好氧颗粒污泥处理高氨氮废水技术

1、精品整理好氧颗粒污泥处理高氨氮废水技术高氨氮废水主要来源于畜禽养殖、垃圾渗滤液、皮革废水、焦化废水以及化肥厂等生产 过程。高氨氮废水未经处理直接排放容易引起水中藻类及英他微生物大虽:繁殖，导致水体富 营养化;髙氨氮废水排入自来水厂，会导致水厂运行故障而造成饮用水异味;处理髙氨氮废水 过程会产生大量硝酸盐及亚硝酸盐，长期饮用含有这类产物的水会诱发髙铁血红蛋白血症， 严重影响居民身体健康。高氨氮废水处理主要有生物法、化学法、物理法三种，其中生物法具有经济有效、无二 次污染等特点，是目前公认最具发展前景的氨氮处理方法。传统生物脱氮处理工艺，虽然能 够有效去除氨氮，但存在碳源、溶解氧不足，有大呈:剩余

2、污泥等问题，为此，诞生了许多新 型生物脱氮技术，例如短程硝化反硝化工艺、同步硝化反硝化工艺及厌氧氨氧化工艺等，英 具有经济性能好、脱氮效率髙等明显优势，但仍然存在一立的应用瓶颈。近20年来，好氧 颗粒污泥因其致密的结构、良好的沉降性能、耐冲击负荷能力和多功能菌群等诸多优势，成 为废水生物处理领域的新兴技术，且对高氨氮废水具有良好的去除效果，同时降解有毒、有 害物质，已受到越来越多的关注。因此，研究好氧颗粒污泥对高氨氮废水的处理效果及彫响 因素具有重要的理论意义和实践价值。据此，本文对好氧颗粒污泥处理高氨氮废水领域进行调研，探讨了好氧颗粒污泥技术在 处理垃圾渗滤液、化肥工业污水、畜禽养殖废水的研

3、究现状及处理效果，好氧颗粒污泥形成 机理及主要影响因素，最后对好氧颗粒污泥技术处理髙氨氮废水工程应用前景进行了展望。一、好氧颗粒污泥技术处理髙氨氮废水研究现状据报道，好氧颗粒污泥技术目前已经在畜禽养殖废水、化肥工业废水、垃圾渗滤液等高 氨氮废水领域展开研究。研究表明，好氧颗粒污泥与传统絮状污泥相比具有良好的沉降性能、 高生物量、集多种微生物于一体等特点，使其在处理某些髙浓度有机废水、难降解废水、髙 氨氮废水时仍能保持较好的去除效果。好氧颗粒污泥处理高氨氮废水部分示例见表1。1污泥技术处理高氯氮废水Table I Aerobic granular sludr technology for tre

4、ating high ammonia nitrogen vrMtewatcr序号废水水质平的夫除率运行条件研究者1税拟裁水48085 *反垃骼高住比10:1;水力停昭时阿6 b2孩场废水110-72380 %反应58瓦径比煜期12h赵水桜等3垃圾沪滋液36696 %12 bWd Ji第【】78877%4丄业废水110539%好氣上沱式化床反应ShHRT4.9 07S bTxiiedii 务50080%5模拟滾水60086 *pll 7-8用发20叱刘玉獰等垃圾渗滤液主要来源于填埋场，具有髙氨氮、低生化性、含盐高、重金属多等特点，其 中高氨氮是处理过程中一大难题。目前，处理垃圾渗滤液主要以物化法

5、和生物法为主，物化 法处理髙氨氮废水，主要通过氨吹脱塔来进行去除，同时调肖pH、温度等，这无疑增加运 营成本。生化法，主要是在处理高氨氮废水时会产生大量游离氨导致生物活性降低，影响工 艺正常运行。好氧颗粒污泥具有高生物疑、沉降性好、抗冲击负荷强等优势，适用于处理髙 氨氮废水。Wei等向GSBR反应器中接种好氧颗粒污泥处理垃圾渗滤液，反应器内出现同步 硝化反硝化现象，且当氨氮浓度提升至788mg/L,反应器内出现短程硝化反硝化，大量亚硝 酸盐累积。好氧颗粒污泥由内向外厌氧、兼氧、好氧的特殊结构，处理髙氨氮废水过程产生 游离氨有助于氨氧化菌的富集，促进短程硝化反硝化工艺实现，为处理垃圾渗滤液提供了

6、新 方向。化肥行业生产排放的高氨氮废水，主要来源于企业生产尿素、氨等化肥过程。蔡佳青研 究好氧颗粒污泥对高氨氮化肥企业废水处理效果，颗粒污泥经过46天的培养及驯化对污染 物有良好去除效果，稳泄运行期间COD、氨氮平均去除效率约94.2%, 89.8%O刘浩等同样 发现，好氧颗粒污泥对化肥工业废水中COD、氨氮去除效果良好，平均去除率分别达93.5% 和89.2%,总氮去除率维持在66.5%以上。作为典型高氨氮废水-畜禽养殖废水，好氧颗粒污泥对其同样具有良好去除效果。相较 于传统SBR工艺，好氧颗粒污泥在去除髙浓度猪场废水及沼液具有潜在优势。谢磊等首先 利用城市生活污水成功培养岀好氧颗粒污泥，再

7、处理髙浓度猪场废水;在氨氮浓度稳定在 800mg/L左右条件下，COD、氨氮去除率一直稳泄在80%以上，去除效果良好。王晓春等 同样研究好氧颗粒污泥对畜禽养殖废水处理效果，反应器经过35天稳左运行，COD、氨氮 平均去除率为9&56%、86.14%,另外好氧颗粒污泥对畜禽养殖废水中四环素也有去除效果二、好氧颗粒污泥的特点、形成机理及影响因素2.1好氧颗粒污泥的特点好氧颗粒污泥是活性污泥在好氧条件下通过形成髙选择压，促进微生物自凝聚，从而形 成外观规则、结构紧凑、轮解淸晰的生物聚合体。好氧颗粒污泥受进水水质和接种污泥的不 同形成颗粒一般有淡黄、棕色和黄色，粒径一般在0.20-5.00mm之间，通

8、常外观呈球形或椭 球形，英特殊的结构可以形成厌氧-好氧环境，从而为不同微生物生长提供场所，实现同步 脱氮除磷。2.2好氧颗粒污泥的形成机理好氧颗粒污泥是在好氧条件下，通过高选择压促使微生物进行自固立而形成的颗粒污 泥，其本身是一种特殊的生物膜，其形成过程包括物理、化学及生物多种共同作用。目前国 内外研究者，通过不同手段，如髙通量测序、荧光原位杂交等从不同角度探索好氧颗粒污泥 的形成，提岀不同的机理假说。2.2.1胞外多聚物(EPS)假说胞外聚合物(EPS)是在特泄环境条件下微生物为抵抗外界条件的改变而分泌一种髙粘性 聚合物，其成分主要以蛋白质、多糖、腐殖酸为主，还有部分DNA、脂肪、脂类及一些

9、无 机物。英中蛋白质可以改变细胞间疏水性，降低细胞表而的自由能，增强微生物之间粘连， 从而形成结构致密、稳左的好氧颗粒污泥。另一主要成分多糖，主要分布在颗粒污泥内部及 菌胶团细胞间隙，可以维持所形成颗粒污泥的完整性，与附着在颗粒表而的线状菌嵌合形成 好氧颗粒污泥，在形成过程中起骨架作用。222微生物自凝聚假说自凝聚是指微生物在适当的条件下为应对外界环境改变而进行自我调肖，改变自身特征 发生凝聚，从而形成生物活性髙、沉降性能好、密度大的生物聚合体，随后慢慢进化，最终 形成好氧颗粒污泥2.2.3丝状菌假说研究表明，当接种污泥当中含有丝状菌时，会将系统中球菌、杆菌及小颗粒等相互连接、 缠绕形成颗粒污

10、泥。当接种污泥中丝状菌占优势时，大量细菌会以丝状菌为载体进行吸附性 生长，其相当于卄架作用，在剪切力、沉降时间改变下，形成好氧颗粒污泥。林勇山等研究 发现通过向絮状活性污泥中接种部分丝状菌，可以在15天就培养出理化性能良好的好氧颗 粒污泥，大大缩短颗粒化时间。2.3影响好氧颗粒污泥形成的主要因素好氧颗粒污泥形成是一个复杂的过程，包括物理、化学和生物共同作用。在有氧条件下, 由絮状污泥逐步向颗粒污泥转化，这一过程也受到不同因素影响，比如有机负荷及组成、水 力剪切力、沉降时间、反应器构造及金属离子等。有机负荷过低，微生物生长缓慢：有机负荷过髙造成系统内丝状菌大量繁殖，影响反应 器稳左运行，适宜颗粒

11、污泥形成有机负荷范用在2.50-15kgCOD/(m3-d)o王芳等问研究了不 同有机负荷下(1.58kg/(m3.d)、14.12kg/(m3.d)好氧颗粒污泥对污染物去除效果，发现在两种 负荷条件下颗粒污泥对污染均有良好去除效果，但高负荷下颗粒污泥的沉降性能比低负荷条 件下好，且在低负荷下出现了污泥膨胀现象。因此适宜的有机负荷有利于好氧颗粒形成水力剪切力在颗粒形成及稳泄运行过程中同样具有重要作用。在序批式SBR反应器中, 水力剪切力主要来源于气体流动，污泥在水力剪切力作用下相互碰撞，最后形成好氧颗粒污 泥。研究表明只有当反应器水力剪切力提髙到一泄水平，好氧颗粒污泥才会形成。Lili等研 究

12、表明只有当反应器内上升流速大于1.2cm.s-l时，颗粒污泥才会形成;随着上升流速增加， 颗粒污泥外观越来越规则，密度、强度越来越，还会促进微生物分泌大疑EPS,细胞疏水性 增强，有助于形成结构紧密好氧颗粒污泥，维持反应器稳定运行。沉降时间是影响污泥颗粒化的重要因素，在颗粒污泥形成过程中主要是对微生物进行筛 选，将沉降性差的污泥排出反应器，留下沉降性良好的污泥进而实现颗粒化。Qin等研究发 现只有当沉降时间低于15min时，才会出现好氧颗粒污泥，当沉降时间小于5min时，颗粒 污泥在反应器当中占据主导作用。同时在较短的沉降时间下，反应器当中的EPS含量明显 增加，微生物活性及细菌表而的疏水性明

13、显增强，颗粒化进程也明显加快。三、好氧颗粒污泥处理高氨氮废水的影响因素3.1有机负荷的影响有机负荷(OLR)对颗粒的形成与稳左有一圧影响，有机负荷变化会产生不同选择压，富 集不同微生物菌群影响污泥的颗粒化及稳泄性皿研究表明，在较低有机负荷下，好氧颗粒污 泥内部容易发生水解，导致颗粒污泥内部岀现空洞而解体，影响反应器的稳立运行;当有机 负荷过髙时，颗粒污泥中微生物快速增长，颗粒粒径变大导致，颗粒结构变得疏松，稳定性 变差。王香莲在培养好氧颗粒污泥过程中频繁改变氨氮浓度造成颗粒污泥稳左性减弱，出现 颗粒解体;当进水COD为2200mg/L,氨氮浓度为240mg/L,出水氨氮、亚硝酸盐均检测不 出，

14、TN去除率高达70%,去除效果良好。3.2溶解氧的影响在较低髙溶解氧(DO)下由于传质阻力的存在会导致颗粒内部由于供氧不足而产生厌氧 代谢，同时丝状菌大量繁殖，严重影响颗粒污泥的稳立性，甚至不能形成好氧颗粒污泥;适 当的DO浓度促进颗粒污泥的形成及生长，颗粒粒径分布也比较集中;但DO过高，由于水 力剪切力的作用导致颗粒污泥解体，影响系统的稳定运行。黄国玲等研究发现氨氮浓度从 300mg/L逐步提升至900mg/L, pH为8,曝气量为75L/h时，脱氮效果最佳，氨氮去除率维 持在96.7%以上;曝气量较低会导致DO不足，颗粒污泥之间相互碰撞几率减少，曝气量过 大会导致颗粒内部厌氧区的空间减少，

15、不利于反硝化进行。董苗苗等研究发现污泥的沉降性 能、胞外聚合物中多糖(PS)含量随着DO的升髙而增加，而胞外聚合物中蛋白质(PN)基本不 变，且在较高DO条件下部分颗粒污泥出现解体。3.3其他方而義他因素，例如进水C/N比、碳源种类、排水比、选择压、pH、温度、曝气时间、絮 凝剂添加方式等都会对颗粒污泥造成影响。何理如首先利用合成废水在不同选择压下启动 好氧颗粒污泥，得出最佳条件，后在不同排水比(73%、66%、50%)下以实际畜禽养殖废水 培养好氧颗粒污泥，发现在较小选择压形成的颗粒污泥粒径较大，且脱氮效果良好;排水比 为66%形成颗粒污泥具有较好的碳氮去除效果，而排水比50%形成的颗粒污泥对磷去除效 果较好。四、结论与展望好氧颗粒污泥因其良好