好氧颗粒污泥SBR系统快速启动影响因素的研究进展-辽宁化工2022年07期

摘      要：好氧颗粒污泥是目前污水生物处理领域的研究热点，好氧颗粒污泥的形成是一个涉及物化、生化作用原理的复杂凝聚过程，在适宜的外界条件下会自然形成，并具有独特的优势，如有机负荷含量高和种类丰富多样。综述了接种污泥形式、有机负荷、水力剪切力、SBR系统运行模式和运行周期影响因素对好氧颗粒污泥SBR系统启动的促进。总结了好氧颗粒化污泥SBR系统启动存在问题，并建议进一步开展高效启动与稳定运行的颗粒污泥SBR系统的标准化、形成机理、建立评价指标体系方面的深入研究。

关  键  词：好氧颗粒污泥;SBR系统快速启动;环境影响因素

中图分类号：X703     文献标识码： A     文章编号： 1004-0935（2022）07-0984-04

颗粒污泥是由棉絮状的活性污泥经过一系列的复杂变化过程，在适宜的环境条件下而形成的一种微生物凝聚体。按最终电子受体的不同，颗粒污泥有好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥，均具有较好的沉降性和较高的微生物量。厌氧颗粒污泥的研究先于好氧颗粒污泥[1]，但处理高有机负荷废水时出水水质效果较差，不具有去除氮、磷的能力。受到厌氧颗粒污泥培养经验的启发，研究者们纷纷开展好氧颗粒污泥的培养形成及启动条件研究，成为目前污水生物处理领域的研究热点[2-4]。本文综述了接种污泥形式、SBR系统运行模式和运行周期、有机负荷、水力剪切力对好氧颗粒污泥SBR系统启动的影响。

1  好氧颗粒污泥基本特征

与传统絮状活性污泥相比，好氧颗粒污泥是肉眼可见的颗粒，粒径不小于0.3 mm，甚至可达到  5.0 mm，外形轮廓清晰，边缘光滑。颗粒污泥形状呈圆形或椭圆形，颜色大部分为黄色或淡黄色。通过微生物量和沉降性指标判定好氧颗粒污泥微生物量较高且种类多样，沉降性能好，5 min沉降时间与30 min沉降时间得出SVI值相同，易于沉降分离而且含水率低。通过扫描电镜观察颗粒结构致密，在同一好氧颗粒污泥结构中可以实现同时降解有机物、脱氮和除磷的能力，还能处理高氨氮[5]、有毒有害等废水[6]。

2  好氧颗粒污泥SBR系统启动的培养方式

好氧颗粒污泥的形成是一个涉及物化、生化作用原理的复杂凝聚过程，因此环境条件的变化对好氧颗粒污泥SBR系统启动与稳定有着一定的影响。研究者分别从多个角度，采用多种培养方式对在SBR系统中培养好氧颗粒污泥的试验研究，以加快好氧颗粒污泥SBR系统的启动，其中包括接种污泥形式、水力剪切力、SBR系统运行模式和运行周期、有机负荷影响因素。

2.1  接种污泥形式

研究者发现，不同的种泥形式对于好氧颗粒污泥的快速形成具有重要影响。WANG[6]等在SBR反应器中分别接种絮状活性污泥和冷冻保存的成熟颗粒污泥作为接种污泥，培养好氧颗粒污泥SBR系统的形成，试验结果表明，以冷冻储存的颗粒污泥为种泥更能快速启动好氧颗粒污泥SBR系统，而且形成的好氧颗粒污泥构造紧实，轮廓清晰、光滑，混合液质量浓度（MLSS）超过8 g·L-1，降解污水指标COD、NH4+-N和TP效果好，去除率均超过90%。黄思琦[7]等从UASB中提取厌氧颗粒污泥，经过筛网筛选（80目）、清洗、空曝预处理后作为接种污泥，采用人工模拟生活污水培养好氧颗粒污泥，仅用30 d成功培养出性能稳定的好氧颗粒污泥。龙  焙[8]等在SBR系统中研究分别投加接种污泥为10%、20%及30%的成熟好氧颗粒污泥（AGS）对缩短AGS形成的时间，结果表明，沉降时间为10 min时投加30%的AGS，能够快速启动好氧颗粒污泥SBR系统。投加金属离子对缩短培养好氧污泥颗粒化的时间也有促进作用，3个规格相同的SBR装置分别投加50 mg·L-1 Ca2+的活性污泥、50 mg·L-1 Mg2+的活性污泥与普通活性污泥作对照实验，历时45 d试验研究发现，添加钙、镁离子对颗粒污泥的快速形成具有一定的促进作用，且镁离子更能促进细胞分泌EPS的含量[9]。王良杰[10]等通过对普通活性污泥进行物理脱水预处理，得到物理颗粒污泥作为实验研究的接种污泥，20 d内实现颗粒化污泥，25 d时颗粒污泥MLSS值为6 300 mg·L-1。

2.2  SBR系统运行模式和运行周期

有研究表明[11]SBR系统的运行模式对缩短好氧污泥颗粒化也有着重要的影响。在SBR系统中采用交替负荷进水，对比研究不同的反应运行模式对好氧颗粒污泥快速形成的影响，结果表明，与S1反应器中进水-曝气-沉淀-排水的运行模式相比，S2反应器中进水-曝气-停曝-曝气-停曝-曝气-沉淀-排水缩短了好氧污泥形成颗粒化的时间，颗粒粒径更大，微生物量更丰富，MLSS浓度更高，沉降性能更优。另外，S2反应器的运行模式所培养的好氧颗粒污泥去除总氮和磷酸盐的效果更好些，去除率分别可达94.35%和95%。王芳[12]等研究了SBR系统运行模式，通过增加厌氧/好氧交替反应阶段次数运行方式缩短好氧污泥颗粒形成的时间，同时实现较高强度、良好脱氮性能的好氧颗粒污泥。

控制运行周期也是好氧污泥颗粒化的重要因素之一[13]。好氧颗粒污泥SBR系统的运行周期一般控制在4～12 h范围内，若超过12 h或者不足4 h，无法实现颗粒化的好氧污泥。

2.3  有机负荷

研究者普遍认为有机负荷是影响好氧污泥颗粒化形成的关键影响因素之一[14]。在报道的研究中，学者们研究局限于控制适宜的有机物浓度范围培养好氧颗粒污泥，很少报道调控进水负荷手段培育好氧颗粒污泥，以加速好氧污泥颗粒化SBR系统的启动。近年来，逐渐有研究者做试验研究，主要控制有机负荷参数实现快速培育好氧颗粒污泥，其培养方式可以分为逐步提高负荷方式和交变负荷方   式[15-16]。杨国靖[17]等在SBR反应器中研究了提高有机负荷和缩短沉降时间方法促进好氧颗粒污泥的快速形成。李慧琴[18]等采用交变负荷培养方法实现好氧颗粒污泥的SBR系统快速启动，对COD和氨氮去除率可达95%和97%。李亚峰[19]等研究了进水负荷交替变化促进好氧颗粒污泥形成的影响。在SBR反应器中，通过调控进水COD、氨氮和磷酸盐浓度值，分别以200、20、5 mg·L-1为梯度，重复周期运行。结果表明，交替式的变化进水负荷对好氧颗粒污泥的形成具有一定促进作用，缩短好氧颗粒污泥SBR系统的快启时间，同时还可以实现性能优质的颗粒污泥。

2.4  水力剪切力

表观上升气体流速、曝气强度等水力剪切力能够有效促进污泥颗粒化的形成和稳定生长[20]。颗粒污泥为了适应水力剪切力的变化，颗粒污泥的微生物结构及细胞表面EPS的含量调整到与环境保持平衡动态的关系。据相关资料显示，在SBR反应器中表观上升气体流速越大越容易形成颗粒化的好氧污泥。水力剪切力较小不能形成稳定的好氧颗粒污泥，高水力剪切力促进形成密实度高、外形规则及结构紧密的颗粒污泥[21]。TAY[22]等研究发现上升气流速度超过1.2 cm·s-1的反应器中形成了致密规则的好氧颗粒污泥，然而，在0.3 cm·s-1的反应器只能观察到典型的絮状污泥。CHEN[23]等在4个规格相同的SBR反应器中分别控制上升气流速度为0.8、 1.6、2.4、3.2 cm·s-1，研究了其对颗粒污泥形成与稳定性的影响，结果表明在2.4 cm·s-1和3.2 cm·s-1的上升气流速度下，颗粒可以保持坚固的结构，并具有长期运行的潜力。

曝气量需与SBR系统内微生物所要消耗的氧量相对应，由于过高的曝气量增大了系统的运行成本，而过低的曝气量不易促进颗粒污泥的形成且不稳定，丝状细菌成为优势菌。高曝气量所提供足够的水力剪切力能够刺激胞外聚合物（EPS）的含量变化，同时还能改变细胞表面的疏水性。水力剪切力与EPS呈正相关，与疏水性呈负相关性。水力剪切力越大，EPS含量越高，细胞表面的疏水性越差，从而有利于促进污泥凝聚形成颗粒[24]。此外，水力剪切力能够抑制丝状菌的过度繁殖，保持好氧颗粒污泥的稳定性[25-26]。

3  结论与展望

接种污泥形式、有机负荷、水力剪切力、SBR系统运行模式和运行周期均对好氧颗粒污泥的SBR系统的快速启动具有重要影响。促进好氧颗粒污泥SBR系统启动的影响因素众多且复杂。到目前为止，好氧颗粒污泥SBR系统尚没有报道统一、高效、稳定的快速启动模式。因此，要想高效启动与稳定运行的颗粒污泥SBR系统，可以从以下几方面内容深入开展研究：利用高通量测序、荧光原位杂交技术等现代高科技生物分析技术，从微观角度监测系统快速启动中微生物相及其类型的变化，进一步分析污泥好氧颗粒化机理;需要统一颗粒污泥的评价方法，构建一套规范、详细、合理的指标体系;可复制、可对比的颗粒污泥化研究成果，为好氧颗粒污泥SBR系统大规模应用于实际工程中提供技术和理论支持。

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Research Progress in Influencing Factors of Rapid Start-up

of Aerobic Granular Sludge SBR System

SU Lei1， LI Qian-qian1， LIU Ran1， WANG Wei1， YU Xue-di2

（1. Shenyang Urban Construction University， Shenyang Liaoning 110167， China;

2. Shenyang Tianhua Architecture Planning & Engineering Co.， Ltd.， Shenyang Liaoning 110085， China）

Abstract：  Aerobic granular sludge is a research hotspot in the field of wastewater biological treatment.The formation of aerobic granular sludge is a complex coagulation process involving physicochemical and biochemical principles， which will naturally form under suitable external conditions. In this paper， the promotion of inoculated sludge form， organic load， hydraulic shear force， SBR system operation mode and operation cycle on the start-up of aerobic granular sludge SBR system was summarized. The problems existing in the start-up of aerobic granular sludge SBR system were also summarized， and it was suggested to further carry out in-depth research on the standardization， formation mechanism and establishment of evaluation index system of granular sludge SBR system with efficient start-up and stable operation.

Key words：  Aerobic granular sludge; SBR system startup; Environmental impact factors