好氧顆粒污泥工藝在市政污水處理中的研究與應(yīng)用

闡述了在市政污水處理工藝中所形成的新顆粒污泥的相關(guān)特性、成粒理論以及影響顆粒污泥形成的主要因素，同時介紹了好氧顆粒污泥市政污水領(lǐng)域的歷史發(fā)展進程。最后結(jié)合相關(guān)學者研究，對好氧顆粒污泥在市政污水處理領(lǐng)域的發(fā)展方向和和應(yīng)用前景進行了展望。

近年來，雖然好氧顆粒污泥研究得到學者和專家的廣泛關(guān)注，對其研究也逐漸增多，但由于好氧顆粒污泥相關(guān)理論沒有達成共識，工程化應(yīng)用培養(yǎng)周期長（約40d），工藝運行參數(shù)需優(yōu)化確定，需進一步提高顆粒污泥成粒穩(wěn)定性等因素，限制其在工程中的推廣和應(yīng)用，其研究規(guī)模主要局限于小規(guī)模工業(yè)廢水應(yīng)用的案例，至于其在市政污水處理領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，國內(nèi)外更是鮮有報道。

因此，在市政污水好氧生化工藝中如何優(yōu)化運行參數(shù)、縮短培養(yǎng)周期、提高成粒污泥穩(wěn)定性及其在工程應(yīng)用中推廣將是今后研究重點。本文旨在通過對文獻查閱和分析，綜述國內(nèi)外市政污水處理工藝中好氧顆粒污泥工藝研究與應(yīng)用的現(xiàn)狀，闡述好氧顆粒污泥成因機理、相關(guān)特性、影響因素，并對其在市政污水處理工程化研究應(yīng)用進行討論。

1、顆粒污泥研究

好氧顆粒污泥是在有氧條件下，微生物通過自聚集形成具有顆粒狀規(guī)則外形、結(jié)構(gòu)密實、沉降性能優(yōu)良、污染物處理效果明顯的特殊的微生物聚集體，即在流體動力條件下微生物自固定形成生物體團聚的特殊過程，較之傳統(tǒng)活性污泥工藝，好氧顆粒污泥不易出現(xiàn)污泥膨脹和處理水質(zhì)變差等問題。

1.1、顆粒污泥的基本特性

在好氧條件下，培養(yǎng)顆粒污泥的條件較為苛刻，并且在不同市政污水中不同操作條件和培養(yǎng)目的下培育出的好氧顆粒污泥在顆粒大小、粒徑分布、顏色、功能上也都存在著差異。

1.1.1、色澤與粒徑

好氧顆粒污泥外表面呈現(xiàn)出橙黃色或淺黃色，表面含有大量孔隙，且成熟的好氧顆粒污泥外表面光滑致密，具備清晰規(guī)則的球形或橢球型輪廓。好氧顆粒粒徑一般為0.5~2.3mm（其中最佳粒徑為1.0~2.0mm），且隨著顆粒污泥的粒徑增加，污泥沉降速率、顆粒污泥密度以及污泥比表面和疏水性數(shù)值均有所增大，而污泥體積指數(shù)（SVI）則進一步減小。

但當顆粒污泥粒徑>4.0mm以后，因顆粒內(nèi)部或核內(nèi)部傳質(zhì)和擴散阻力增大，影響了胞外多聚物的分泌和微生物的生長繁殖，引發(fā)顆粒污泥外表面表層發(fā)生破裂，致使其顆粒污泥由外向內(nèi)逐層疏松而重新分散為絮狀活性污泥。因此，要得到顆粒污泥最經(jīng)濟效率和運行狀態(tài)，就必須考慮顆粒污泥粒徑和生物活性等相互間的關(guān)系。

1.1.2、沉降性能

好氧顆粒污泥的平均密度約為1.04~1.05×103kg/m3，污泥沉降比（SV）在14~30%之間，污泥體積指數(shù)（SVI）=20~50mL/g。雖然好氧顆粒污泥平均含水率介于97~98%之間，但其具有更高的沉降速率（可達30~70m/h），是絮狀污泥的5~6倍，因此可在較高的水力負荷條件下仍具有較高的運行穩(wěn)定性和效率。

表1傳統(tǒng)活性污泥與好氧活性顆粒污泥比較

1.1.3、微生物多樣性

顆粒污泥由外至內(nèi)形成了好氧區(qū)、缺氧區(qū)以及厭氧區(qū)。微生物有氧代謝，降解有機污染物，同時將氨氮等氧化為硝態(tài)氮（NO3-）和亞硝態(tài)氮（NO2-）。隨著擴散進入缺氧和厭氧區(qū)后，微生物便以NO3-和NO2-等為電子受體進行代謝，將NO3-和NO2-反硝化為如N2O和N2等低價態(tài)氮素而降低污水中氮素污染，同時完成吸磷準備。

可見豐富的微生物使得顆粒污泥具備良好的COD、BOD和TN去除效率，并且因其在反應(yīng)池中MLSS和MLVSS較大，從而有利于增加反應(yīng)池的污染負荷和容積負荷，提高了系統(tǒng)抗外界沖擊負荷的能力，進而減少市政污水處理廠占地面積。

1.2、顆粒污泥的成粒理論

好氧顆粒污泥的形成過程是一個包含物理、化學和生物作用的復(fù)雜過程。目前，對于好氧顆粒污泥成粒機理仍然眾說紛紜，尚未形成統(tǒng)一定論，但是從文獻來看，與市政污水處理工藝密切相關(guān)的理論得到更多學者認可，但也存在較多爭議。

表2好氧顆粒污泥成粒理論比較

延伸閱讀：

如何利用好氧顆粒污泥實現(xiàn)同步硝化反硝化?

好氧顆粒污泥的培養(yǎng) 修復(fù)及穩(wěn)定性維持

好氧顆粒污泥原理及應(yīng)用