好氧颗粒污泥处理高氨氮废水

高氨氮废水主要来源于畜禽养殖、垃圾渗滤液、皮革废水、焦化废水、化肥厂等生产过程。高氨氮废水不经处理直接排放，容易导致水中藻类等微生物大量繁殖，导致水体富营养化；高氨氮废水排入水厂会导致水厂运行故障，产生饮用水异味；在处理高氨氮废水的过程中，会产生大量的硝酸盐和亚硝酸盐。长期饮用含有这些产品的水，会诱发高铁血红蛋白血症，严重影响居民健康。

高氨氮废水的处理主要包括生物法、化学法和物理法，其中生物法具有经济、有效、无二次污染的特点，是目前公认的有前途的氨氮处理方法。传统的生物脱氮工艺虽然能有效去除氨氮，但存在碳源不足、溶解氧和大量剩余污泥等问题。因此，诞生了许多新的生物脱氮技术，如短程硝化反硝化工艺、同步硝化反硝化工艺和厌氧氨氧化工艺。它们具有经济性好、脱氮效率高的明显优势，但仍存在一些应用瓶颈。近20年来，好氧颗粒污泥因其结构紧凑、沉降性能好、耐冲击负荷和多功能菌群等优点，成为废水生物处理领域的一项新技术。，对高氨氮废水有很好的去除效果，降解有毒有害物质，越来越受到人们的关注。因此，研究好氧颗粒污泥对高氨氮废水的处理效果及其影响因素具有重要的理论意义和实用价值。

基于此，本文对高氨氮废水好氧颗粒污泥处理领域进行了调查，论述了好氧颗粒污泥技术在垃圾渗滤液、化肥工业废水和畜禽养殖废水中的研究现状和处理效果，好氧颗粒污泥的形成机理和主要影响因素，并展望了好氧颗粒污泥技术在高氨氮废水处理中的应用前景。

1.好氧颗粒污泥技术处理高氨氮废水的研究现状

据悉，好氧颗粒污泥技术在畜禽养殖废水、化肥工业废水、垃圾渗滤液等高氨氮废水领域已有研究。研究表明，与传统絮状污泥相比，好氧颗粒污泥具有沉降性能好、生物量高、整合多种微生物等特点。，使其在处理一些高浓度有机废水、难降解废水和高氨氮废水时仍能保持良好的去除效果。好氧颗粒污泥处理高氨氮废水的一些实例见表1。

垃圾渗滤液主要来源于填埋场，具有高氨氮、低可生化性、高含盐量和重金属等特点，其中高氨氮是处理过程中的一大难题。目前，垃圾渗滤液的处理主要采用物理化学法和生物法。高氨氮废水主要采用物理和化学方法处理，主要通过氨汽提塔去除，同时调节pH和温度，无疑增加了运行成本。生化法，主要是处理高氨氮废水，会产生大量的游离氨，降低生物活性，影响工艺的正常运行。好氧颗粒污泥具有生物量高、沉降性好、抗冲击负荷能力强等优点，适用于处理高氨氮废水。魏将好氧颗粒污泥接种到反应器中处理垃圾渗滤液，在反应器中实现了同步硝化反硝化。当氨氮浓度增加到788mg/L时，反应器内发生短程硝化反硝化，亚硝酸盐大量积累。好氧颗粒污泥由内而外具有厌氧、兼氧和好氧的特殊结构。高氨氮废水处理过程中产生的游离氨有助于氨氧化细菌的富集，促进短程硝化反硝化过程的实现，为垃圾渗滤液处理提供了新的方向。

化肥工业排放的高氨氮废水主要来自企业生产尿素、氨等化肥的过程。蔡家庆研究了好氧颗粒污泥对高氨氮化肥企业废水处理的效果。经过46天的培养驯化，颗粒污泥对污染物有很好的去除效果。稳定运行期间，COD和氨氮的平均去除率分别为94.2%和89.8%。刘浩等还发现好氧颗粒污泥对化肥工业废水中的COD和氨氮有很好的去除效果，平均去除率分别为93.5%和89.2%，总氮去除率为66.5%以上。

作为典型的高氨氮废水——畜禽养殖废水，好氧颗粒污泥也具有良好的去除效果。与传统SBR工艺相比，好氧颗粒污泥在去除高浓度猪场废水和沼液方面具有潜在优势。谢磊首先利用城市生活污水成功培养好氧颗粒污泥，然后处理高浓度养猪场废水；在氨氮浓度稳定在800mg/L左右的情况下，COD和氨氮的去除率一直稳定在80%以上，去除效果良好。王晓春等人还研究了好氧颗粒污泥对畜禽养殖废水的处理效果。经过35天的稳定运行，COD和氨氮的平均去除率分别为98.56%和86.14%。此外，好氧颗粒污泥还能去除畜禽养殖废水中的四环素。

二。好氧颗粒污泥的特性、形成机理及影响因素

2.1好氧颗粒污泥的特性

好氧颗粒污泥是活性污泥在好氧条件下，通过形成高选择压力，促进微生物自聚集而形成的一种外观规则、结构致密、轮廓清晰的生物聚合物。好氧颗粒污泥根据进水和接种污泥的质量不同，一般呈淡黄色、棕色和黄色，粒径一般在0.20-5.00mm之间，外观通常为球形或椭球形。其特殊的结构可以形成厌氧-好氧环境，从而为不同的微生物提供生长的场所，实现同步脱氮除磷。

2.2好氧颗粒污泥的形成机理

好氧颗粒污泥是微生物在好氧条件下通过高选择压力自固定形成的颗粒污泥。它是一种特殊的生物膜，其形成过程包括物理、化学和生物相互作用。目前，国内外研究人员通过高通量测序、荧光原位杂交等不同手段，从不同角度对好氧颗粒污泥的形成进行了探索，提出了不同的机理假说。

2.2.1胞外聚合物(EPS)假说

胞外聚合物(EPS)是微生物在特定环境条件下分泌的一种高粘性聚合物，用以抵抗外界条件的变化。其成分主要是蛋白质、多糖、腐植酸、部分DNA、脂肪、脂类和一些无机物。其中，蛋白质可以改变细胞的疏水性，降低细胞表面自由能，增强微生物间的粘附力，从而形成致密稳定的好氧颗粒污泥。另一种主要成分多糖主要分布在颗粒污泥和细菌胶团的细胞间隙中，能保持形成的颗粒污泥的完整性，并与附着在颗粒表面的丝状菌谐和形成好氧颗粒污泥，在形成过程中起骨架作用。

2.2.2微生物自聚集假说

自凝是指微生物在适当的条件下，响应外界环境的变化而进行的自我调节，通过改变自身的特性而发生混凝，从而形成生物活性高、沉降性能好、密度高的生物聚合物，然后缓慢进化，最终形成好氧颗粒污泥。

2.2.3丝状细菌假说

研究表明，当接种的污泥中含有丝状菌时，系统中的球菌、杆菌和小颗粒会相互连接缠绕形成颗粒污泥。当接种的污泥中丝状菌占优势时，大量细菌会以丝状菌为载体通过吸附生长，相当于骨架作用，在剪切力和沉降时间的变化下形成好氧颗粒污泥。林珊等人发现，在絮状活性污泥中接种一些丝状菌，15天就可以培养出理化性能良好的好氧颗粒污泥，大大缩短了颗粒化时间。

2.3影响好氧颗粒污泥形成的主要因素

好氧颗粒污泥的形成是一个复杂的过程，包括物理、化学和生物的相互作用。在好氧条件下，絮状污泥逐渐转化为颗粒污泥。这一过程还受到不同因素的影响，如有机负荷和组成、水力剪切力、沉降时间、反应器结构和金属离子。

有机负荷低，微生物生长缓慢；过高的有机负荷导致系统中丝状菌的繁殖，影响反应器的稳定运行。颗粒污泥形成的适宜有机负荷范围为2.50-15kgCOD/(m3-d)。王芳等研究了好氧颗粒污泥在不同有机负荷(1.58kg/(m3.d)，14.12kg/(m3.d))下的去除效果，发现颗粒污泥在两种负荷下对污染都有较好的去除效果，但高负荷下颗粒污泥的沉降性能优于低负荷，低负荷下出现污泥膨胀。因此，适当的有机负荷有利于好氧颗粒的形成。

水力剪切力在颗粒形成和稳定运行中也起着重要作用。在序批式反应器中，水力剪切力主要来自气流，污泥在水力剪切力的作用下相互碰撞，后期形成好氧颗粒污泥。研究表明，只有当反应器的水力剪切力增加到一定程度时，才会形成好氧颗粒污泥。刘等研究表明，只有当反应器内上升速度大于1.2cm·s-1时，才会形成颗粒污泥；随着上升流速的增加，颗粒污泥的形貌越来越规则，密度越来越大，强度越来越大，还会促进微生物分泌大量EPS，增强细胞疏水性，有助于形成结构致密的好氧颗粒污泥，维持反应器的稳定运行。

沉降时间是影响污泥颗粒化的重要因素。在颗粒污泥形成过程中，主要是筛选微生物，将沉降性差的污泥排出反应器，留下沉降性好的污泥实现颗粒化。秦等发现好氧颗粒污泥只有在沉降时间小于15min时才出现，当沉降时间小于5min时，颗粒污泥在反应器中起主导作用。同时，在较短的沉降时间内，反应器中EPS含量明显增加，微生物活性和细菌表面疏水性明显增强，颗粒化过程也明显加快。

三、好氧颗粒污泥处理高氨氮废水的影响因素

3.1有机负荷的影响

有机负荷(OLR)对颗粒的形成和稳定性有一定的影响，有机负荷的变化会产生不同的选择压力。富集不同的微生物群落会影响污泥的颗粒化和稳定性。培养皿研究表明，在低有机负荷下，好氧颗粒污泥容易水解，导致颗粒污泥解体，影响反应器的稳定运行。当有机负荷过高时，颗粒污泥中的微生物迅速生长，粒径变大，导致颗粒结构疏松，稳定性差。在好氧颗粒污泥培养过程中，王湘莲频繁改变氨氮浓度，导致颗粒污泥稳定性减弱，颗粒解体。当进水COD为2200mg/L，氨氮浓度为240mg/L时，出水氨氮和亚硝酸盐检测不到，TN去除率高达70%，去除效果良好。

3.2溶解氧的影响

在低溶解氧(DO)条件下，传质阻力的存在会导致颗粒内供氧不足而发生厌氧代谢，同时丝状菌大量繁殖，严重影响颗粒污泥的稳定性，甚至无法形成好氧颗粒污泥。适当的DO浓度促进颗粒污泥的形成和生长，粒径分布也集中；但DO过高，由于水力剪切力的作用，导致颗粒污泥解体，影响系统的稳定运行。黄国玲等人发现，当氨氮浓度从300mg/L逐渐升高到900mg/L，pH为8，曝气量为75L/h时，脱氮效果较好，氨氮去除率保持在96.7%以上。曝气量低会导致DO不足，颗粒污泥之间发生碰撞的概率降低。过高的曝气量会导致颗粒内厌氧区的空间减小，不利于反硝化作用。董淼等发现，随着DO的增加，污泥的沉降性能和胞外聚合物中多糖(PS)的含量增加，而胞外聚合物中蛋白质(PN)基本不变，部分颗粒污泥在DO较高的情况下解体。

3.3其他方面

其他因素，如进水C/N比、碳源类型、排水比、选择压力、pH、温度、曝气时间、絮凝剂投加方式等。，都会影响颗粒污泥。李和”为例，首先用合成废水在不同选择压力下启动好氧颗粒污泥，获得较好的条件，然后用实际畜禽养殖废水在不同排水比(73%、66%、50%)下培养好氧颗粒污泥。发现在较小的选择压力下形成的颗粒污泥粒径较大，脱氮效果较好；排水量为66%的颗粒污泥具有较好的除碳脱氮效果，排水量为50%的颗粒污泥具有较好的除磷效果。

四。结论与展望

好氧颗粒污泥因其沉降性好、抗冲击负荷能力强、生物量高等优点，越来越受到研究者的关注。对畜禽养殖废水、垃圾渗滤液、化肥工业废水等高氨氮有机废水具有良好的去除效果。与传统工艺相比，序批式反应器具有工艺简单、运行成本低、占地面积小等特点，使得好氧颗粒污泥技术在高氨氮废水处理中具有良好的应用价值。但是，由于异养微生物的生长速度很快，当运行条件(如容积负荷、曝气量等。)控制不当，容易造成颗粒污泥的解体、沉淀性能的下降和出水水质的恶化。因此，好氧颗粒污泥的稳定性成为其产业化推广的瓶颈，这将是今后研究的重点。(来源:重庆生态环境科学研究所；重庆生态环境遥感监测大数据应用技术协同创新中心；重庆理工大学化学化工学院；重庆大学材料科学与工程学院；重庆川仪环境科技有限公司】

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