好氧颗粒污泥SBR系统稳定运行的研究进展

好氧颗粒污泥SBR系统稳定运行的研究进展

刘名扬 ,苏雷 ,唐亮星 ,齐宇航

（沈阳城市建设学院市政与环境工程学院，沈阳110168）

摘要：好氧颗粒污泥相比于传统活性污泥，生物量大，沉降速度快，颗粒内部的分层结构使其具有同步脱氮除磷的功能。本文回顾并总结了好氧颗粒污泥的培养、AGSBR反应器再启动及处理效能，为实际工程中好氧颗粒污泥的稳定运行提供重要的技术参数和参考价值。

关键词：好氧颗粒污泥；影响因素；生物特性

1.好氧颗粒污泥SBR系统稳定性影响因素

1.1水力剪切力

水力剪切力在一般情况下是通过表观气速的大小来进行量化的，主要是受曝气强度和高径比（H/D）的影响，关于水力剪切力在好氧颗粒污泥的形成过程中的作用已有大量研究报道，称它扮演着非常重要的角色，并且对好氧颗粒污泥的性状也有影响。较高的剪切力的作用有：提高细胞的疏水性，疏水结合在细胞与细胞的相互作用中起着诱导细菌的自凝聚，使细菌进一步紧密地结合在一起的作用。Yao等[1]在表观气速为0.8cm/s的条件下培育出好氧颗粒污泥，但颗粒结构松散，稳定性差。Devlin等[2]报道在低水力剪切力下（0.42cm/s）处理低负荷废水（COD340mg/L）能使污泥颗粒化，处理较高负荷废水（COD630mg/L，1300mg/L）则不能形成成熟的颗粒污泥，这意味着，流体剪切力与有机负荷共同影响着好氧颗粒污泥的形成，在低剪切力条件下培养好氧颗粒污泥已不再不可能。这一进步降低了污泥颗粒化对曝气的要求，进而对减少污水厂的运行费用都有着重要的意义。

1.2沉降时间

沉降时间是好氧颗粒形成的关键因素，所以调整沉降时间是筛选反应器内微生物的重中之重。较低的沉降时间设置（<10min），能使反应器快速选择沉降性好的微生物絮凝体，排出沉降性较差的污泥。Adav[3]等研究了不同沉降时间（10、7、5 min）,以乙酸为碳源的反应器的污泥颗粒化情况。研究者发现与接种的絮状污泥相比，沉淀时间的不同使培育的颗粒污泥的微生物种群结构发生了巨大的变化，大幅度减少了微生物的多样性，较短的沉降时间使得絮凝性差的菌株的流失，颗粒的生物多样性降低。此外，Yang[4]等在沉降时间为2min的反应器内实现污泥颗粒化。通过逐渐缩短沉降时间（10~4min）,在低水力负荷条件下，培养出成熟的好氧颗粒污泥，颗粒污泥去除有机物效果良好。由此可见，较短的沉降时间对于好氧颗粒的形成是必需的，逐渐缩短沉降时间的方法已广泛应用于好氧颗粒污泥技术。总的来说，为了培养出成熟的好氧颗粒污泥，多数SBR反应器的沉降时间一般为2~10min。

2好氧颗粒污泥的微生物群落特征

2.1优势菌群

絮状活性污泥在成粒过程中，选择压的胁迫作用虽然会造成污泥颗粒的微生物量大幅度减少，以至于AGS的微生物多样性和丰富度有一定的下降，但是一部分有利于AGS结构稳定和污染物去除的微生物反而因此得以保留和富集。所以，成熟的AGS不但具有与接种污泥相当的生物活性和除污性能，而且还可同时维持其自身结构的稳定性‘研究证实，底物成分、反应器参数等因素对AGS的生态位影响显著，从而形成个体差异较大的细菌群落。把葡萄糖作为为碳源来培养的AGS更利于聚糖菌的富集，阻碍聚磷菌的生存，进而降低了AGS的除磷能力。而HE等[5]在以琥珀酸钠和乙酸钠作为混合碳源培养AGS时，发现PAOs可成为AGS的优势菌种，并且有效抑制了GAOs的富集，提高了AGS的结构稳定性及其除污性能。

2.2菌群空间分布特性

成熟稳定的AGS在空间上存在清晰的分层界面，具有明显的菌群分层现象。一般情况下，“综合型”的AGS中杆状菌紧密的排列在颗粒表面，而丝状菌贯穿于颗粒内部起着骨架的作用。菌群分层现象也是由AGS空间传质的非均质化也进一步导致的。将AGS的空间结构划分为以好氧和兼氧微生物为主导的外壳和以厌氧微生物为主的内核，其中外壳和内核具有相似的Shannon指数（P>0.05），而Sinpson 指数却存在显著差异（P<0.05）。这一结果表明，微生物群落可同时分布在AGS的外壳和内核中，但空间传质的非均质化造成了菌群丰富度的差异化。厌氧条件下，PAOs和GAOs对外源性COD的去除可有效防止丝状菌的过度增殖，维持颗粒结构的稳定性。因此，如何抑制GAOs的生物活性并提高AGS的除磷性能是目前的研究热点之一。

3结论与展望

好氧颗粒污泥技术作为最有前景的技术之一，大多数关于好氧颗粒污泥的研究都局限于小试规模。好氧颗粒污泥长期运行容易失稳，以及用实际废水培养颗粒污泥启动期长仍是其应用于实践的巨大挑战。因此应进一步研究氧颗粒污泥形成机制，探索加强颗粒稳定性的方法,为好氧颗粒污泥技术的应用努力。而AGS的培养是个复杂的过程，其形成机理与好氧颗粒长期稳定运行是限制连续流下AGS形成的瓶颈所在．这就要求对颗粒形成整体有一个系统化的认识，从而形成一套完美的在连续流下培养好氧颗粒的参考标准．未来可以通过结合科学技术的方法改造的便捷性、以实际污泥为种泥、进水水质等，从而实现工程应用统一标准的制定，使AGS技术越来越成熟.因此应进一步研究氧颗粒污泥形成机制，探索加强颗粒稳定性的方法,为好氧颗粒污泥技术的应用努力。

参考文献：

[1]Yao C, Wen J, David T, et al. Structure and stability of aerobic granules cultivated under different shear force in sequencing batch reactors[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2007, 76, 1199-1208.

[2]Devlin TR, Biase AD, Kowalski M, et al. Granulation of activated sludge under low hydrodynamic shear and different wastewater characteristics[J]. Bioresource Technology, 2017.

[3]Adav S, Lee D, Lai J. Aerobic granulation in sequencing batch reactors at different   settling   times[J]. Bioresource Technology, 2009.

[4]Yang SF, Tay JH, Liu Y. A novel granular sludge sequencing batch reactor for removal of organic and nitrogen from wastewater[J]. Journal of Biotechnology, 2003, 106,77-86.

[5] HE QL,SONG JY,ZHANG W,et al. Enhanced simulta-neous nitrification,denitrification and phosphorus removal through mixed carbon source by aerobicgranular sludge[J].Journal of Ha-zardous Materials,2020,382.

基金项目：沈阳城市建设学院大学生创新创业训练计划资助项目（202213208086）