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連續(xù)流好氧顆粒污泥形成影響因素及應(yīng)用研究進展

連續(xù)流好氧顆粒污泥形成影響因素及應(yīng)用研究進展

2022-05-19 10:18:29 9

活性污泥法是我國污水處理廠(WWTP)對污廢水生物處理應(yīng)用最廣泛的工藝。但該工藝存在占地面積大的問題,應(yīng)用范圍受到限制。

好氧顆粒污泥(AGS)是微生物在特定條件下相互聚合形成的結(jié)構(gòu)緊湊、外形規(guī)則的微生物聚合體,與傳統(tǒng)的活性污泥法相比更具優(yōu)勢,如占地面積小、沉降性能良好、生物量濃度高、耐有機負(fù)荷高且不易發(fā)生污泥膨脹等,有望取代運行百年的活性污泥法,是目前最具潛力的污廢水生物處理技術(shù)。

過去幾十年中的中試研究與實際應(yīng)用案例主要集中在SBR反應(yīng)器。但該反應(yīng)器為間歇性進水排水,不能連續(xù)運行,曝氣時間長、能耗大,運行時間長會出現(xiàn)污泥解體,同時處理水量較少,不適于大規(guī)模污水處理工程應(yīng)用。

相比之下,連續(xù)流反應(yīng)器具有更簡單的操作控制系統(tǒng),安裝成本低,同時其連續(xù)流動模式處理水量大、運行成本低,且目前大多數(shù)大型污水廠采用連續(xù)流工藝,對連續(xù)流狀態(tài)下的AGS研究具有重要的應(yīng)用價值。

國內(nèi)外研究者已對連續(xù)流AGS的培養(yǎng)方法、形成過程、顆?;绊懸蛩亍?yīng)用進行研究并取得一定成果。

筆者對連續(xù)流AGS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行綜述與討論,并提出未來研究方向,以期為今后連續(xù)流AGS工藝的工程化應(yīng)用與推廣提供一定理論基礎(chǔ)。

1 連續(xù)流好氧顆粒污泥的培養(yǎng)及形成

1.1 連續(xù)流好氧顆粒污泥培養(yǎng)

K. MISHIMA等首次在連續(xù)流好氧升流式污泥床反應(yīng)器(AUSB)中接種活性污泥成功培養(yǎng)出AGS,但運行條件極其苛刻,必須在純氧條件下運行,且培養(yǎng)出的顆粒污泥不具備脫氮除磷能力。

研究者隨后對AGS的培養(yǎng)方法和形成機理進行研究,但未得出統(tǒng)一結(jié)論。AGS形成過程復(fù)雜、反應(yīng)器構(gòu)型差異及運行穩(wěn)定性限制了連續(xù)流AGS的進一步發(fā)展。連續(xù)流系統(tǒng)中AGS的培養(yǎng)條件如表1所示。

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

由表1可見,大部分研究采用人工配水進行AGS的培養(yǎng),且接種污泥類型、實驗培養(yǎng)控制條件及反應(yīng)器構(gòu)型差別很大。值得注意的是,連續(xù)流AGS對進水基質(zhì)有較高的有機物降解能力,可能是由于配水中的有機物容易被微生物吸收利用。

1.2 好氧顆粒污泥顆?;纬蛇^程

在連續(xù)流反應(yīng)器中AGS的形成是一個復(fù)雜的傳質(zhì)過程,與傳統(tǒng)AGS相比最主要的區(qū)別在于進水方式及反應(yīng)器構(gòu)造不同,但本質(zhì)上AGS都是微生物在特定情況下發(fā)生的自凝聚。

因此大多數(shù)情況下都基于SBR模型進行解釋,主要有胞外多聚物假說、絲狀菌假說、誘導(dǎo)核假說、自凝聚假說、金屬陽離子假說、信號分子假說、選擇壓驅(qū)動假說。目前AGS培養(yǎng)形成機理中認(rèn)可度較高的是Yu LIU等提出的四步階段形成假說,如圖1所示。

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

首先,微生物在重力或水流推動力等的作用力下相互接觸、碰撞形成聚合體;

聚合體在物理、化學(xué)或生物作用力下使微生物發(fā)生相互吸附;

微生物分泌胞外多聚物(EPS)產(chǎn)生生物凝膠作用,形成微生物聚集體;

最后在水流剪切力作用下顆粒污泥的三維結(jié)構(gòu)更加成熟穩(wěn)定,AGS形成。AGS階段形成假說綜合了多種假說的研究成果,考慮多種因素之間的作用效果,未限于單方面的實驗研究成果,但沒有解釋完整的AGS形成過程。

2 主要影響因素

開發(fā)連續(xù)流生物反應(yīng)器已成為好氧顆粒污泥研究的新趨勢,但在連續(xù)系統(tǒng)中很難獲得穩(wěn)定的好氧顆粒污泥。

以往的AGS參數(shù)優(yōu)化研究集中在SBR 反應(yīng)器中,因此有必要研究連續(xù)流反應(yīng)器中好氧顆粒污泥形成主要影響因素,以確定最佳培養(yǎng)方法。

影響好氧顆粒污泥形成及維持穩(wěn)定的關(guān)鍵影響因素有水力剪切力、HRT、微生物飽食-饑餓期、反應(yīng)器的構(gòu)型與運行方式等。

2.1 水力剪切力

在連續(xù)流AGS形成過程中,水力剪切力起到重要作用。水力剪切力一方面可促進絮狀污泥相互碰撞進行凝聚,同時加速AGS中的微生物分泌大量EPS加速顆?;纬蛇M程,另一方面能夠吹脫顆粒污泥表面多余的絲狀菌,減少污泥發(fā)生膨脹的幾率。

侯典訓(xùn)等發(fā)現(xiàn)表面氣速(SUAV)為0.8 cm/s時,連續(xù)運行條件下可形成AGS,平均粒徑在1~2 mm,對COD 的去除率達(dá)到90%以上,連續(xù)水力剪切力對連續(xù)流中AGS的形成起到關(guān)鍵促進作用。

Jiaheng ZHOU等在一種改進的連續(xù)流反應(yīng)器中提供較低的表面上流空氣速度,運行40 d后好氧造粒平均粒徑>1 mm,沉降速度在40 m/h,對COD和NH4+-N去除率分別約為96%、94%。該研究認(rèn)為在連續(xù)流系統(tǒng)中,EPS對于維持固定化細(xì)胞群落的結(jié)構(gòu)完整性起到至關(guān)重要的作用,而EPS的產(chǎn)生與剪切力密切相關(guān)。盡管該連續(xù)流系統(tǒng)具有很好的有機物降解能力,但這種改進的連續(xù)流裝置操作流程較復(fù)雜,不適于實際工程中的應(yīng)用推廣。

綜上可見,水力剪切力主要影響AGS的穩(wěn)定性。在連續(xù)流中培養(yǎng)AGS,液體流動提供的推動力、顆粒之間的碰撞剪切和氣泡提供的剪切力是AGS形成的關(guān)鍵因素。

2.2 水力停留時間(HRT)

在連續(xù)流AGS反應(yīng)器中,HRT很大程度決定顆粒污泥的穩(wěn)定性以及造粒能否成功,主要原因在于連續(xù)流反應(yīng)器有內(nèi)部沉降區(qū)時,HRT與基于沉降速度的選擇壓力直接相關(guān)。只有顆粒污泥的沉降速度大于水流上升速度時,顆粒污泥才會沉降并保留在反應(yīng)器內(nèi)。因此,HRT是實現(xiàn)泥水分離的關(guān)鍵控制因素。

張雯等研究了HRT對CSTR連續(xù)流反應(yīng)器中AGS穩(wěn)定性的影響,發(fā)現(xiàn)HRT>4 h時微生物生態(tài)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)保持穩(wěn)定的平衡;當(dāng)HRT由4 h提高至15 h時反應(yīng)器的硝化性能增強,而HRT減少會加速AGS的形成,并最終確定最佳HRT為8 h。

魯磊等在合建式連續(xù)流反應(yīng)器中以實際生活污水為進水基質(zhì),研究HRT對AGS脫氮除磷與顆粒污泥穩(wěn)定性的影響,發(fā)現(xiàn)HRT對污泥硝化有影響,HRT為7.5 h時對有機物的去除率最高。

李冬等采用缺氧/好氧兩級連續(xù)流系統(tǒng),以實際生活污水為進水基質(zhì),研究曝氣強度和HRT對連續(xù)流AGS系統(tǒng)的影響,發(fā)現(xiàn)HRT對連續(xù)流系統(tǒng)的影響更大。

Chunli WAN等考察連續(xù)流好氧顆粒污泥床中HRT對部分硝化速率的影響,發(fā)現(xiàn)在HRT分別為7.2、12 h的2個反應(yīng)器中氨氮和亞硝酸鹽的去除率均超過90%,HRT為2.4 h時反應(yīng)器性能惡化,去除率較低,同時發(fā)現(xiàn)HRT對微生物群落也有顯著影響。

根據(jù)上述研究結(jié)果,可得出HRT是影響連續(xù)流系統(tǒng)運行穩(wěn)定和有機物降解率的重要因素。

盡管也有報道指出在連續(xù)流系統(tǒng)中較低HRT能夠形成AGS,可能是由于過短的HRT會抑制懸浮微生物的生長,但根據(jù)水力選擇壓理論,HRT過短時會不可避免地造成接種污泥無法在相應(yīng)時間內(nèi)充分沉降而出現(xiàn)跑泥現(xiàn)象,使得沉降性能良好的絮狀污泥被沖出反應(yīng)器,系統(tǒng)內(nèi)污泥濃度降低,有機物降解率下降,難以聚集形成AGS。

若選擇的HRT較長則可能導(dǎo)致污泥處于內(nèi)源呼吸階段而降低污泥生長速度,因此需選擇和控制合適的HRT,以保障微生物的生長與繁殖。

2.3 微生物飽食-饑餓期

微生物以外部基質(zhì)進行生長的階段稱為飽食期,以內(nèi)部基質(zhì)生長的階段則稱為饑餓期。傳統(tǒng)SBR反應(yīng)器中基質(zhì)濃度處于貧富交替的環(huán)境,表現(xiàn)為反應(yīng)器運行剛開始處于基質(zhì)豐富狀態(tài),此時微生物迅速繁殖;

隨著微生物的消耗,基質(zhì)濃度開始降低并轉(zhuǎn)變?yōu)樨毞顟B(tài)。在這種飽食-饑餓交替的條件下微生物會分泌大量EPS,這些EPS保留在反應(yīng)器內(nèi)有利于顆粒的聚集吸附并加速顆粒污泥的形成。

飽食-饑餓條件的交替會抑制絲狀微生物的繁殖,而有利于絮凝細(xì)菌的生長。

但連續(xù)流反應(yīng)器培養(yǎng)AGS時很難創(chuàng)造這種飽食-饑餓期,主要是由于連續(xù)流系統(tǒng)的底物常被微生物消耗,因此整個進水基質(zhì)濃度處于相對較低的底物濃度水平。如何在連續(xù)流反應(yīng)器中創(chuàng)造該條件成為技術(shù)難點。

S. F. CORSINO等在連續(xù)流膜生物反應(yīng)器中培養(yǎng)AGS并研究顆粒污泥的穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)微生物飽食-饑餓期是維持連續(xù)流系統(tǒng)中AGS穩(wěn)定性的必須保證的關(guān)鍵因素。接種成熟AGS到反應(yīng)器內(nèi),在連續(xù)流操作下顆粒污泥很快失去結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,絲狀菌使污泥變得松散,不穩(wěn)定聚集體形成,通過間歇喂養(yǎng)后AGS的穩(wěn)定性顯著提高。

Jiaheng ZHOU等在改性連續(xù)流系統(tǒng)中采用塞流工藝,通過“從左到右”和“從右到左”的流動模式來創(chuàng)造飽食-饑餓期,成功實現(xiàn)了好氧造粒,其認(rèn)為飽食-饑餓期對污泥顆?;鸬街匾饔?。

同樣地,Yewei SUN等設(shè)計了一種具有10個串聯(lián)擋板塞流生物反應(yīng)器,可實現(xiàn)進水由高到低的底物濃度,提供飽食和饑餓階段,在連續(xù)流動中成功實現(xiàn)好氧造粒。J. H. TAY等研究發(fā)現(xiàn)周期性的飽食-饑餓方式是顆粒污泥形成的關(guān)鍵因素。其認(rèn)為飽食-饑餓期會引起微生物表面特性的變化,促進微生物聚集形成大的微生物聚集體,然后在水力剪切力條件下形成顆粒狀污泥。

微生物飽食-饑餓期在污泥顆?;^程中具有十分重要的作用,在連續(xù)流系統(tǒng)中實現(xiàn)微生物飽食-饑餓期成為好氧制粒及穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

2.4 反應(yīng)器的構(gòu)型及運行方式

近年來有研究報道了連續(xù)流AGS反應(yīng)器的優(yōu)化和設(shè)計,但其結(jié)構(gòu)和運行方式復(fù)雜且穩(wěn)定性差,設(shè)計思路也基于傳統(tǒng)培養(yǎng)AGS的關(guān)鍵因素進行設(shè)計,對于實際工程應(yīng)用仍有挑戰(zhàn)性。

牛姝等以城市實際污水為進水基質(zhì)接種絮狀污泥,采用逐級遞增負(fù)荷的運行方式在連續(xù)流氣提式好氧顆粒污泥流化床反應(yīng)器(CAFB)中馴化培養(yǎng)AGS,反應(yīng)器運行6 d可觀察到AGS形成;但運行32 d時大量絲狀菌生長繁殖發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象,僅運行36 d反應(yīng)器關(guān)閉。由此看出CAFB反應(yīng)器雖然能基于三相分離器提供選擇壓力實現(xiàn)泥水分離和高剪切力驅(qū)動生物顆??焖傩纬?,但也存在運行不穩(wěn)定等問題。

CAFB反應(yīng)器示意圖如圖2所示,主要由升流區(qū)、降流區(qū)及氣液固三相分離區(qū)組成。

升流區(qū)底部安裝曝氣裝置向升流區(qū)混合液提供水力剪切力,使升流區(qū)混合液向上流動,降流區(qū)混合液向下流動,且混合液流至反應(yīng)器底部經(jīng)過三相分離區(qū)時,曝氣氣體、污泥及液體在此處分離,氣體從裝置口溢出,上清液從出水口排出,污泥隨升流區(qū)至降流區(qū)的循環(huán)過程在降流區(qū)沉降并回流至升流區(qū),混合液又自升流區(qū)—降流區(qū)—升流區(qū)循環(huán)流動。

此類連續(xù)流反應(yīng)器能夠造粒的關(guān)鍵在于以持續(xù)的液相剪切力代替SBR 反應(yīng)器的氣相剪切力強化顆粒快速聚集,同時基于三相分離器實現(xiàn)良好的泥水分離,避免造粒過程中污泥大量流失。

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賀鵬鵬采用連續(xù)流網(wǎng)板反應(yīng)器歷經(jīng)30 d成功培養(yǎng)出平均粒徑為2.5 mm的AGS,發(fā)現(xiàn)連續(xù)流網(wǎng)板反應(yīng)器可加快顆?;勰嘈纬刹⒕S持穩(wěn)定運行。反應(yīng)器示意圖如圖3所示。

原水從反應(yīng)器底部進水,在水流和上升氣流作用下由好氧區(qū)進入?yún)捬鯀^(qū),之后在重力作用下進入好氧及缺氧區(qū),最后進入AGS形成與處理區(qū)。實現(xiàn)連續(xù)流AGS造粒的關(guān)鍵主要在于網(wǎng)板反應(yīng)器能夠改善水力條件。

網(wǎng)板為微生物的生長繁殖提供載體,在表面形成生物膜,隨著網(wǎng)孔面積的逐漸減小,水流穿過網(wǎng)板的速度增大,進而導(dǎo)致水流剪切力逐漸增加。

在水力剪切力作用下生物膜破碎成微生物碎片,之后成為AGS核心,從而促使AGS形成。但運行到43 d時,AGS因絲狀菌過度生長出現(xiàn)解體現(xiàn)象,此后通過階梯式提升進水有機負(fù)荷可有效抑制絲狀菌膨脹。

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Jinte ZOU等設(shè)計了一種雙區(qū)沉淀池,采用真實低強度城市廢水作為進水基質(zhì),以氣提回流污泥方式實現(xiàn)連續(xù)流AGS造粒,如圖4所示。

原水從進水口進入到曝氣池,混合液在第一沉淀區(qū)和第二沉淀區(qū)進行污泥選擇和泥水分離。反應(yīng)器運行時,沉降性能較好、密度較大的AGS在第一沉淀池得到有效沉降,并經(jīng)氣提式回流系統(tǒng)完整保留在曝氣池內(nèi)繼續(xù)生長,而沉降性能較差、密度較小的絮狀輕污泥則被選擇至第二沉淀區(qū)內(nèi)進行泥水分離,從出水口排出。

整個污泥經(jīng)過雙區(qū)沉淀池“生長—選擇—生長”的循環(huán),逐步實現(xiàn)污泥顆?;?。雙區(qū)沉淀池的污泥篩選機制為AGS的形成提供了需要的選擇壓,促進雙區(qū)沉淀池連續(xù)流反應(yīng)器中AGS的顆?;?。

同時,氣提式污泥回流系統(tǒng)很好地避免了傳統(tǒng)機械污泥回流泵對顆粒污泥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的破壞,通過設(shè)置外部沉淀池實現(xiàn)泥水分離,對于連續(xù)流反應(yīng)器的設(shè)計和應(yīng)用有重要參考價值。

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反應(yīng)器的運行方式對連續(xù)流系統(tǒng)培養(yǎng)AGS也有很大影響。張瑞環(huán)等研究了進水運行模式對AGS污泥特性的影響,發(fā)現(xiàn)運行模式從序批式變?yōu)檫B續(xù)流時,污泥含量降低、沉降性能下降,優(yōu)勢種群也發(fā)生演替。

明爐發(fā)考察了連續(xù)流動態(tài)生物膜反應(yīng)器(DMBR)中進水運行方式(間歇進水、連續(xù)進水)對AGS特性的影響,發(fā)現(xiàn)連續(xù)進水條件下絲狀菌生長旺盛,顆粒污泥結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松散;在有機物去除方面,間歇運行方式對TN和TP的去除率高于連續(xù)運行模式,但對于COD的去除2種運行模式相差不大。

沈耀良等在連續(xù)流完全混合反應(yīng)器(CSTR)中培養(yǎng)AGS,發(fā)現(xiàn)不同進水方式下有機物的去除效果相差不大,但采用重力流進水方式時較早出現(xiàn)AGS,且運行效能高于恒定流進水方式。

Shuai LI等評估了時間與空間的間歇運作模式對同步硝化、反硝化和除磷連續(xù)流顆粒系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明,在時間間歇運作模式下脫氮除磷的性能優(yōu)于空間間歇運作模式。

2.5 其他因素

影響連續(xù)流AGS顆粒化進程及穩(wěn)定性的因素很多,還包括有機負(fù)荷(OLR)、溶解氧濃度(DO)、接種污泥類型等。

OLR不僅可表征污水處理設(shè)施的處理能力,還是影響連續(xù)流AGS反應(yīng)器穩(wěn)定性與顆粒污泥形成時間的重要運行參數(shù)之一。低OLR下微生物生長緩慢,高OLR下微生物會快速生長繁殖,但過高的OLR不利于加速顆粒化進程。

宋澤洋考察了進水OLR對連續(xù)流AGS反應(yīng)器的影響,發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器運行到40 d、進水COD增至1 600 mg/L時,連續(xù)流系統(tǒng)會因絲狀菌膨脹而失去穩(wěn)定性,并認(rèn)為該連續(xù)流反應(yīng)器極限承受COD的負(fù)荷為4.51 kg/(m3·d)。

Bei LONG等研究了AGS在循環(huán)好氧顆粒反應(yīng)器(CAGR)中對OLR的耐受性,發(fā)現(xiàn)OLR<15 kg/(m3·d)時AGS能保持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性;OLR增至18 kg/(m3·d)時AGS逐漸解體,最終導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰;并從實驗中觀察到AGS解體主要歸因于顆粒內(nèi)核的不穩(wěn)定。

DO是影響連續(xù)流系統(tǒng)中顆粒污泥穩(wěn)定性和粒徑的重要影響參數(shù),一方面是因為DO可提供顆粒污泥中微生物生長繁殖所需的條件,另一方面DO對顆粒化反應(yīng)器運行性能、顆粒粒徑、脫氮效率、硝化能力、種群群落分布等都有一定影響。

在低DO條件下,AGS因粒徑較大、結(jié)構(gòu)致密存在DO傳質(zhì)限制,導(dǎo)致顆粒內(nèi)部微生物死亡,最終出現(xiàn)AGS解體,因此低DO可能會限制AGS的生長,進一步影響AGS結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性。傳統(tǒng)SBR培養(yǎng)AGS的結(jié)果表明,較高的DO有利于好氧造粒,主要是因為高濃度DO會使菌膠團細(xì)菌與絲狀菌相互競爭,絲狀菌生長繁殖受到抑制。

也有報道指出,DO<2.5 mg/L時傳統(tǒng)SBR反應(yīng)器中不會出現(xiàn)AGS,原因主要是較低DO下絲狀菌會大量繁殖,導(dǎo)致顆粒污泥解體。但Xiangjuan YUAN等在低DO條件下(0.3~0.6 mg/L)于連續(xù)流反應(yīng)器中經(jīng)過27 d成功培養(yǎng)出平均粒徑在2.5 mm的顆粒污泥。從經(jīng)濟角度來看,高曝氣量會導(dǎo)致運行成本增加,這也是限制AGS技術(shù)實際應(yīng)用的一個重要原因。

研究者培養(yǎng)連續(xù)流AGS的接種污泥一般為絮狀污泥、厭氧污泥、成熟AGS等。接種污泥類型主要影響連續(xù)流AGS顆?;M程時間,但一定程度上也會影響顆粒污泥的理化性質(zhì)。

Xin XIN等采用連續(xù)流反應(yīng)器處理低碳氮比城市污水,接種反硝化細(xì)菌TN-14污泥,40 d后成功培養(yǎng)出平均粒徑在0.5~2.0 mm的棕黃色AGS。

接種反硝化細(xì)菌TN-14污泥具有較高的合成胞外蛋白PN的能力,能進一步增加微生物分泌EPS的含量。對于接種微生物種類多的污泥,反應(yīng)器開始運行階段能夠快速適應(yīng)污廢水的生長條件,且培養(yǎng)出的AGS具有該微生物種類豐富的多樣性。

3 連續(xù)流好氧顆粒污泥的應(yīng)用及技術(shù)差距

3.1 應(yīng)用情況

連續(xù)流AGS技術(shù)在污廢水處理領(lǐng)域受到越來越廣泛的關(guān)注。一方面是因為連續(xù)流處理污廢水仍是我國絕大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠選擇的進水運行方式,另一方面,連續(xù)流AGS培養(yǎng)運行成本低、經(jīng)濟效益高。目前連續(xù)流AGS技術(shù)已在多種實際污廢水中開展試驗研究,如氯化芐廢水、實際生活污水、黃連素廢水等,具體處理效果如表2所示。

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

由表2可見,在連續(xù)流反應(yīng)器中成功培養(yǎng)AGS處理實際污廢水的應(yīng)用報道目前尚處于中試水平。

連續(xù)流AGS工藝可以處理不同類型的污廢水,具有處置難處理實際工業(yè)廢水的潛力。

雖然在連續(xù)進水運行條件下,整個反應(yīng)器的基質(zhì)濃度通常低于實際進水濃度,避免進水高有機負(fù)荷對顆粒污泥的沖擊,但仍存在反應(yīng)器啟動時間長、能耗高,絲狀菌大量繁殖,污泥解體等突出問題,若應(yīng)用到實際工程還需進一步探索。

3.2 技術(shù)差距

連續(xù)流AGS技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。實現(xiàn)連續(xù)流AGS一直是研究者追求的目標(biāo),但目前連續(xù)流AGS技術(shù)大多數(shù)停留在實驗室階段。

限制該技術(shù)發(fā)展的瓶頸主要有以下幾點:

(1)較多學(xué)者嘗試在連續(xù)流中培養(yǎng)AGS,但大部分使用的是人工配水。與配水不同,來自市政或工業(yè)的污水成分復(fù)雜,有機負(fù)荷波動較大,會導(dǎo)致微生物生長受限,對于顆粒污泥培養(yǎng)、反應(yīng)器啟動及運行穩(wěn)定都有挑戰(zhàn)性。

AGS在連續(xù)流反應(yīng)器處理實際污廢水的中試和應(yīng)用將成為未來研究的熱點和難點。

(2)連續(xù)流系統(tǒng)中的AGS培養(yǎng)和系統(tǒng)運行穩(wěn)定性經(jīng)驗缺乏,尤其是長時間連續(xù)流運行下AGS的穩(wěn)定性有待進一步考量。

目前絕大多數(shù)實際應(yīng)用報道的連續(xù)流AGS都是在SBR中培養(yǎng)成熟,隨后接種到CFR內(nèi),因而難以評價反應(yīng)器的可行性與可靠性。盡管能夠減少生物反應(yīng)器的啟動時間,但操作較復(fù)雜、去除效果較差,連續(xù)運行幾天后普遍觀察到顆粒污泥解體現(xiàn)象。AGS作為一種稀缺資源大量接種對于實際工程的應(yīng)用似乎不經(jīng)濟。

連續(xù)流與SBR工藝最大的區(qū)別在于進水方式及反應(yīng)器構(gòu)造不同。與傳統(tǒng)的AGS在SBR中培養(yǎng)反應(yīng)器的單一性相比,連續(xù)流培養(yǎng)好氧顆粒污泥反應(yīng)器的構(gòu)型設(shè)計呈現(xiàn)多樣性,但大多數(shù)設(shè)計還是基于SBR反應(yīng)器的特點,如設(shè)置沉淀選擇壓、創(chuàng)造微生物的飽食-饑餓期、實現(xiàn)良好的泥水分離機制等。這些設(shè)計理念的差異導(dǎo)致連續(xù)流反應(yīng)器構(gòu)型千差萬別,無規(guī)律可循,難以重復(fù)和推廣。

目前還沒有學(xué)者比較現(xiàn)有連續(xù)流AGS反應(yīng)器的運行性能,指出最適培養(yǎng)AGS的連續(xù)流反應(yīng)器。設(shè)計適合AGS長期穩(wěn)定運行的連續(xù)流反應(yīng)器也是該技術(shù)發(fā)展的難點。

(3)盡管近幾年研究者從連續(xù)流AGS形成的主要影響因素出發(fā),尋求反應(yīng)器最佳運行工況,以期找出短時間內(nèi)培養(yǎng)出性能優(yōu)良AGS的方法,但有關(guān)連續(xù)流AGS的形成機理尚不明確,影響因素眾多。在連續(xù)進水條件下維持顆粒污泥穩(wěn)定及反應(yīng)器啟動時間較長仍是該技術(shù)的發(fā)展瓶頸。

同時,能否調(diào)控AGS的形成、信號分子在污泥顆?;械淖饔脵C理尚未明確,如何表征連續(xù)流中造粒成功顆粒粒徑及微生物的特性等未得到深入研究。反應(yīng)器運行到后期出現(xiàn)絲狀菌導(dǎo)致的污泥解體問題亟待解決。

對于未來工程化的應(yīng)用,必須在基于反應(yīng)器長期運行穩(wěn)定和快速啟動這2個基礎(chǔ)條件下,對整個連續(xù)流系統(tǒng)綜合考量,且未來連續(xù)流反應(yīng)器的設(shè)計應(yīng)盡可能基于現(xiàn)有污水廠處理設(shè)施進行改造,以降低造價成本。

4 結(jié)語與展望

連續(xù)流AGS技術(shù)已成為污廢水處理領(lǐng)域研究的熱點之一,但該技術(shù)在工業(yè)化連續(xù)流反應(yīng)器中尚未應(yīng)用。

最主要的限制原因為連續(xù)流系統(tǒng)中培養(yǎng)AGS的影響因素多且不易有效控制、造粒時間長、實際運行很難長時間保持反應(yīng)器的運行穩(wěn)定性。

如何有效控制培養(yǎng)影響因素,改良連續(xù)流反應(yīng)器的構(gòu)造設(shè)計,實現(xiàn)快速啟動AGS反應(yīng)器處理實際污廢水,并保持長期運行穩(wěn)定,是該技術(shù)工程化推廣必須解決的關(guān)鍵。

相信隨著研究的不斷深入,研究者能設(shè)計出適合AGS長期穩(wěn)定運行的連續(xù)流反應(yīng)器。

未來不僅能實現(xiàn)連續(xù)流AGS工藝在城鎮(zhèn)污水處理工程中的應(yīng)用,還能實現(xiàn)污水變廢為寶,著眼于資源利用與回收。


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