好氧顆粒污泥培養(yǎng)

關于好氧顆粒污泥培養(yǎng)AR-ngwtt-c2厭氧顆粒污泥生物顆粒污泥技術好氧顆粒污泥從上世紀80年代初開始發(fā)展從上世紀90年代末開始發(fā)展第2頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c3較長的啟動周期：其形成約需3到8個月較高的操作環(huán)境溫度不適應處理低濃度污水去除營養(yǎng)物質(zhì)（氮和磷）污染效果不理想?yún)捬躅w粒污泥的主要缺陷第3頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c4為什么要研究好氧顆粒污泥?好氧細菌的特點：

.生長迅速

.與厭氧菌比較，生長環(huán)境溫度要求相對寬松

.在有機物濃度較低時也能生存

好氧顆粒污泥不僅具有厭氧顆粒污泥的優(yōu)點，還避免了后者因自身厭氧菌組分所固有的缺陷。第4頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c5什么是好氧顆粒污泥?在好氧環(huán)境條件下，微生物通過自固定過程，最終形成結構緊湊、外形規(guī)則的密集生物聚合體。第5頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c6好氧顆粒污泥的優(yōu)點及應用

相對結實的微觀結構

優(yōu)良的沉淀性能

較高濃度的污泥截留

混合、多樣的微生物種群

較好的泥水分離

較高的生物反應器單位體積處理能力

可以承受較高濃度的沖擊負荷

減少對二沉池的體積要求

同時去除有機物和營養(yǎng)物質(zhì)對高濃度有毒廢水的獨特適應和處理能力第6頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c7絮體和顆粒的比較

顆粒具有準球形的外觀和緊湊的內(nèi)部結構

絮體具有不規(guī)則外形和松散的內(nèi)部結構第7頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c8a第8頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c9好氧顆粒污泥的形成

第9頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c10好氧顆?；墙臃N污泥

結構緊湊的聚合體

顆粒狀的污泥

成熟的顆粒污泥一個逐漸的演化過程:第10頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c11光學顯微鏡觀察結果接種污泥的物理外觀及形態(tài)電子掃描顯微鏡觀察結果第11頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c12

1星期后BCD2星期后3星期后種泥第12頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c13顆粒尺寸污泥體積指數(shù)污泥尺寸在三周內(nèi)從0.1mm

增長到1.7mm

污泥沉淀性能顯著改善，以污泥體積指數(shù)（SVI）來表示從

200降到35mL/g顆?；^程后污泥量濃度增加到15g/L一個典型的顆粒化過程

第13頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c14實驗室規(guī)模反應器中形成的好氧顆粒污泥第14頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c15中試反應器中形成的穩(wěn)定好氧顆粒污泥反應器直徑:20cm

工作體積:40L第15頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c16好氧顆粒污泥的特性第16頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c17好氧顆粒污泥和傳統(tǒng)活性污泥性質(zhì)的比較葡萄糖培養(yǎng)的顆粒污泥活性污泥平均直徑(mm)2.4±0.710.15污泥體積指數(shù)

(mL/g）

51-85150-250沉降速度

(m/h)

35±8.5<10反應器中的污泥濃度

(g/L)8.0-15.03.0-5.0密度

(g/L)41.1±6.9~顆粒污泥強度

(%)98±0.9較弱近圓率

(aspectratio)0.79±0.06外形不規(guī)則疏水性

(%)68.0±3.9~耗氧率

(SOUR,mgO2/g/hr）

69.4±8.8100COD去除率(%)96.6±1.690%第17頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c18污泥絮體和不同尺寸顆粒污泥的外形

(標尺長度:5mm)A:污泥絮體

(<0.15mm)B:顆粒污泥

(0.15-0.5mm)C:顆粒污泥

(0.5-1.0mm)D:顆粒污泥

(1.0-2.0mm)E:顆粒污泥

(2.0-2.8mm)尺寸大小分類(直徑,mm)平均直徑(mm)近圓率(aspectratio)圓滿度(roundness)%

污泥有機成分污泥體積指數(shù)(mL/g)<0.150.09--90.1(

1.6)178.3(

11.1)0.15-0.50.350.69(

0.15)0.88(

0.16)80.9(

1.4)104.8(

8.1)0.5-1.00.820.72(

0.13)0.77(

0.12)60.6(

3.2)32.4(

4.5)1.0-2.01.650.77(

0.14)0.74(

0.15)57.6(

4.2)34.4(

5.0)>2.02.540.82(

0.13)0.70(

0.15)74.1(

2.2)40.4(

5.2)第18頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c19好氧顆粒污泥的微生物特性第19頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c20表面微觀結構葡萄糖培養(yǎng)的好氧顆粒污泥：絲狀菌占主導成分醋酸根培養(yǎng)的好氧顆粒污泥：桿菌占主導成分第20頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c21顆粒中的通道及孔狀結構可由共焦激光掃描顯微鏡

(CLSM)觀察到：圖中顆粒污泥直徑為0.55mm，在顆粒表面下250

m處明顯存在一多微孔層。顆粒邊緣顆粒中心通道及孔狀結構第21頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c22微生物細胞和厭氧菌（Bacteroides）的雜交測試熒光分布圖曲線1：以雜交探針Eub338的熒光密度表示的微生物細胞在顆粒污泥中的分布曲線2：以雜交探針Bacto1080的熒光密度表示的顆粒污泥中厭氧細菌層，厭氧菌（Bacteroidesspp.）存在在顆粒污泥表面下800um處厭氧菌的存在第22頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c23好氧顆粒污泥中的微生物分布第23頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c24活細胞（綠色）和死細胞（紅色）在不同尺寸顆粒污泥橫切面上的分布Y軸:平均密度，以單位象素的熒光亮度表示。

X軸:細胞在顆粒污泥中的位置，以離開顆粒表面的距離來代表。尺寸小于1mm的顆粒中，活細胞分布均勻。較大顆粒中，活細胞主要分布在從表面開始600

m左右厚的范圍內(nèi)。

顆粒邊緣Size<1mmSize1-2mmSize2-3mm第24頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c25用共焦激光掃描顯微鏡（CLSM）觀察到的活、死細胞在顆粒中的分布

活細胞主要分布在顆粒外圍地區(qū)，而死細胞主要分布在顆粒內(nèi)部。圖中：代表活細胞的綠色熒光，由

Syto9染料染色代表死細胞的紅色熒光

，由propidiumiodide染料染色第25頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c26影響好氧顆粒污泥形成的一些因素

第26頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c27底物組成:

對顆粒污泥的形成和穩(wěn)定性影響不敏感有機負荷率:

對顆粒污泥的形成和穩(wěn)定性影響不敏感水力剪切力:

較高的剪切力有利于具有緊湊結構的顆粒形成沉降時間:

較短的沉降時間有利于顆粒形成泥齡：維持系統(tǒng)一定泥齡(MCRT)對顆粒污泥的形成和穩(wěn)定性非常關鍵水力停留時間:

應選擇一個恰當?shù)乃νＡ魰r間（HRT）好氧營養(yǎng)匱乏:

每個周期內(nèi)在一定時段的營養(yǎng)匱乏期有利于顆粒的形成和穩(wěn)定陽離子:

具有正面效應加料:

周期性‘沖擊式’加料有利于具有緊湊厚實結構的顆粒形成反應器形狀:

具有較大高度/直徑比值（H/D）的柱狀反應器有利于顆粒形成第27頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c28葡萄糖醋酸根苯酚含磷化合物氨氮化合物不同底物培養(yǎng)的好氧顆粒污泥第28頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c291.5g/L/d(500mgCOD/L)9.0g/L/d(3000mgCOD/L)3.0g/L/d(1000mgCOD/L)6.0g/L/d(2000mgCOD/L)在不同有機負荷率下形成的好氧顆粒污泥第29頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c30

:0.3cm/sO:1.2cm/s

:2.4cm/s?:3.6cm/s

不同表面上升氣流速度下污泥尺寸和污泥體積指數(shù)（SVI）隨時間的演化。顆粒污泥只能在相當于表面上升氣流速度大于0.3cm/s時的剪切力下形成，并在相當于表面上升氣流速度大于1.2cm/s時的剪切力作用下維持穩(wěn)定。在不同水力剪切力下形成的好氧顆粒污泥圖中表面上升氣流速度：沒有顆粒的形成！第30頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c310.3cm/s

上升氣流速度2.4cm/s

上升氣流速度3.6cm/s

上升氣流速度1.2cm/s

上升氣流速度不同剪切力作用下形成的好氧顆粒污泥的外部形態(tài)第31頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c325天泥齡20天泥齡30天泥齡10天泥齡不同控制泥齡下形成的好氧顆粒污泥的外部形態(tài)第32頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c33好氧顆粒污泥的儲存第33頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c34葡萄糖培養(yǎng)的顆粒污泥醋酸根培養(yǎng)的顆粒污泥顆粒污泥能被儲存數(shù)月而無結構分解現(xiàn)象發(fā)生。開始曝氣，加入營養(yǎng)后儲存的顆粒污泥的生物活性很容易被恢復。第34頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c35使用的接種顆粒污泥性質(zhì):

平均直徑:1.28mm污泥體積指數(shù):28mL/g耗氧率:

13.4mgO2/g/h有機成分含量:51.2%儲存時間:3個月由儲存的顆粒污泥接種并啟動生物反應器第35頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c36反應器啟動好氧顆粒污泥使用量2.0L，相當于反應器工作體積的5.9%(2)

實現(xiàn)啟動生物污泥濃度為1.03g/L第36頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c37接種污泥(經(jīng)過3個月的儲存)接種并在反應器中運行一天后接種顆粒和曝氣一天后顆粒的觀察比較以耗氧率表示的接種污泥在反應器中運行后其活性的變化第37頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c38儲存的顆粒能在接種并運行3天后完全恢復到儲存前的活性第38頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c39好氧顆粒污泥的形成機理

第39頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c40細胞自固定過程中的四個步驟步驟1:

細菌之間通過物理運動相互接觸.促進這一反應的動力包括:流體動力物質(zhì)擴散力重力沉降熱力學動力,如布朗運動細胞的自我活動步驟2:細胞間相互接觸及穩(wěn)定過程.

促使細胞相互吸引的動力包括:物理吸引力:

范德華力異性電荷吸引力熱動力，包括表面自由能表面張力疏水性絲狀細菌的搭橋效應第40頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c41化學及生化吸引力:

細胞表面脫水細胞膜粘連細胞間信息傳遞及收集細胞分泌產(chǎn)生胞外聚合物,比如胞外多聚糖等分泌物細胞群的生長新陳代謝變化和由環(huán)境誘發(fā)的基因變化，這些變化促進了細胞之間的相互作用，進而導致具有高度組織性的微生物結構形成

步驟3:生物聚合體的成熟，促進這一過程的作用包括：步驟4:在流體剪切力作用下，最終形成穩(wěn)定的具有三維微觀結構的顆粒污泥系統(tǒng)第41頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c42在顆粒污泥內(nèi)的細胞周圍觀察到的胞外多聚糖細胞表面疏水性:

可能在誘發(fā)細胞間的粘結扮演一個關鍵的角色

胞外多聚糖:

可能對幫助維持顆粒污泥結構的完整性比較重要選擇壓力:

有利于形成并保持結構緊湊且具有較好沉降性能的顆粒污泥第42頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c43好氧顆粒污泥的應用

第43頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c44高濃度有機廢水的處理毒性廢水的處理有機和營養(yǎng)物質(zhì)的同時去除對重金屬離子的生物吸附基因轉(zhuǎn)換形成的專效高能細菌的固定第44頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c45高濃度有機廢水的處理好氧顆粒污泥較高的污泥截留高濃度有機廢水的處理耐受較高的沖擊負荷第45頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c46葡萄糖培養(yǎng)的顆粒污泥醋酸根培養(yǎng)的顆粒污泥OLR(kgCOD/m3/d)OLR(kgCOD/m3/d)6.09.012.015.06.09.0平均直徑(mm)2.7(±1.00)2.95(±1.25)3.06(±1.30)3.30(±1.30)1.96(±0.92)4.20(±0.10)近圓率

(aspectratio)0.69(±0.16)0.63(±0.17)0.64(±0.17)0.54(±0.18)0.72(±0.15)0.75(±0.14)沉降速度

(m/h)53(±12)65(±24)69(±15)84(±2.9)71(±18)112(±7)污泥體積指數(shù)

(mL/g）106(±38)85(±15)74(±8)31(±3)49(±12)42(±2)顆粒污泥強度

(%)93.0(±4.0)97.3(±0.5)97.5(±0.6)99.0(±0.1)97.7(±1.4)97.7(±1.4)COD去除率(%)93.0(±5.0)92.0(±4.0)89.092.0(±3.0)97.0(±0.1)97.0(±1.8)可處理有機負荷高達15.0kgCOD/m3/d采用顆粒污泥作為生物工作介質(zhì)，可縮小反應器體積，進而減少了系統(tǒng)對土地面積的需求不同有機負荷時顆粒污泥的性質(zhì)第46頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c47苯酚廢水的處理懸浮污泥絮體的顆粒化

提高細菌對苯酚等毒性組分的忍耐能力第47頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c48進水中苯酚濃度:500mg/L出水中苯酚濃度:<0.2mg/L苯酚降解速率:1.4g/gMLVSS/d（2倍大于馴化的接種污泥絮體）由于其獨特的微生物和胞外分泌物形成的密實結構，顆粒污泥為相當數(shù)量的微生物提供了庇護和緩沖的功用。在例如含酚廢水的處理過程中，減輕了毒性物質(zhì)對微生物的直接影響，從而提高了污泥對毒性沖擊負荷的忍耐力苯酚顆粒污泥對苯酚和總有機碳的生物降解第48頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c49在苯酚引入系統(tǒng)3天后系統(tǒng)可在每個運行周期內(nèi)將苯酚去除。系統(tǒng)穩(wěn)定后，進水濃度為315mg/L的苯酚可被生物降解到小于0.4mg/L。研究表明，醋酸根培養(yǎng)的顆粒污泥可被用來培養(yǎng)處理苯酚的顆粒污泥。050100150200250300350050100150200250300Time(min)Phenolconcentration(mgL-1)010020030040050060005101520253035Time(day)Phenolconcentration(mgL-1)Start-of-CycleEnd-of-Cycle由醋酸根培養(yǎng)的顆粒污泥降解苯酚第49頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c50醋酸根培養(yǎng)的顆粒污泥：“醋酸根顆粒污泥”其表面則由桿菌占主導地位引入苯酚培養(yǎng)30天后：絲狀細菌生長在“苯酚顆粒污泥”的表面苯酚引入系統(tǒng)前后顆粒污泥外形變化第50頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c51DGGE(denaturinggradientgelelectrophoresis)

16SrRNA部分基因片斷圖。道1:徙動標準道2和3:引入苯酚當天時的顆粒污泥道4和5:30天時的顆粒污泥道6:徙動標準由遷徙的基因片斷判斷，顆粒污泥中細菌種群的組成在30天內(nèi)發(fā)生明顯遷移。這個遷移對應了系統(tǒng)對苯酚的適應和處理的穩(wěn)定過程。第51頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c52有機物和氮的同時去除好氧顆粒污泥:一種同時去除有機物和氮的簡單、方便工藝解決方案第52頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c53在顆粒污泥中硝化、異養(yǎng)細菌的分布第53頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c54化學需氧量和硝化曲線可實現(xiàn)有機物和氮的同時去除，并且流程簡單，操作維護容易好氧顆粒污泥:異養(yǎng)，硝化，反硝化細菌群的共存體第54頁,共61頁，2024年2月25日，星期天AR-ngwtt-c55磷的去除懸浮污泥絮體的顆?；拙?PAO)容易得到分離避免了經(jīng)常發(fā)生在高效生物去磷系統(tǒng)中的污泥膨脹問題好氧顆粒污泥中富磷含量可占總污泥重量9.3％CODPO4