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好氧颗粒污泥工艺在市政污水处理中的研究与应用

发布日期:2018-02-05 作者:包头污水处理 点击:

  近年来,虽然好氧颗粒污泥研究得到学者和专家的广泛关注,对其研究也逐渐增多,但由于好氧颗粒污泥相关理论没有达成共识,工程化应用培养周期长(约40 d),工艺运行参数需优化确定,需进一步提高颗粒污泥成粒稳定性等因素,限制其在工程中的推广和应用,其研究规模主要局限于小规模工业废水应用的案例,至于其在市政污水处理领域内的应用,国内外更是鲜有报道。因此,在市政污水好氧生化工艺中如何优化运行参数、缩短培养周期、提高成粒污泥稳定性及其在工程应用中推广将是今后研究重点。本文旨在通过对文献查阅和分析,综述国内外市政污水处理工艺中好氧颗粒污泥工艺研究与应用的现状,阐述好氧颗粒污泥成因机理、相关特性、影响因素,并对其在市政污水处理工程化研究应用进行讨论。

  

  1颗粒污泥研究

  

  好氧颗粒污泥是在有氧条件下,微生物通过自聚集形成具有颗粒状规则外形、结构密实、沉降性能优良、污染物处理效果明显的特殊的微生物聚集体,即在流体动力条件下微生物自固定形成生物体团聚的特殊过程,较之传统活性污泥工艺,好氧颗粒污泥不易出现污泥膨胀和处理水质变差等问题。

  

  1.1颗粒污泥的基本特性

  

  在好氧条件下,培养颗粒污泥的条件较为苛刻,并且在不同市政污水中不同操作条件和培养目的下培育出的好氧颗粒污泥在颗粒大小、粒径分布、颜色、功能上也都存在着差异。

  

  1.1.1色泽与粒径

  

  好氧颗粒污泥外表面呈现出橙黄色或浅黄色,表面含有大量孔隙,且成熟的好氧颗粒污泥外表面光滑致密,具备清晰规则的球形或椭球型轮廓。好氧颗粒粒径一般为0.5 ~ 2.3 mm(其中最佳粒径为1.0 ~ 2.0 mm),且随着颗粒污泥的粒径增加,污泥沉降速率、颗粒污泥密度以及污泥比表面和疏水性数值均有所增大,而污泥体积指数(SVI)则进一步减小。但当颗粒污泥粒径 > 4.0 mm以后,因颗粒内部或核内部传质和扩散阻力增大,影响了胞外多聚物的分泌和微生物的生长繁殖,引发颗粒污泥外表面表层发生破裂,致使其颗粒污泥由外向内逐层疏松而重新分散为絮状活性污泥。因此,要得到颗粒污泥最经济效率和运行状态,就必须考虑颗粒污泥粒径和生物活性等相互间的关系。

  

  1.1.2沉降性能

  

  好氧颗粒污泥的平均密度约为1.04 ~ 1.05 × 103 kg/m3,污泥沉降比(SV)在14 ~ 30%之间,污泥体积指数(SVI) = 20 ~ 50 mL/g。虽然好氧颗粒污泥平均含水率介于97 ~ 98%之间,但其具有更高的沉降速率(可达30 ~ 70 m/h),是絮状污泥的5 ~ 6倍,因此可在较高的水力负荷条件下仍具有较高的运行稳定性和效率。

  

  表1 传统活性污泥与好氧活性颗粒污泥比较

  包头污水处理

  好氧颗粒污泥工艺在市政污水处理中的研究与应用

  

  1.1.3微生物多样性

  

  颗粒污泥由外至内形成了好氧区、缺氧区以及厌氧区。微生物有氧代谢,降解有机污染物,同时将氨氮等氧化为硝态氮(NO3-)和亚硝态氮(NO2-)。随着扩散进入缺氧和厌氧区后,微生物便以NO3-和NO2-等为电子受体进行代谢,将NO3-和NO2-反硝化为如N2O和N2等低价态氮素而降低污水中氮素污染,同时完成吸磷准备。可见丰富的微生物使得颗粒污泥具备良好的COD、BOD和TN去除效率,并且因其在反应池中MLSS和MLVSS较大,从而有利于增加反应池的污染负荷和容积负荷,提高了系统抗外界冲击负荷的能力,进而减少市政污水处理厂占地面积。

  

  1.2颗粒污泥的成粒理论

  

  好氧颗粒污泥的形成过程是一个包含物理、化学和生物作用的复杂过程。目前,对于好氧颗粒污泥成粒机理仍然众说纷纭,尚未形成统一定论,但是从文献来看,与市政污水处理工艺密切相关的理论得到更多学者认可,但也存在较多争议。

  

  表2 好氧颗粒污泥成粒理论比较

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  好氧颗粒污泥工艺在市政污水处理中的研究与应用

  

  1.3颗粒污泥成形的影响因素

  

  好氧颗粒污泥虽以污泥代谢活性高、消化速率快、运行连续性强及出水水质好等特点而备受青睐,但是由于运行条件苛刻、过程复杂等诸多限制因素,目前对好氧颗粒形成的影响因素的了解和报道还不够深入。综合已有文献,笔者就市政污水处理工艺中有机物种类及负荷、水力条件以及反应器结构等进行分析和阐述。


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