好氧颗粒污泥形成的影响因素及其应用(2)

2019-04-22 08:12

好氧颗粒化污泥在—个非常广泛的有机负荷范围内(2.5kgCOD/m3d一15 kgCOD/m3d)都可以形成

[9]

,但是颗粒污泥形成后,

系统的稳定性却与系统施加的有机负荷紧密相关。由于存在传质阻力,相对于絮状污泥而言,颗粒污泥生长速度较慢,较高的有机负荷有助于克服传质阻力,但是也易引起丝状菌大量生长,从而阻碍污泥沉淀并最终导致反应器出水的恶化和反应器运行状况的不稳定。如果在较高的有机负荷下提高水流剪切力,丝状菌易于破碎而随反应器出水排出,则有利于形成较为紧密而边界清晰、沉淀性能较好的颗粒污泥,在较高的有机负荷情况下,反应器壁上容易形成生物膜,相对于颗粒污泥生物膜的传质阻力小,生长速度较快并与颗粒污泥竞争底物导致颗粒污泥数量减少和颗粒污泥床絮状化。因此,在反应器运行过程中需要定期清洗反应壁以及防止生物膜积累。好氧颗粒污泥的物理性质也与有机负荷率紧密相关。虽然有机负荷率对好氧颗粒的外形影响不大,但是在不同有机负荷下形成的好氧颗粒污泥之间其密度、比重和污泥体积指数的测得值却相差很大。好氧污泥的本身强度随有机负荷的增加而减少。这可能是因为有机负荷的增加,生物体生长速度也随之增加。从而直接削弱了微生物聚合体的结构强度。 3.4 沉淀时间

沉淀时间的不同则意味反应器对微生物水力选择压不同。控制较短的SRT有利于将沉淀性能较差的絮状污泥淘洗出去,实现颗粒污泥的选择性培养。较短的沉淀时间会刺激细胞分泌更多的胞外多聚糖,同时促进细胞表面的疏水性能得到很大的改善。但是SRT太短,会导

致系统的稳定性遭到破坏,污泥大量流失,出水水质变差,系统处理能力下降。最优沉淀时间的选择对好氧颗粒污泥形成过程操作是十分重要的。优良的沉淀性能使得反应器利用颗粒污泥实现对有机污染物的快速、有效的去除成为可能3.5 好氧“营养匮乏期”

SBR中微生物的活动、繁衍会受到反应器中操作条件的周期性变化的影响。操作周期从时间上可以分为两部分:在底物降解段内,在周期开始时注入的底物被连续降解,反应器中底物浓度不断降低。在营养匮乏期内,反应器混合液中已无底物可用。研究中发现

[2]

[10]

:在

颗粒污泥形成过程中,每个周期中所谓“底物降解阶段”和“营养充裕期”占总周期时间的比率越来越小,而所谓的“营养匮乏期”占时却越来越长。在研究中还发现。在“营养匮乏期”,细菌疏水性变强,这一变化促进了细菌问的相互接触和粘连。这证明微生物在“饥饿”状态时是可以改变其表面性质的。综上所述,作为一个影响微生物聚合的重要因素,SBR中周期性“营养匮乏期”有利于结构紧凑的颗粒污泥形成。 3.6 钙离子

通过研究底物中存有Ca+可以加速好氧颗粒化的进程。从机理上推测,是无机晶核(钙盐)附着机理,则以碳酸钙(微生物新陈代谢产生二氧化碳,与钙离子作用产生微小的碳酸钙晶粒)为晶核,成为微生物的附着场所,组建形成颗粒状污泥。加钙离子培养的好氧颗粒污泥也显示了其更好的沉淀性和强度及更高的多聚糖含量3.7 溶解氧,pH值和温度的影响

[11]

溶解氧(DO)浓度是影响好氧污水处理系统操作的一个重要的参数,溶解氧浓度过低,污泥内部将处于厌氧状态,从而抑制污泥颗粒的进一步增大,所以溶解氧浓度的供给是颗粒污泥生长的限制因素。

颗粒污泥在形成与成熟期都与温度有着密切的关系。有研究表明在厌氧-好氧交替工艺中培养好氧颗粒污泥时发现随着温度的下降,颗粒污泥向絮状污泥转变。pH值对形成厌氧颗粒污泥的影响已经得到了广泛的认可。但是,由于绝大多数好氧颗粒污泥都采用人工配制的废水,pH值基本上处于中性。 3.8 反应器的结构

目前为大多数关于好氧颗粒污泥的报道都是SBR,反应器结构及尺寸对于器中的液体流动形成及微生物的聚合形态有重要的影响。在试验中反应器设计采用较大的高度和内径比(H/D)有利于产生一个较长的环流轨迹,这相应会加强对微生物聚合体的水力摩擦,使器中的微生物聚合体始终处于一种水力摩擦作用下,逐渐演化形成为一种规则颗粒形状,以使其表面自由能最低。在实际应用中,采用SBR操作模式和较大的反应器高度和内径比被证明有利于选择和截流有较好沉淀性的颗粒污泥

[12]

。近期苏州科技学院李媛等

[13]

做了采用CSTR

反应器培养好氧颗粒污泥的研究成功采用连续流完全混合反应器(CSTR)培养出了好氧颗粒污泥。

4.好氧污泥颗粒化技术的应用

4.1 处理高浓度有机废水

研究发现

[9]

,当其逐渐升高反应器有机负荷时,好氧颗粒污泥

系统可以处理有机负荷高达15kgCOD/m3d。试验中采用葡萄糖作为碳源,对应于15 kgCOD/m3d的有机负荷,系统COD去除率约为92%。实验还发现,在处于较低有机负荷时,颗粒结构变得松散,并有丝状菌存在,当负荷升高时,颗粒表面变得光滑,形状变得规则,并存有折叠及凹陷。这些不规则的表面结构有利于把营养物质顺利输入颗粒内部。同时在反应器混合液中存在的高浓度底物也为其在颗粒污泥中的传递提供了浓度梯度动力。 4.2 好氧颗粒污泥在脱氮中的应用

考虑到好氧颗粒污泥的特殊结构,颗粒内部存在DO浓度梯度依次形成好氧/缺氧或厌氧区,可在好氧条件下提供硝化/反硝化微观环境,有效持留生长速率较慢的硝化/反硝化菌,确保反应器可以在0.15—1.5 g(m3d)-1 氨氮负荷下稳定运行。硝化颗粒的微生物种群结构与基质N/COD密切相关,学者通过控制进水N/COD成功实现硝化颗粒污泥的选择性培养,随着进水N/COD由5/100至30/100,好氧颗粒粒径由2 mm减小至0.5mm,污泥比生长速率降至0.12d-1,然而颗粒污泥内硝化/反硝化细菌活性大大增强,污泥颗粒稳定性显著提高;Belen等在28m3大规模SBR反应器内成功获得硝化颗粒污泥,有机负荷和氮负荷分别高达7kg(m3d)和0.7 kg(m3d)-1,去除效率分别为8O%和70%;阮文权等获得的具有SND活性的好氧颗粒污泥,COD、氮去除率可达90% 、100%

[14]

4.3 好氧颗粒污泥在生物除磷方面的应用

强化生物除磷工艺(EBPR)在厌氧-好氧交替运行下具有较高的除磷效果,但仍存在工艺运行不稳定、占地面积大等问题;高径比大、

占地面积小的好氧颗粒化反应器的开发,将使其在生物除磷方面具有较好的应用前景。1999年竺建荣等

[7]

在SBR反应器内成功培养获得

具有除磷功能的好氧颗粒,其COD去除率和除磷效率均在90%以上;卢然超

[15]

等发现进水TN/TP为2.36时可形成除磷效率较高的好氧颗

[16]

粒,而当TN/TP提高至4.0时除磷效率由85.0%降至54.1%;Lin等在

P/COD为1/100~10/100的SBR反应器内均成功获得好氧颗粒污泥,颗粒平均吸磷率远高于普通EBPR工艺除磷污泥,在1.9% ~9.3%之间,高P/COD驯化获得的好氧颗粒粒径较小,但颗粒结构更为致密;Zeng等在DO浓度为0.5mg/l 条件下实现了颗粒污泥短程硝化反硝化及反硝化除磷,COD及N、P得到同步去除;Cassidy等应用SBR反应器处理进水水质为VSS1520mg/l、COD 7685 mg/ L~ TKN 1057 mg/L、TP217mg/l 的屠宰场废水,获得的好氧颗粒平均粒径为1.7mm,ZSV 51m/h 、SVI 22 mL/g ,COD和TP去除率均大于98%,脱氮和去VSS效率在97% 以上。 4.4 含酚废水的处理

苯酚有剧毒,且有生物抑制性。但同时也可被微生物活动用作碳源,苯酚在污水中存在可以引起生物系统的不稳定性,进而导致工艺操作失败。当污水中苯酚浓度从低到高,其处理效果由好转差,进而生物对其的降解被抑制。研究发现,因颗粒污泥的特殊紧凑结构而提供的屏蔽作用,使颗粒中相当大数量的微生物不需要直接接触反应器中高浓度有毒成分。 4.5 对重金属离子的生物吸附

好氧颗粒污泥物理结构相对结实,表面积较大,且具有多孔性,


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