好氧颗粒污泥的连续化研究.docx

《好氧颗粒污泥的连续化研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《好氧颗粒污泥的连续化研究.docx（9页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、好氧颗粒污泥的连续化研究（化工进展杂志）2015年第S1期好氧颗粒污泥是微生物在特定的环境下自发凝聚、增殖而构成的颗粒状生物聚合体，具有很多普通活性污泥难以比较的优点，如规则的形状、致密的构造、良好的沉降性能、高生物停留时间、多重生物成效有机物降解、同步脱氮除磷等、高耐毒性、相对较低的剩余污泥产量、耐冲击负荷等。得益于这些优点，好氧颗粒污泥已成为废水处理领域的研究热门，并被以为是极具发展前景的废水生物处理技术。固然好氧颗粒污泥首先在连续流反响器好氧上流式污泥床，AUSB中被发现，但后续研究3-5表明，序批式活性污泥工艺SBR愈加合适好氧颗粒污泥的构成及特性保持。截止到目前为止，好氧颗粒污泥的绝

2、大部分研究成果都来自于SBR。而事实也证实，序批式好氧颗粒污泥反响器AGSBR内理想的推流环境、可调控的污泥挑选机制、较大的水力剪切力等都为好氧颗粒污泥的构成创造了必要条件。相比之下，连续流反响器内较低的传质推动力、较弱的污泥挑选机制等不仅难以构成好氧颗粒污泥，亦对好氧颗粒污泥的稳定性构成了威胁，这也是为什么运行了百年之久的传统活性污泥法中从未发现有好氧颗粒污泥的原因。通常，SBR比拟合适于小水量废水的处理，也不易与其他连续运行构筑物串联，因此极大地限制了该类技术的应用与推广。相比之下，连续流反响器是污水处理领域中广泛采用的形式，具有灵敏、运行简便、设备利用率高等优点。因而，好氧颗粒污泥的连续

3、化一直是很多科研工作者不断追求的目的。为推进技术的发展，陆续出现了一些连续流好氧颗粒污泥反响器CFAGR的报道，它们的出现丰富了好氧颗粒污泥反响器的形式，对于技术的发展具有一定积极意义。然而，由于所获得的研究成果极其有限，这些反响器的可靠性尚需经历长期稳定运行的检验。毕竟，SBR中的大量研究表明，长期运行的好氧颗粒污泥容易失稳，甚至出现解体现象，这也是好氧颗粒污泥大规模工程化应用碰到的最大瓶颈。针对这一窘境，本文通过总结现有的CFAGR的研究进展，分析这些反响器的特点与缺乏，为好氧颗粒污泥反响器的连续化运行提供理论支持。1CFAGR的形式由于好氧颗粒化的机理仍不明了，缺乏理论指导下的各种CFA

4、GR的构型千差万别。但无论何种构型的CFAGR，都涉及到泥水分离问题。AGSBR利用静态沉淀经过可对不同沉降性能的污泥进行挑选，而沉降时间被以为是促进好氧颗粒污泥构成最重要的选择压。然而，CFAGR并不存在这一经过，要实现泥水分离及选择性排泥只能依靠泥水分离器。因而，下文以泥水分离机制为分类标准，对现有CFAGR进行总结。1.1沉淀区重力沉降分离这类反响器有的设置了单独的二沉池，利用污泥沉降性能的差异实现选择性排泥，并有污泥回流系统。张岩等研究了泳动床/好氧颗粒污泥系统图1(a)对实际生活污水的处理效果，泳动床/好氧颗粒污泥反响器及沉淀池有效体积分别为55.6L及60L，泳动床内填充了Biof

5、ringe生物载体，从生物载体上脱落的生物膜作为好氧颗粒污泥构成的诱导核，但这种依靠载体而构成的生物膜能否归类为好氧颗粒污泥值得商榷。鲁文娟等研究了连续流传统活性污泥系统图1(b)中好氧颗粒污泥的培养，曝气池及沉淀池有效容积分别为18L及4.5L。另外，也有只设置了沉降区或污泥排放管的连续流完全混合反响器无污泥回流装置，CSTR。李媛等10所用的合建式CSTR反响器图1(c)曝气区与沉淀区的有效容积分别为1.7L和0.6L，曝气区与沉淀区之间设有可调污泥回流缝，以便根据需要调节和控制污泥回流量。而Morales等14设计的CSTR图1(d)，有效容积为6L采用排泥管进行污泥挑选，该排泥管一半淹

6、没在水中，管中上升流速控制为10m/h。固然采用二沉池来进行泥水分离简便易行，但好氧颗粒污泥的沉降速度一般在2570m/h之间要明显大于活性污泥通常小于10m/h，设计者们是怎样控制外表水力负荷及剩余污泥的排放量来实现污泥挑选尚不得而知。但能够肯定的是，若直接引用活性污泥工艺中二沉池的设计参数显然欠妥。因而，究竟多大的外表水力负荷适用于好氧颗粒污泥的挑选与稳定性维持尚需系统论证。1.2三相分离器分离利用三相分离器来进行气、液、固分离是目前采用较多的形式。这类反响器通常采用柱状构造，在反响器的上部设有三相分离器。三相分离器的构型虽各有差异，但几乎都借鉴了UASB三相分离器的设计思想。田永生等研究

7、了上流式好氧颗粒污泥床反响器图2(a)中好氧颗粒污泥的培养及对实际废水的处理效果，该反响器为圆柱形，包括曝气区总容积13.7L和沉淀区总容积2.6L。周丹丹等在连续流气提式流化床图2(b)，有效容积5.6L、8.4L中开展了好氧颗粒污泥的培养、脱氮、处理实际废水等研究，该反响器包括3个部分，即升流区、降流区及三相分离器。在构造类似的反响器中，Jemaat等研究了连续流气升式反响器图2(c)中好氧颗粒污泥对硝基酚、甲酚的去除效果，而Wan等研究了HRT对短程硝化效果的影响，他们所用反响器的有效体积分别为2.6L及2.3L。Jin等利用无机碳源基质碳源和氮源分别为NaHCO3及(NH4)2SO4在

8、连续流气升式反响器内进行硝化颗粒污泥的培养，并研究了反响器在高进水氨氮下701100mg/L的硝化性能，该反响器图2(d)，有效容积9.2L包括4个部分，即上升管、下降管、空气分离器及沉淀区，采用堰式出水。一体化三相分离器无疑是最高效、简便的泥水分离方式，但却会增大设计难度。Long等研究了循环式好氧颗粒污泥反响器图2(e)对有机负荷的耐受力，该系统包括两根一样的单体反响器单柱有效体积12.1L，运行方式类似于双池型LUCASS工艺，采用“斜管+挡板沉淀池进行泥水分离。其中，挡板沉淀池内设有可升降的挡流板，通过控制挡板的插深可创造不同的水力选择压，这种新颖的设计为高效三相分离器的设计提供了一种

9、新思路。固然UASB的三相分离器为其他分离器的设计提供了一些理论基础，但好氧颗粒污泥反响器内剧烈的气流扰动及选择性排泥对传统三相分离器提出了更高的要求。究竟何种形式的三相分离器能知足好氧颗粒污泥的构成及稳定性维持要求尚需系统论证。1.3筛网过滤分离这类反响器通过滤网来进行污泥挑选，大于该孔径的颗粒被截留并返回主反响区，而透过的絮体则排出反响器。Liu等研究了连续流自生动态膜反响器图3(a)，CGSFDMBR中好氧颗粒污泥的稳定性，该反响器由4个部分组成，即SBAR池有效容积28.8L、沉淀池有效容积6L、动态膜生物池有效容积24L及污泥选择池有效容积10L。其中，污泥选择池中滤网孔径为0.6m

10、m，天天只对部分混合液进行一次筛泥。另外，Liu等还尝试了在传统好氧颗粒污泥反响器图3(b)内进行好氧颗粒污泥的培养，该系统包括一根柱状反响器有效容积7.5L及一个污泥选择池，根据好氧颗粒化的进程，污泥选择池中的筛网孔径由0.1mm增大至1.0mm，截留颗粒污泥由污泥泵连续回流至柱状反响器内。这种泥水分离方式具有较高的筛分效率，但运行、控制非常繁琐，且极易堵塞。1.4膜分离这类反响器均采用膜组件进行泥水分离，膜组件的类型有聚偏氟乙烯PVDF中空纤维膜膜孔径0.4m、聚乙烯中空纤维膜膜孔径0.4m、聚丙烯膜膜孔径0.1m等，反响器的运行方式类似于膜生物反响器MBR，但根据膜组件的安装方式可分为合

11、建式及分建式生化反响区与膜组件隔开。为延缓膜污染，膜组件下方均设有可提供高强度曝气量的曝气管。邱光磊等研究了MBR中好氧颗粒污泥构成的机制，所使用的MBR图4(a)有效容积60L，其间由穿孔板分为主反响区和膜分离区，主反响区和膜分离区体积比为41。而刘爱萍等使用的MBR图4(b)被隔板分成了膜区27L和导流区17L，导流区内设有导流筒，构造类似于SBAR。Juang等研究了长期运行的MBR中好氧颗粒污泥的稳定性，该MBR为柱状型高120cm，直径6cm、膜组件安装在空气扩散器上。由于膜组件的良好截留效果，这些MBR运行经过中几乎没有污泥排放，理论上污泥的SRT能够无限延长，这种没有污泥挑选经过

12、即可构成好氧颗粒污泥的现象明显不同于其他几类CFAGR，详细的构成机理尚缺乏有力的论据支撑。另外，不断老化的污泥能否维持好氧颗粒污泥长期稳定性亦值得深思。2现有研究的缺乏2.1缺乏对污泥挑选效果的系统研究好氧颗粒污泥的构成及稳定性维持是一个解体与颗粒化的动态平衡经过，涉及到污泥的挑选与淘汰。可是，目前还极少有研究定性或定量地探索了泥水分离装置对不同粒径或不同沉降性能的污泥的截留或透过效果。Long等将粒径大于0.3mm的生物体视为好氧颗粒污泥，通过批次试验研究了不同工况下挡板插深、HRT及曝气量组合三相分离器对污泥的筛分效果，发现正常工况下反响器对好氧颗粒污泥的截留效率可保持在98.6%以上，

13、表明绝大多数的好氧颗粒污泥可被截留在反响器内。然而，对于目前繁多的三相分离器形式，设计者们很少会介绍它们的设计根据、计算经过，对于泥水分离效果，如总截留效率、分级截留效率等甚至只字不提，因此难以评价这些泥水分离器的可靠性。2.2缺乏对反响器内水力学流态的研究反响器内的水力学流态不仅会影响微生物的聚集形态，亦会影响传质效果及生化反响。研究表明，AGSBR中时间上的推流及空间上的完全混合流态不仅有利于微生物之间的互相凝聚，亦可有效抑制丝状菌的过度生长。固然连续流反响器中亦有推流式反响器，但受长宽比限制，难以提供好氧颗粒污泥构成所需的高剪切力。大量研究表明，推流式反响器似乎更合适好氧颗粒污泥的构成及

14、稳定性维持，而完全混合反响器内较低的传质推动力极易造成丝状菌过度生长而导致好氧颗粒污泥失稳。需要指出的是，通过无机碳源培养出的硝化颗粒污泥在连续流反响器内往往能够表现出较好的稳定性，这些反响器通常采用较长的HRT，内部近似呈完全混合流态。因而，究竟何种流态反响器更合适好氧颗粒污泥的构成及稳定运行尚需系统研究。然而，目前极少有研究探索了不同工况下CFAGR中的水力学流态以及流态对好氧颗粒化及好氧颗粒污泥稳定性的影响。2.3缺乏长期稳定运行的数据支撑在大量实验的基础上，好氧颗粒污泥已在培养、颗粒特性、生物相、污染物去除等方面积累了大量积极成果。另外，国外的一些科研机构已将好氧颗粒污泥实现了小范围的

15、工程化应用运行数据至今未公开，但这些反响器无一例外地都采用了类似于SBR的间歇式运行形式。相比之下，好氧颗粒污泥连续化的研究成果还极其有限，且反响器构型相差极大，不仅缺乏系统论证，亦不利于试验结果的重复。大部分研究者们都倾向于证实好氧颗粒污泥能在他们的连续流反响器内构成并具有较好的污染物去除效果，或在较短的时期内能够维持稳定，但却经常缺少运行经过中好氧颗粒污泥各项理化特性的数据支撑。另外，由于目前尚没有公认的评价好氧颗粒污泥培养成功的定量标准，很多CFAGR中好氧颗粒污泥能否占绝对优势仍值得商榷。毕竟，研究表明好氧颗粒污泥的构成及稳定运行需要较高的水力选择压，否则好氧颗粒污泥难以占据绝对优势。

16、3结语与建议由于研究成果极其有限，好氧颗粒污泥的连续化还有很多问题需要解决。究竟何种形式的连续流反响器形式合适于好氧颗粒污泥的培养及稳定运行仍需不断探索与论证，对于CFAGR的研发提出下面建议。1好氧颗粒污泥的连续化应立足于AGSBR中已获得的研究成果，如好氧颗粒污泥构成的影响因素、颗粒化机理等，在系统分析两类反响器的差异的基础上，积极创造合适好氧颗粒污泥存在的反响器形式。2SBR的变形工艺中已有成熟的并应用于实践的半连续流及连续流反响器，如CASS、LUCASS、UNITANK等，它们的运行方式可为CFAGR的设计开拓一条新的思路，另外，可大量吸收现有成熟污水处理工艺的经历与教训，如工程上广泛采用的抑制丝状菌过度生长的生物选择器、可降低能耗的浅池曝气等。