好氧顆粒污泥處理高氨氮廢水的研究進展

李偉健，蘇雷，趙子萱，李倩倩

（沈陽城市建設學院市政與環(huán)境工程系，遼寧 沈陽 110167）

高氨氮廢水中的氨氮是水體富營養(yǎng)化和環(huán)境污染的重要物質(zhì)，引起水中藻類及其他微生物大量繁殖，使污水脫氮問題成為水污染防治中較為廣泛的關(guān)注熱點。因傳統(tǒng)的脫氮工藝對高氨氮廢水作用不高，好氧顆粒污泥[1-2]作為污水生物處理一項新技術(shù)具有較高的生物量和生物多樣性、較高的有機負荷，還有強抗沖擊能力，還解決了傳統(tǒng)活性污泥易發(fā)生膨脹的異常情況。學者們紛紛開展好氧顆粒污泥技術(shù)處理高氨氮廢水研究，并取得良好的效果。本文介紹了近幾年好氧顆粒污泥的快速啟動方法和處理高氨氮廢水的影響因素。

1 好氧顆粒污泥的快速啟動方法

1.1 外壓法

劉浩[3]研究了外壓法快速啟動好氧顆粒污泥。外壓法能使活性污泥在外力作用下快速脫水，可以使微生物胞外聚合物（EPS）凝聚成比較大的顆粒從而節(jié)約了污泥疏水自凝聚和成長的時間。45 d 的馴化之后，好氧顆粒污泥對COD、銨態(tài)氮及TN 的去除率分別達到93.5%、89.2%、66.5%，而且對亞硝酸鹽積累一向保持在76%附近。

1.2 提前加入好氧顆粒污泥

沈祥信[4]等指出提前投入少量已經(jīng)成熟好氧顆粒污泥能加快好氧顆粒污泥在反應器中生成。他們以活性污泥曝氣池中的絮狀活性污泥為種泥，然后用生活污水，用顯微鏡觀察顆粒的形態(tài)和粒徑。研究結(jié)果表明，預先加入一些成熟好氧顆粒污泥能很快生成好氧顆粒污泥。這次研究對比了提前加入和不加入成熟好氧顆粒污泥對反應器內(nèi)好氧顆粒污泥形成的影響。

1.3 連續(xù)流反應器快速培養(yǎng)顆粒污泥

郭匡楠[5]研究了連續(xù)流反應器快速培養(yǎng)顆粒污泥。在實驗開始前安裝一個網(wǎng)板反應器使好氧顆粒污泥形成得更快，以網(wǎng)繩為微生物的載體，然后會出現(xiàn)水流流動和曝氣氣泡上浮，這使網(wǎng)繩抖動產(chǎn)生了壓力。網(wǎng)繩沒有受到規(guī)則的壓力就開始抖動，這樣就能控制好微生物生長與脫落在網(wǎng)繩的載體上。脫落的微生物在下一階段好氧顆粒污泥反應區(qū)中起重要作用，從而促使好氧顆粒污泥快速形成。同時，由于網(wǎng)繩抖動連續(xù)脫落大量微生物膜碎片，提供給其他微生物附著、繁殖的核心且密度大。在反應區(qū)不需要過多空氣作為凝聚水力條件的動力，所以可控制較小的氣水比，降低能耗。在這些污水處理過程中，網(wǎng)繩一直提供顆粒凝聚中心的作用，因而形成的好氧顆粒污泥也容易保持穩(wěn)定運行的狀態(tài)。

1.4 增設網(wǎng)繩反應器

李樂卓[6]研究了在連續(xù)流組合式反應器中快速培養(yǎng)好氧顆粒污泥。在反應器中增設網(wǎng)繩以促進好氧顆粒污泥的快速啟動，首先利用Fluent 軟件和RNGk-?模型選取最佳水力控制參數(shù)，然后分析了棉綸、尼龍6、PE、尼龍66 材質(zhì)的網(wǎng)繩對顆粒污泥快速成粒的影響。試驗結(jié)果表明，氣水比為8∶1、進口流量為80 L·h-1時，可獲得較高的水力剪切力，對污泥顆?；哂幸欢ǖ拇龠M作用，裝有尼龍6 網(wǎng)繩材質(zhì)的反應器能更好穩(wěn)定運行好氧顆粒污泥，使得出水指標CODcr、BOD、SS、TN、TP、氨氮和色度均能夠滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B 排放標準。

1.5 逐步縮短污泥沉淀時間

王琳[7]等研究表明，在好氧顆粒污泥的培養(yǎng)過程中采用逐步縮短沉淀時間的方法，在20 d 左右成功啟動了好氧顆粒污泥系統(tǒng)，反應器內(nèi)的混合液質(zhì)量濃度可達到6 000～8 000 mg·L-1，遠高于普通活性污泥系統(tǒng)質(zhì)量濃度，且形成的顆粒污泥沉降性能良好，具有較強的抗沖擊負荷。

1.6 不同反應器類型培養(yǎng)好氧顆粒污泥

有大量研究表明，SBR 的運行模式有助于促進顆粒污泥的形成，以間接進水方式、短沉降時間等特點改善活性污泥的沉降性能，并創(chuàng)造良好的飽食-饑餓交替期環(huán)境。楊麒[8]等在SBR 反應器中成功培養(yǎng)出具有同步硝化反硝化能力的好氧顆粒污泥。曾玉[9]等在SBR 系統(tǒng)中采用間歇曝氣的運行方式，實現(xiàn)好氧污泥顆?；郊s為0.54 mm，COD、NH4+-N、TP 去除率均達到90%以上。也有研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)流反應器也能成功培養(yǎng)出好氧顆粒污泥[10]。李東[11]等研究了以成熟好氧顆粒污泥為種泥，在由缺氧池和好氧池組成的連續(xù)流系統(tǒng)中處理實際生活污水的效能。

1.7 選擇壓法培養(yǎng)好氧顆粒污泥

王強[12]等是以C6H12O6為底物，選擇以普通活性污泥為接種污泥，在SBR 反應器中通過控制沉降速率在不同沉降性能污泥之間進行選擇以造成選擇壓，對好氧顆粒污泥培育的可能性、污泥性質(zhì)及其形成過程進行研究。通過不斷提高SBR 反應器中COD 負荷，同時控制沉降時間，洗出細小分散污泥和絮狀污泥，最終形成好氧顆粒污泥。

2 好氧顆粒污泥污泥處理高氨氮廢水的環(huán)境因素

2.1 曝氣量

黃國玲[13]等利用SBR 反應器觀察好氧顆粒污泥處理高氨氮廢水，討論曝氣量對高氨氮廢水處理效果的影響。試驗結(jié)果表明，當反應器里曝氣量為75 L·h-1時，去除氨氮效果最佳，去除率為92.33%。而曝氣量過小，使DO 不足且顆粒污泥沉降，進而硝化反應不大。曝氣量過大，顆粒污泥被壓縮且被剪切力破壞，使硝化反應受到限制。楊亞紅[14]等通過增加曝氣頭個數(shù)快速培養(yǎng)好氧顆粒污泥，使高氨氮廢水的去除率大大提高。徐穎[15]等研究了曝氣量和曝氣時長對好氧顆粒污泥活性恢復的影響。結(jié)果表明，曝氣量時長為270 min、曝氣量為0.2 m3·h-1的反應器對COD 的去除效果恢復最快，長時間的曝氣和較大的曝氣量有利于好氧顆粒污泥對COD 去除效果的恢復。曝氣時長為150 min、曝氣量為0.1 m3·h-1的反應器對氨氮去除效果恢復最快，既較短的曝氣時間和較小的曝氣量有利于好氧顆粒污泥對氨氮處理效果的恢復。

2.2 進水氨濃度

劉宏波[16]等研究了進水氨濃度對好氧顆粒污泥對高氨氮廢水去除率的影響。結(jié)果表明，進水氨氮濃度達到0.80 kg·m-3·d-1時，顆粒污泥開始分解。當氨氮濃度過低時，好氧顆粒污泥無法正常生長。反應器對有機污染物和TP 的平均去除率為90%和70%，說明進水氨氮濃度提高對去除高氨氮廢水的作用效果不明顯，當進水氨氮濃度由0.48 kg·m-3·d-1提高到0.80 kg·m-3·d-1，反應器對氨氮和總氮的去除率由90%、80%下降到70%、50%。

2.3 溫度

大量顆粒污泥是在良好的溫度下養(yǎng)成的，如果是低溫就不容易培養(yǎng)。KREUK[17]等研究結(jié)果表明，形狀不規(guī)則的顆粒污泥是在8 ℃以下形成的，而且表面有絲狀菌迅速生長，這就使得顆粒污泥的沉降性能惡化，并且顆粒污泥的反硝化能力和去除有機物的能力也都變差。盧然超[18]等研究了在SBR 反應器運行條件不同的情況下溫度對好氧顆粒污泥生長的影響情況，研究結(jié)果表明顆粒污泥在22 ℃以上生長最好。暴瑞玲[19]等研究了溫度對好氧顆粒污泥脫氮性能及顆粒穩(wěn)定性的影響，在20 ℃時NH4+-N平均質(zhì)量濃度為10.6 mg·L-1，去除率為82.6%。升高到26 ℃時，NH4+-N 逐漸降低到0.2 mg·L-1，出水NO2--N 質(zhì)量濃度由0.1 mg·L-1增加到8.8 mg·L-1。

2.4 碳氫比

有研究表明，碳源不足不利于好氧顆粒污泥的形成，只是可以提高好氧顆粒污泥的疏水性。無載體好氧顆粒污泥在饑餓期EPS 不會通過內(nèi)源呼吸被消耗掉，細胞表面的疏水性能保持不變。然而，CASTELLANOS[20]等和SANIN[21]等研究發(fā)現(xiàn)碳源不足對顆粒污泥微生物細胞的疏水性有很大影響，若長期缺乏碳源易導致好氧顆粒污泥系統(tǒng)運行失敗。LIU[22]等認為保持好氧顆粒污泥穩(wěn)定性，系統(tǒng)中最佳饑餓期應控制在3.3 h 左右。

2.5 進水控制模式

竺建榮[23]等研究了厭氧-好氧交替工藝中好氧顆粒活性污泥的培養(yǎng)和理化特性。在普通好氧曝氣條件下，反應器內(nèi)培養(yǎng)出了好氧顆?；钚晕勰嗖⑶揖哂休^高的耗氧速率和代謝活性，使反應器的處理負荷也隨之提高。在試驗中化學需氧量負荷達到1.2～1.5 kg·m-3·d-1，這一數(shù)值高于普通活性污泥法0.6～0.9 kg·m-3·d-1，也略優(yōu)于吸附再生法0.8～1.2 kg·m-3·d-1，等于氧化溝負荷的3 倍，并且COD 和P 去除率一般均在90%以上。

黃健盛[24]等在SBR 系統(tǒng)中采用交替負荷進水，對比研究不同的反應運行模式對好氧顆粒污泥快速形成的影響。結(jié)果表明，與S1 反應器中進水-曝氣-沉淀-排水的運行模式相比，S2 反應器中進水-曝氣-停曝-曝氣-停曝-曝氣-沉淀-排水縮短了好氧污泥形成顆粒化的時間，形成了顆粒粒徑更大，微生物量更豐富，MLSS 濃度更高，沉降更優(yōu)良。此外，S2 反應器所培養(yǎng)的好氧顆粒污泥去除總氮和磷酸鹽的效果更好，去除率分別可達94.35%和95%。王芳[25]等研究了SBR 系統(tǒng)運行模式，通過增加厭氧/好氧交替反應階段次數(shù)運行方式縮短好氧污泥顆粒形成的時間，同時實現(xiàn)較高強度、良好脫氮性能的好氧顆粒污泥培養(yǎng)。

3 結(jié) 論

好氧顆粒污泥結(jié)構(gòu)緊密，是沉降優(yōu)良的微生物聚集體，在較高的生物量和在高容積負荷條件下具有降解高濃度有機廢水的良好生物活性，因此其越來越受到更多研究者的關(guān)注。好氧顆粒污泥對畜禽養(yǎng)殖廢水、垃圾滲濾液、皮革廢水、焦化廢水以及化肥廠廢水等具有良好的去除效果，且相比較傳統(tǒng)手藝更方便、簡潔，使好氧顆粒污泥在處理高氨氮廢水領(lǐng)域有良好的價值。如果溫度、碳氫比、曝氣強度等控制不當就會造成顆粒污泥分解，沉淀性能下降，出水的水質(zhì)惡化，但快速啟動有多種方法使好氧顆粒污泥沉降性良好，除氨氮率大大加高。因此好氧顆粒污泥的快速啟動法以及它的形成將會成為今后的研究重點。