李偉健，蘇雷，趙子萱，李倩倩

（沈陽城市建設(shè)學(xué)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(yíng)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(diǎn)。因傳統(tǒng)的脫氮工藝對(duì)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(xiàng)新技術(shù)具有較高的生物量和生物多樣性、較高的有機(jī)負(fù)荷，還有強(qiáng)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(xué)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(dòng)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(dòng)方法

1.1 外壓法

劉浩[3]研究了外壓法快速啟動(dòng)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(zhǎng)的時(shí)間。45 d 的馴化之后，好氧顆粒污泥對(duì)COD、銨態(tài)氮及TN 的去除率分別達(dá)到93.5%、89.2%、66.5%，而且對(duì)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(yīng)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(yù)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(duì)比了提前加入和不加入成熟好氧顆粒污泥對(duì)反應(yīng)器內(nèi)好氧顆粒污泥形成的影響。

1.3 連續(xù)流反應(yīng)器快速培養(yǎng)顆粒污泥

郭匡楠[5]研究了連續(xù)流反應(yīng)器快速培養(yǎng)顆粒污泥。在實(shí)驗(yàn)開始前安裝一個(gè)網(wǎng)板反應(yīng)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(huì)出現(xiàn)水流流動(dòng)和曝氣氣泡上浮，這使網(wǎng)繩抖動(dòng)產(chǎn)生了壓力。網(wǎng)繩沒有受到規(guī)則的壓力就開始抖動(dòng)，這樣就能控制好微生物生長(zhǎng)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(yīng)區(qū)中起重要作用，從而促使好氧顆粒污泥快速形成。同時(shí)，由于網(wǎng)繩抖動(dòng)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(yīng)區(qū)不需要過多空氣作為凝聚水力條件的動(dòng)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(yùn)行的狀態(tài)。

1.4 增設(shè)網(wǎng)繩反應(yīng)器

李樂卓[6]研究了在連續(xù)流組合式反應(yīng)器中快速培養(yǎng)好氧顆粒污泥。在反應(yīng)器中增設(shè)網(wǎng)繩以促進(jìn)好氧顆粒污泥的快速啟動(dòng)，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(duì)顆粒污泥快速成粒的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，氣水比為8∶1、進(jìn)口流量為80 L·h-1時(shí)，可獲得較高的水力剪切力，對(duì)污泥顆?；哂幸欢ǖ拇龠M(jìn)作用，裝有尼龍6 網(wǎng)繩材質(zhì)的反應(yīng)器能更好穩(wěn)定運(yùn)行好氧顆粒污泥，使得出水指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B 排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 逐步縮短污泥沉淀時(shí)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(shí)間的方法，在20 d 左右成功啟動(dòng)了好氧顆粒污泥系統(tǒng)，反應(yīng)器內(nèi)的混合液質(zhì)量濃度可達(dá)到6 000～8 000 mg·L-1，遠(yuǎn)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(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷。

1.6 不同反應(yīng)器類型培養(yǎng)好氧顆粒污泥

有大量研究表明，SBR 的運(yùn)行模式有助于促進(jìn)顆粒污泥的形成，以間接進(jìn)水方式、短沉降時(shí)間等特點(diǎn)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(yīng)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(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)好氧污泥顆粒化，粒徑約為0.54 mm，COD、NH4+-N、TP 去除率均達(dá)到90%以上。也有研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)流反應(yīng)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(shí)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(qiáng)[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(yīng)器中通過控制沉降速率在不同沉降性能污泥之間進(jìn)行選擇以造成選擇壓，對(duì)好氧顆粒污泥培育的可能性、污泥性質(zhì)及其形成過程進(jìn)行研究。通過不斷提高SBR 反應(yīng)器中COD 負(fù)荷，同時(shí)控制沉降時(shí)間，洗出細(xì)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(guó)玲[13]等利用SBR 反應(yīng)器觀察好氧顆粒污泥處理高氨氮廢水，討論曝氣量對(duì)高氨氮廢水處理效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)器里曝氣量為75 L·h-1時(shí)，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(jìn)而硝化反應(yīng)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(yīng)受到限制。楊亞紅[14]等通過增加曝氣頭個(gè)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(shí)長(zhǎng)對(duì)好氧顆粒污泥活性恢復(fù)的影響。結(jié)果表明，曝氣量時(shí)長(zhǎng)為270 min、曝氣量為0.2 m3·h-1的反應(yīng)器對(duì)COD 的去除效果恢復(fù)最快，長(zhǎng)時(shí)間的曝氣和較大的曝氣量有利于好氧顆粒污泥對(duì)COD 去除效果的恢復(fù)。曝氣時(shí)長(zhǎng)為150 min、曝氣量為0.1 m3·h-1的反應(yīng)器對(duì)氨氮去除效果恢復(fù)最快，既較短的曝氣時(shí)間和較小的曝氣量有利于好氧顆粒污泥對(duì)氨氮處理效果的恢復(fù)。

2.2 進(jìn)水氨濃度

劉宏波[16]等研究了進(jìn)水氨濃度對(duì)好氧顆粒污泥對(duì)高氨氮廢水去除率的影響。結(jié)果表明，進(jìn)水氨氮濃度達(dá)到0.80 kg·m-3·d-1時(shí)，顆粒污泥開始分解。當(dāng)氨氮濃度過低時(shí)，好氧顆粒污泥無法正常生長(zhǎng)。反應(yīng)器對(duì)有機(jī)污染物和TP 的平均去除率為90%和70%，說明進(jìn)水氨氮濃度提高對(duì)去除高氨氮廢水的作用效果不明顯，當(dāng)進(jìn)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(yīng)器對(duì)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(zhǎng)，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(jī)物的能力也都變差。盧然超[18]等研究了在SBR 反應(yīng)器運(yùn)行條件不同的情況下溫度對(duì)好氧顆粒污泥生長(zhǎng)的影響情況，研究結(jié)果表明顆粒污泥在22 ℃以上生長(zhǎng)最好。暴瑞玲[19]等研究了溫度對(duì)好氧顆粒污泥脫氮性能及顆粒穩(wěn)定性的影響，在20 ℃時(shí)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(shí)，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?xì)浔?/h3>

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(huì)通過內(nèi)源呼吸被消耗掉，細(xì)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(duì)顆粒污泥微生物細(xì)胞的疏水性有很大影響，若長(zhǎng)期缺乏碳源易導(dǎo)致好氧顆粒污泥系統(tǒng)運(yùn)行失敗。LIU[22]等認(rèn)為保持好氧顆粒污泥穩(wěn)定性，系統(tǒng)中最佳饑餓期應(yīng)控制在3.3 h 左右。

2.5 進(jìn)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?；钚晕勰嗟呐囵B(yǎng)和理化特性。在普通好氧曝氣條件下，反應(yīng)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(yīng)器的處理負(fù)荷也隨之提高。在試驗(yàn)中化學(xué)需氧量負(fù)荷達(dá)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(fù)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(fù)荷進(jìn)水，對(duì)比研究不同的反應(yīng)運(yùn)行模式對(duì)好氧顆粒污泥快速形成的影響。結(jié)果表明，與S1 反應(yīng)器中進(jìn)水-曝氣-沉淀-排水的運(yùn)行模式相比，S2 反應(yīng)器中進(jìn)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?；臅r(shí)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(yīng)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(dá)94.35%和95%。王芳[25]等研究了SBR 系統(tǒng)運(yùn)行模式，通過增加厭氧/好氧交替反應(yīng)階段次數(shù)運(yùn)行方式縮短好氧污泥顆粒形成的時(shí)間，同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高強(qiáng)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(fù)荷條件下具有降解高濃度有機(jī)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(duì)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(jiǎn)潔，使好氧顆粒污泥在處理高氨氮廢水領(lǐng)域有良好的價(jià)值。如果溫度、碳?xì)浔取⑵貧鈴?qiáng)度等控制不當(dāng)就會(huì)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(dòng)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(dòng)法以及它的形成將會(huì)成為今后的研究重點(diǎn)。