粒污泥微生物结构与种群六、颗粒污泥微生物结构与种群七、好氧污泥颗粒化机理七、好氧污泥颗粒化机理八、好氧颗粒污泥的可能应用方面八、好氧颗粒污泥的可能应用方面九、需要研究的主要方面九、需要研究的主要方面一、引一、引 言言 好氧处理长期以来是以两种方式进行，一种是微好氧处理长期以来是以两种方式进行，一种是微生物的悬浮生长，如活性污泥及其改进工艺；另一种生物的悬浮生长，如活性污泥及其改进工艺；另一种是生物膜法，即微生物固定于载体上形成生物膜。好是生物膜法，即微生物固定于载体上形成生物膜。好氧颗粒污泥是微生物氧颗粒污泥是微生物“自絮凝自絮凝”(self-immobilization of microoganisms)的新方式，好氧颗粒污泥的形成对的新方式，好氧颗粒污泥的形成对废水生物处理具有废水生物处理具有重大的理论和实际意义重大的理论和实际意义。一、引一、引 言言活性污泥法：活性污泥法：l曝气池中的污泥浓度低曝气池中的污泥浓度低,容易产生大量的剩余污泥容易产生大量的剩余污泥;l同时反应器容积负荷较低；同时反应器容积负荷较低；l体积庞大体积庞大,抗冲击负荷能力弱抗冲击负荷能力弱;l极易引起丝状菌大量生长极易引起丝状菌大量生长,导致污泥膨胀导致污泥膨胀,处理效率下降处理效率下降,甚至引起处理工艺瘫痪。甚至引起处理工艺瘫痪。活好氧颗粒污泥：活好氧颗粒污泥：l沉降性好、生物量大；沉降性好、生物量大；l降低了对污泥沉淀系统的要求降低了对污泥沉淀系统的要求,减少了剩余污泥的排放。减少了剩余污泥的排放。l好氧颗粒污泥不仅能承受高的有机负荷好氧颗粒污泥不仅能承受高的有机负荷,而且集不同性而且集不同性质微生物质微生物(好氧、兼氧和厌氧微生物好氧、兼氧和厌氧微生物)于一体于一体,因此它具因此它具有脱氮功能。有脱氮功能。一、引一、引 言言 历史：历史：好氧颗粒污泥的提出并研究始于好氧颗粒污泥的提出并研究始于20世纪世纪90年年代初期代初期(Mishima K,1991;Shin H S,1992)，最初采用的，最初采用的反应器是纯氧上流式好氧污泥床。国内清华大学周律反应器是纯氧上流式好氧污泥床。国内清华大学周律博士发表了第一篇介绍好氧颗粒污泥的论文博士发表了第一篇介绍好氧颗粒污泥的论文(1995)：“好氧颗粒污泥的形成和技术条件好氧颗粒污泥的形成和技术条件”。国外较多的研。国外较多的研究始于究始于1997年后，年后，Morgenroth(荷兰荷兰)等人采用污水处等人采用污水处理厂的活性污泥接种，在理厂的活性污泥接种，在SBR反应器中真培养出好氧反应器中真培养出好氧颗粒污泥，随后国外新加坡（刘雨）、荷兰、德国、颗粒污泥，随后国外新加坡（刘雨）、荷兰、德国、法国、日本等进行了研究。国、日本等进行了研究。国内：国内：清华大学、中国科技大学、湖南大学、江南清华大学、中国科技大学、湖南大学、江南大学、西安建筑科技大学、浙江大学、四川大学等等大学、西安建筑科技大学、浙江大学、四川大学等等进行了研究。清华大学竺建荣博士进行了研究。清华大学竺建荣博士(1999.3环境科学环境科学)或者是西安建筑科技大学或者是西安建筑科技大学Peng Dangcong(1999.3Wat Res)发表了第一篇国内的研发表了第一篇国内的研究论文。究论文。二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Morgenroth(1997)用用SBR115天运行获得的一颗污泥照片天运行获得的一颗污泥照片 好氧颗粒污泥因难于形成，现处于实验室阶段，不好氧颗粒污泥因难于形成，现处于实验室阶段，不同的研究者在不同的条件下获得了品质不同的好氧同的研究者在不同的条件下获得了品质不同的好氧颗粒污泥。颗粒污泥。bar=2.1mmJ.J.HEIJNEN(荷兰，荷兰，1999)二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片bar=1mmJ.J.HEIJNEN(荷兰，荷兰，2002)二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片63天天bar=1mmJ.J.HEIJNEN(荷兰，荷兰，2005)二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片J.J.HEIJNEN(荷兰，荷兰，2005)二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片The layered structure of the granuleFISH-荧光免荧光免疫原位疫原位杂交杂交PENG DANGCONG西安建筑科技大学（西安建筑科技大学（1999）granular sludge二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片granular sludgePENG DANGCONG西安建筑科技大学（西安建筑科技大学（1999）二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片granular sludgePENG DANGCONG（法国）（法国）西安建筑科技大学（西安建筑科技大学（1999）二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片granular sludgeYu Liu（新加坡）（新加坡）（2002）二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片granular sludgeYu Liu（新加坡）（新加坡）（2004）二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片bar=1 mmgranular sludgeSchwarzenbeck（德国）（德国）（2004）二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Malting Wastewater（SBR）二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片曾光明曾光明湖南大学，湖南大学，2003二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片曾光明曾光明湖南大学，湖南大学，2005张晓健张晓健清华大学，清华大学，2001二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片SND 好氧颗粒污泥？好氧颗粒污泥？颗粒污泥外部颗粒污泥外部颗粒污泥内部颗粒污泥内部陈陈 坚坚江南大学，江南大学，2003二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Satoshi Tsuneda（日本）（日本）2003二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Satoshi Tsuneda（日本）（日本）2003二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Satoshi Tsuneda（日本）（日本）2003Yellow part:ammoniaoxidizing bacteriaRed part:other bacteria detected by EUB338 probe.二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片FISH二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Phenol granule cultivated in sequential batch reactor with synthetic wastewater containing 250 mg L1 phenol,stained for all EPS components proteins(green):FITC;B lipids(yellow):Nile red;C total cells(red):SYTO 63;D dead cells(violet):Sytoxblue;E -polysaccharide(light blue):Con A rhodamine;F -polysaccharide(Blue):calcofluor white and individual images were merged together.FISH二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片 TEM images showing the interactions of the strains二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片陈坚陈坚江南大学江南大学(2004)bar=2 mMicroscopy images of mature granules after 120 days operation.陈坚陈坚江南大学江南大学(2004)二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片SEM of the granules surface bar=11 m陈坚陈坚江南大学江南大学(2004)二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片SEM of the granule interior,bar=4 m陈坚陈坚江南大学江南大学(2004)二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Mature granule observed by(a)optical microscopy and by(b)SEM.The surface of the granular microstructure is observed bySEM(c)and(d).二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Am Jang,2003 ，USA二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Am Jang,2003，UASThe distribution of AOB in an artificially cultured granule after in situ double hybridization with FITC-labeled probe EUB338.(green)and Cy3-labeled probe Nsm156(red).The scale bar shown on the figure is 200 mm;magnificationis 400/.The figures(a)and(b)magnified to produce the figures(c)and(d)are indicated with a white box.USA二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片FISHSchematic representation of the inert nuclei model.USA二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片FISHFISH二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Am Jang a二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Yarlagadda V.Nancharaiah-India(2008)Xiao-yan Lia(2008)-The University of Hong Kong二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Sunil S.Adava-Taiwan（2008）二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片稳定性研究稳定性研究Sunil S.Adava-Taiwan（2008）二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片稳定性研究稳定性研究Lydia Balest-Italy（2008）二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片实验装置实验装置清华大学王建龙等清华大学王建龙等(2004)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片清华大学王建龙等清华大学王建龙等(2004)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片清华大学王建龙等清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化Anaerobic granule used as seeder二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片清华大学王建龙等清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化after 1 week二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片清华大学王建龙等清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化after 2 week二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片清华大学王建龙等清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化after 3 weeks二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片清华大学王建龙等清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化after 5 weeks二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片清华大学王建龙等清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化after 5 weeks二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片清华大学王建龙等清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片清华大学王建龙等清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片清华大学王建龙等清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片竺建荣竺建荣(北京师范大学环境学院北京师范大学环境学院)(2008)二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片俞汉青俞汉青-中国科学技术大学化学中国科学技术大学化学与材料科学学院与材料科学学院(2008)钙盐在颗粒污泥中的分布钙盐在颗粒污泥中的分布二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Shu-Guang Wang -山山东大学东大学(2007)Brewery wastewater俞汉青俞汉青-中国科学技术大学化学中国科学技术大学化学与材料科学学院与材料科学学院(2007)二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片俞汉青俞汉青-中国科学技术大学化学中国科学技术大学化学与材料科学学院与材料科学学院(2008)二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片俞汉青俞汉青-中国科学技术大学化学中国科学技术大学化学与材料科学学院与材料科学学院(2008)The pilot-scale(1m3)SBR reactor for cultivating aerobic granules with low-strength municipal wastewater in Zhuzhuanjing WWTP.The photograph shows the upper compartment(Plexglas),as well as the lower compartment(steel).The left schematic picture shows the SBR reactor configuration and flow chart.COD：200 mg/Lworking volume of 1m3 with an internal diameter of 0.5m and a height of 6 m二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片俞汉青俞汉青-中国科学技术大学化学中国科学技术大学化学与材料科学学院与材料科学学院(2008)二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片俞汉青俞汉青-中国科学技术大学化学中国科学技术大学化学与材料科学学院与材料科学学院(2008)二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片俞汉青俞汉青-中国科学技术大学化学中国科学技术大学化学与材料科学学院与材料科学学院(2008)二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片王晓昌王晓昌(西安建筑科技大学西安建筑科技大学2008)不同含盐条件下好氧颗粒污泥形态观察不同含盐条件下好氧颗粒污泥形态观察清华大学文湘华等清华大学文湘华等,2004好氧颗粒污泥核心好氧颗粒污泥核心二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片好氧颗粒污泥好氧颗粒污泥CAI Chun-guang(2004)上海交大上海交大二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片好氧颗粒污泥好氧颗粒污泥Yao Chen(2008)四川大学四川大学二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片好氧颗粒污泥好氧颗粒污泥Yao Chen(2008)四川大学四川大学二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片好氧颗粒污泥好氧颗粒污泥DGGE：变性梯度凝胶电泳变性梯度凝胶电泳-一种一种DNA检测检测技术技术Yao Chen(2008)四川大学四川大学二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片好氧颗粒污泥好氧颗粒污泥去除去除COD，NShu-Fang Yang,Joo-Hwa Tay(2007)新加坡新加坡Nanyang Technological University二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Yong-Qiang Liu,Joo-Hwa Tay(2007)新加坡新加坡Nanyang Technological University二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片Yong-Qiang Liu,Joo-Hwa Tay(2007)新加坡新加坡Nanyang Technological University二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片好氧颗粒污泥颗径分布好氧颗粒污泥颗径分布二、颗粒污泥照片二、颗粒污泥照片三、好氧颗粒污泥特征三、好氧颗粒污泥特征 好氧颗粒污泥外观一般为好氧颗粒污泥外观一般为橙黄色橙黄色,圆形圆形或或椭圆形椭圆形.成熟成熟的好氧颗粒污泥有光滑的表面。的好氧颗粒污泥有光滑的表面。与普通的絮状污泥相比，好氧颗粒污泥的理化特征与普通的絮状污泥相比，好氧颗粒污泥的理化特征 如下：如下：类别类别比重比重(g/cm3)颗颗粒粒(mm)含水率含水率(%)SVI(mL/g)耗氧速率耗氧速率(mg/g min)沉降沉降时间时间(min)颗颗粒粒污污泥泥1.00681.007215(9)979820451.27991001500.830三、好氧颗粒污泥特征三、好氧颗粒污泥特征 好氧颗粒污泥的沉降性能好氧颗粒污泥的沉降性能四、获得好氧颗粒污泥的反应器四、获得好氧颗粒污泥的反应器 日前，可获得好氧颗粒污泥的反应器有四日前，可获得好氧颗粒污泥的反应器有四种（或三种）：种（或三种）：SBR、SBAR、AUFB、BASR SBR Sequencing Batch Reactor(塔式塔式)SBAR Sequencing Batch Airlift Reactor AUFB aerobic up fluidized bed(日本日本)BASR Biofilm Airlift Suspension Reactor四、获得好氧颗粒污泥的反应器四、获得好氧颗粒污泥的反应器 三种反应器中颗粒污泥的特性三种反应器中颗粒污泥的特性理化特征理化特征污污泥干重泥干重(gSS/L)生物量生物量浓浓度度(gSS/L污污泥泥)颗颗粒平均直径粒平均直径(mm)颗颗粒比表面粒比表面积积(m2/m3)SBAR4481.0758SBR3122.0340BASR0.7150.351700五、影响好氧颗粒化因素五、影响好氧颗粒化因素Substrate compositionOrganic loading rate 2.5 to 15 kgCOD/m3.dHydrodynamic shear forceSettling timeHydraulic retention timeAerobic starvationPresence of calcium ion in feedIntermittent feeding strategyDissolved oxygen,pH and temperatureSeed sludgeReactor configurationInhibition to aerobic granulation五、影响好氧颗粒化因素五、影响好氧颗粒化因素六、颗粒污泥微生物结构与种群六、颗粒污泥微生物结构与种群Microbial structure Confocal laser-scanning microscopy(CLSM)Microbial diversity molecular biotechnology Microbial diversity of aerobic granules has been studied by molecular biotechnology Techniques.Heterotrophic,nitrifying,denitrifying,P-accumulating bacteria,and glycogen-accumulating bacteria have been identified in aerobic granules developed under different conditions.The microbial diversity of aerobic granules is closely related to the composition of culture media,in which they are developed and structure of aerobic granules.六、颗粒污泥结构与微生物种群六、颗粒污泥结构与微生物种群颗粒主要由细菌组成，含有部分丝状菌。颗粒主要由细菌组成，含有部分丝状菌。颗粒颗粒本身的生物相极其丰富本身的生物相极其丰富,主要是形态各异的细主要是形态各异的细菌菌,有球菌、长短不一的杆菌等。有球菌、长短不一的杆菌等。在在较较大大的的好好氧氧颗颗粒粒污污泥泥颗颗粒粒表表面面和和周周围围还还存存在在大大量量 的的 原原 生生、后后 生生 动动 物物,附附 着着 生生 长长 大大 量量 钟虫钟虫,如等枝虫等。如等枝虫等。如如：Peng 等观察到颗粒污泥主要由杆状细菌组等观察到颗粒污泥主要由杆状细菌组 成，其端部朝向颗粒中心，并无丝状菌的存成，其端部朝向颗粒中心，并无丝状菌的存在。在。Morgenroth 等等发发现现好好氧氧颗颗粒粒污污泥泥由由结结合合着着细细菌菌的的酵酵母母构构成成，构构成成丝丝状状结结构构的的酵酵母母主主要要 为为Geotrichum sp.七、好氧颗粒化机理七、好氧颗粒化机理For bacteria to form aerobic granules a number of conditions need to be met and the physical,chemical,and biological forces contributing to granulation need to be viewed in combination.七、好氧颗粒化机理七、好氧颗粒化机理刘雨模型：刘雨模型：Step 1.Physical movement to initiate bacterium-tobacterium contact.Step 2.Stabilization of the multicell contacts resulting from the initial attractive forces.Step 3.Maturation of cell aggregation through production of extracellular polymer,growth of cellular clusters,metabolic change,environment-induced genetic effects that facilitate the cellcell interaction and result in a highly organized microbial structure.Step 4.Shaping of the steady state three-dimensional structure of microbial aggregate by hydrodynamic shear forces.七、好氧颗粒化机理七、好氧颗粒化机理刘雨模型：刘雨模型：CLSM图图七、好氧颗粒化机理七、好氧颗粒化机理Beun模型：八、好氧颗粒的可能应用八、好氧颗粒的可能应用lHigh-strength organic wastewater treatmentlnitrogen removallPhosphorous removallTreating toxic organic wastewaterslRemoval of heavy metals or dyeslRemoving particulate matterlRemoval of nuclear waste九、需要研究的主要方面九、需要研究的主要方面l好氧颗粒污泥的形成机理好氧颗粒污泥的形成机理l微生物生理生态及其微生态系统特性微生物生理生态及其微生态系统特性l好氧颗粒污泥应用于工业废水处理特性好氧颗粒污泥应用于工业废水处理特性l中试及工业应用中试及工业应用