SBR生物除磷系統(tǒng)中顆粒污泥的形成及其特性研究.pdf

1、生物除磷技術(shù)由于其高效性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性，在污水除磷領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。目前大部分污水處理廠的生物除磷系統(tǒng)是以活性污泥為主，系統(tǒng)容易出現(xiàn)污泥膨脹，系統(tǒng)中聚磷菌難以富集、剩余污泥量大、二次釋磷、處理效果受運(yùn)行環(huán)境的波動(dòng)影響大等問題，使生物除磷活性污泥系統(tǒng)面臨諸多挑戰(zhàn)。由于好氧顆粒污泥具有結(jié)構(gòu)密實(shí)、沉降性能好、污泥量大、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，生物除磷顆粒污泥有助于實(shí)現(xiàn)生物除磷系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本研究對(duì)序批式SBR生物除磷系統(tǒng)中顆粒污泥

2、的形成過程，形成機(jī)理，顆粒特性，進(jìn)水P/C比、碳源和溫度等因素對(duì)顆粒形成的影響以及生物除磷顆粒污泥對(duì)實(shí)際生活污水的處理效果進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　在厭氧/好氧交替運(yùn)行的SBR反應(yīng)器中，系統(tǒng)具有良好的除磷性能，其中有顆粒污泥的形成，系統(tǒng)處于顆粒和絮體污泥共存的狀態(tài)。在運(yùn)行穩(wěn)定階段污泥的平均粒徑為567μm。采用高通量測(cè)序手段對(duì)顆粒污泥和絮體污泥進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)顆粒污泥中的微生物種群豐度要低于絮體污泥和接種污泥中的微生物種群豐度。其中聚磷

3、菌Candidatus Accumulibacter在顆粒污泥中的比例為73.78％，而其在絮體中的比例僅為0.6%；聚磷菌的競(jìng)爭(zhēng)者聚糖菌Candidatus Competibacter在顆粒中的比例較低，僅為0.6%，低于其在絮體中的比例1.97%。生物除磷系統(tǒng)中形成的顆粒污泥是一種以聚磷菌為主的微生物自凝聚的結(jié)果。
　　顆粒污泥的zeta電位為-22.3 mV，高于絮體污泥的zeta電位-27.52 mV，另外，顆粒污泥與水的

4、接觸角為55.64°，大于絮體污泥與水的接觸角22.36°。顆粒污泥EPS的zeta電位為-10.85 mV，也高于絮體污泥EPS的zeta電位（-22.53 mV）。顆粒中的EPS含量為238.34 mg/g-MLSS，大于絮體中的EPS含量（134.61 mg/g-MLSS）。顆粒污泥EPS中的Mg2+含量要高于絮體污泥中的含量，去除顆粒污泥EPS中的金屬離子后，EPS的zeta及絮凝性能均有所降低，且經(jīng)傅里葉變換紅外光譜測(cè)定發(fā)現(xiàn)，

5、金屬離子與EPS中的多糖密切相關(guān)。顆粒和絮體污泥這些特性的差別是由聚磷菌自身的代謝特性引起的。聚磷菌在代謝過程中會(huì)分泌大量的金屬離子（Mg2+，K+等），刺激微生物分泌較多的EPS，且這些金屬離子需結(jié)合聚磷菌體內(nèi)的質(zhì)子 H+轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外，質(zhì)子 H+進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)移的過程中降低了細(xì)胞表面的電負(fù)性，增強(qiáng)了細(xì)胞表面的疏水性；同時(shí)聚磷菌細(xì)胞分泌的酸性胞外多糖可大量吸附其代謝過程中釋放的金屬離子Mg2+，細(xì)胞表面的電負(fù)性降低，有利于細(xì)胞間的聚集，此外

6、，聚磷菌分泌的胞外聚合物EPS具有種群專一性，形成了以聚磷菌為主的顆粒污泥。
　　進(jìn)水P/C比（0.03:100，1:100，2:100）對(duì)生物除磷系統(tǒng)中顆粒污泥的形成有一定的影響，其中在0.03:1的系統(tǒng)中，沒有顆粒污泥的形成，污泥中幾乎沒有聚磷菌的存在，以Candidatus Competibacter為優(yōu)勢(shì)菌，所占比例為45.6%；在P/C為1:100和2:100的系統(tǒng)中均有顆粒污泥的形成，顆粒特性相似，Candidatus

7、 Accumulibacter為優(yōu)勢(shì)菌。
　　在乙酸和丙酸為碳源的系統(tǒng)中，除磷效果良好，兩個(gè)系統(tǒng)中均有顆粒污泥形成。以乙酸為碳源的系統(tǒng)中形成的顆粒粒徑較小，且比例相對(duì)較低，平均粒徑為217μm。以丙酸為碳源的系統(tǒng)中顆粒的成長(zhǎng)速度較快，顆粒的平均粒徑為513μm。兩個(gè)系統(tǒng)中形成的顆粒污泥中均以聚磷菌為主。
　　溫度對(duì)生物除磷系統(tǒng)中顆粒污泥的形成也有一定的影響，在8 ℃和23 ℃的兩個(gè)系統(tǒng)中均具有良好的生物除磷效果，系統(tǒng)中均有富

8、含聚磷菌的顆粒污泥的生成，穩(wěn)定期的污泥平均粒徑為230μm和465μm。在31℃的系統(tǒng)中并沒有除磷作用，污泥呈絮體狀，污泥中以酸桿菌（Acidobacteria）為優(yōu)勢(shì)菌，所占比例為63.23%。
　　以人工模擬廢水培養(yǎng)成熟的富含聚磷菌的顆粒污泥作為接種污泥進(jìn)行實(shí)際生活污水的處理，穩(wěn)定期系統(tǒng)中為白色顆粒污泥、黃色顆粒污泥和絮狀污泥共存的混合狀態(tài)。三者的微生物種群豐度由高到低依此為絮體、黃色顆粒污泥、白色顆粒污泥。其中白色顆粒中的聚

9、磷菌比例為36.74%，仍為優(yōu)勢(shì)菌；黃色顆粒中聚磷菌的比例為14.07%；絮體污泥中各種菌屬的比例相對(duì)較為均勻，聚磷菌僅占0.32%。其中具有反硝化能力的Cytophagaceae unculture和Thauera在白色顆粒和黃色顆粒中的比例較接種污泥均有增加，使得系統(tǒng)的具備了高效的脫氮除磷能力。系統(tǒng)對(duì)實(shí)際生活污水處理效果良好，COD，PO43--P，NH4+-N，TN的去除率分別為90.47%，97.24%，99.18%，70.80