高氨氮廢水主要來(lái)源于畜禽養(yǎng)殖、垃圾滲濾液、皮革廢水、焦化廢水、化肥廠等生產(chǎn)過(guò)程。高氨氮廢水不經(jīng)處理直接排放，容易導(dǎo)致水中藻類等微生物大量繁殖，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化；高氨氮廢水排入水廠會(huì)導(dǎo)致水廠運(yùn)行故障，產(chǎn)生飲用水異味；在處理高氨氮廢水的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的硝酸鹽和亞硝酸鹽。長(zhǎng)期飲用含有這些產(chǎn)品的水，會(huì)誘發(fā)高鐵血紅蛋白血癥，嚴(yán)重影響居民健康。

高氨氮廢水的處理主要包括生物法、化學(xué)法和物理法，其中生物法具有經(jīng)濟(jì)、有效、無(wú)二次污染的特點(diǎn)，是目前公認(rèn)的有前途的氨氮處理方法。傳統(tǒng)的生物脫氮工藝雖然能有效去除氨氮，但存在碳源不足、溶解氧和大量剩余污泥等問(wèn)題。因此，誕生了許多新的生物脫氮技術(shù)，如短程硝化反硝化工藝、同步硝化反硝化工藝和厭氧氨氧化工藝。它們具有經(jīng)濟(jì)性好、脫氮效率高的明顯優(yōu)勢(shì)，但仍存在一些應(yīng)用瓶頸。近20年來(lái)，好氧顆粒污泥因其結(jié)構(gòu)緊湊、沉降性能好、耐沖擊負(fù)荷和多功能菌群等優(yōu)點(diǎn)，成為廢水生物處理領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)。，對(duì)高氨氮廢水有很好的去除效果，降解有毒有害物質(zhì)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。因此，研究好氧顆粒污泥對(duì)高氨氮廢水的處理效果及其影響因素具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

基于此，本文對(duì)高氨氮廢水好氧顆粒污泥處理領(lǐng)域進(jìn)行了調(diào)查，論述了好氧顆粒污泥技術(shù)在垃圾滲濾液、化肥工業(yè)廢水和畜禽養(yǎng)殖廢水中的研究現(xiàn)狀和處理效果，好氧顆粒污泥的形成機(jī)理和主要影響因素，并展望了好氧顆粒污泥技術(shù)在高氨氮廢水處理中的應(yīng)用前景。

1.好氧顆粒污泥技術(shù)處理高氨氮廢水的研究現(xiàn)狀

據(jù)悉，好氧顆粒污泥技術(shù)在畜禽養(yǎng)殖廢水、化肥工業(yè)廢水、垃圾滲濾液等高氨氮廢水領(lǐng)域已有研究。研究表明，與傳統(tǒng)絮狀污泥相比，好氧顆粒污泥具有沉降性能好、生物量高、整合多種微生物等特點(diǎn)。，使其在處理一些高濃度有機(jī)廢水、難降解廢水和高氨氮廢水時(shí)仍能保持良好的去除效果。好氧顆粒污泥處理高氨氮廢水的一些實(shí)例見(jiàn)表1。

垃圾滲濾液主要來(lái)源于填埋場(chǎng)，具有高氨氮、低可生化性、高含鹽量和重金屬等特點(diǎn)，其中高氨氮是處理過(guò)程中的一大難題。目前，垃圾滲濾液的處理主要采用物理化學(xué)法和生物法。高氨氮廢水主要采用物理和化學(xué)方法處理，主要通過(guò)氨汽提塔去除，同時(shí)調(diào)節(jié)pH和溫度，無(wú)疑增加了運(yùn)行成本。生化法，主要是處理高氨氮廢水，會(huì)產(chǎn)生大量的游離氨，降低生物活性，影響工藝的正常運(yùn)行。好氧顆粒污泥具有生物量高、沉降性好、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于處理高氨氮廢水。魏將好氧顆粒污泥接種到反應(yīng)器中處理垃圾滲濾液，在反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)了同步硝化反硝化。當(dāng)氨氮濃度增加到788mg/L時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生短程硝化反硝化，亞硝酸鹽大量積累。好氧顆粒污泥由內(nèi)而外具有厭氧、兼氧和好氧的特殊結(jié)構(gòu)。高氨氮廢水處理過(guò)程中產(chǎn)生的游離氨有助于氨氧化細(xì)菌的富集，促進(jìn)短程硝化反硝化過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，為垃圾滲濾液處理提供了新的方向。

化肥工業(yè)排放的高氨氮廢水主要來(lái)自企業(yè)生產(chǎn)尿素、氨等化肥的過(guò)程。蔡家慶研究了好氧顆粒污泥對(duì)高氨氮化肥企業(yè)廢水處理的效果。經(jīng)過(guò)46天的培養(yǎng)馴化，顆粒污泥對(duì)污染物有很好的去除效果。穩(wěn)定運(yùn)行期間，COD和氨氮的平均去除率分別為94.2%和89.8%。劉浩等還發(fā)現(xiàn)好氧顆粒污泥對(duì)化肥工業(yè)廢水中的COD和氨氮有很好的去除效果，平均去除率分別為93.5%和89.2%，總氮去除率為66.5%以上。

作為典型的高氨氮廢水——畜禽養(yǎng)殖廢水，好氧顆粒污泥也具有良好的去除效果。與傳統(tǒng)SBR工藝相比，好氧顆粒污泥在去除高濃度豬場(chǎng)廢水和沼液方面具有潛在優(yōu)勢(shì)。謝磊首先利用城市生活污水成功培養(yǎng)好氧顆粒污泥，然后處理高濃度養(yǎng)豬場(chǎng)廢水；在氨氮濃度穩(wěn)定在800mg/L左右的情況下，COD和氨氮的去除率一直穩(wěn)定在80%以上，去除效果良好。王曉春等人還研究了好氧顆粒污泥對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢水的處理效果。經(jīng)過(guò)35天的穩(wěn)定運(yùn)行，COD和氨氮的平均去除率分別為98.56%和86.14%。此外，好氧顆粒污泥還能去除畜禽養(yǎng)殖廢水中的四環(huán)素。

二。好氧顆粒污泥的特性、形成機(jī)理及影響因素

2.1好氧顆粒污泥的特性

好氧顆粒污泥是活性污泥在好氧條件下，通過(guò)形成高選擇壓力，促進(jìn)微生物自聚集而形成的一種外觀規(guī)則、結(jié)構(gòu)致密、輪廓清晰的生物聚合物。好氧顆粒污泥根據(jù)進(jìn)水和接種污泥的質(zhì)量不同，一般呈淡黃色、棕色和黃色，粒徑一般在0.20-5.00mm之間，外觀通常為球形或橢球形。其特殊的結(jié)構(gòu)可以形成厭氧-好氧環(huán)境，從而為不同的微生物提供生長(zhǎng)的場(chǎng)所，實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷。

2.2好氧顆粒污泥的形成機(jī)理

好氧顆粒污泥是微生物在好氧條件下通過(guò)高選擇壓力自固定形成的顆粒污泥。它是一種特殊的生物膜，其形成過(guò)程包括物理、化學(xué)和生物相互作用。目前，國(guó)內(nèi)外研究人員通過(guò)高通量測(cè)序、熒光原位雜交等不同手段，從不同角度對(duì)好氧顆粒污泥的形成進(jìn)行了探索，提出了不同的機(jī)理假說(shuō)。

2.2.1胞外聚合物(EPS)假說(shuō)

胞外聚合物(EPS)是微生物在特定環(huán)境條件下分泌的一種高粘性聚合物，用以抵抗外界條件的變化。其成分主要是蛋白質(zhì)、多糖、腐植酸、部分DNA、脂肪、脂類和一些無(wú)機(jī)物。其中，蛋白質(zhì)可以改變細(xì)胞的疏水性，降低細(xì)胞表面自由能，增強(qiáng)微生物間的粘附力，從而形成致密穩(wěn)定的好氧顆粒污泥。另一種主要成分多糖主要分布在顆粒污泥和細(xì)菌膠團(tuán)的細(xì)胞間隙中，能保持形成的顆粒污泥的完整性，并與附著在顆粒表面的絲狀菌諧和形成好氧顆粒污泥，在形成過(guò)程中起骨架作用。

2.2.2微生物自聚集假說(shuō)

自凝是指微生物在適當(dāng)?shù)臈l件下，響應(yīng)外界環(huán)境的變化而進(jìn)行的自我調(diào)節(jié)，通過(guò)改變自身的特性而發(fā)生混凝，從而形成生物活性高、沉降性能好、密度高的生物聚合物，然后緩慢進(jìn)化，最終形成好氧顆粒污泥。

2.2.3絲狀細(xì)菌假說(shuō)

研究表明，當(dāng)接種的污泥中含有絲狀菌時(shí)，系統(tǒng)中的球菌、桿菌和小顆粒會(huì)相互連接纏繞形成顆粒污泥。當(dāng)接種的污泥中絲狀菌占優(yōu)勢(shì)時(shí)，大量細(xì)菌會(huì)以絲狀菌為載體通過(guò)吸附生長(zhǎng)，相當(dāng)于骨架作用，在剪切力和沉降時(shí)間的變化下形成好氧顆粒污泥。林珊等人發(fā)現(xiàn)，在絮狀活性污泥中接種一些絲狀菌，15天就可以培養(yǎng)出理化性能良好的好氧顆粒污泥，大大縮短了顆?；瘯r(shí)間。

2.3影響好氧顆粒污泥形成的主要因素

好氧顆粒污泥的形成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，包括物理、化學(xué)和生物的相互作用。在好氧條件下，絮狀污泥逐漸轉(zhuǎn)化為顆粒污泥。這一過(guò)程還受到不同因素的影響，如有機(jī)負(fù)荷和組成、水力剪切力、沉降時(shí)間、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和金屬離子。

有機(jī)負(fù)荷低，微生物生長(zhǎng)緩慢；過(guò)高的有機(jī)負(fù)荷導(dǎo)致系統(tǒng)中絲狀菌的繁殖，影響反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行。顆粒污泥形成的適宜有機(jī)負(fù)荷范圍為2.50-15kgCOD/(m3-d)。王芳等研究了好氧顆粒污泥在不同有機(jī)負(fù)荷(1.58kg/(m3.d)，14.12kg/(m3.d))下的去除效果，發(fā)現(xiàn)顆粒污泥在兩種負(fù)荷下對(duì)污染都有較好的去除效果，但高負(fù)荷下顆粒污泥的沉降性能優(yōu)于低負(fù)荷，低負(fù)荷下出現(xiàn)污泥膨脹。因此，適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)負(fù)荷有利于好氧顆粒的形成。

水力剪切力在顆粒形成和穩(wěn)定運(yùn)行中也起著重要作用。在序批式反應(yīng)器中，水力剪切力主要來(lái)自氣流，污泥在水力剪切力的作用下相互碰撞，后期形成好氧顆粒污泥。研究表明，只有當(dāng)反應(yīng)器的水力剪切力增加到一定程度時(shí)，才會(huì)形成好氧顆粒污泥。劉等研究表明，只有當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)上升速度大于1.2cm·s-1時(shí)，才會(huì)形成顆粒污泥；隨著上升流速的增加，顆粒污泥的形貌越來(lái)越規(guī)則，密度越來(lái)越大，強(qiáng)度越來(lái)越大，還會(huì)促進(jìn)微生物分泌大量EPS，增強(qiáng)細(xì)胞疏水性，有助于形成結(jié)構(gòu)致密的好氧顆粒污泥，維持反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行。

沉降時(shí)間是影響污泥顆?；闹匾蛩?。在顆粒污泥形成過(guò)程中，主要是篩選微生物，將沉降性差的污泥排出反應(yīng)器，留下沉降性好的污泥實(shí)現(xiàn)顆?；?。秦等發(fā)現(xiàn)好氧顆粒污泥只有在沉降時(shí)間小于15min時(shí)才出現(xiàn)，當(dāng)沉降時(shí)間小于5min時(shí)，顆粒污泥在反應(yīng)器中起主導(dǎo)作用。同時(shí)，在較短的沉降時(shí)間內(nèi)，反應(yīng)器中EPS含量明顯增加，微生物活性和細(xì)菌表面疏水性明顯增強(qiáng)，顆?；^(guò)程也明顯加快。

三、好氧顆粒污泥處理高氨氮廢水的影響因素

3.1有機(jī)負(fù)荷的影響

有機(jī)負(fù)荷(OLR)對(duì)顆粒的形成和穩(wěn)定性有一定的影響，有機(jī)負(fù)荷的變化會(huì)產(chǎn)生不同的選擇壓力。富集不同的微生物群落會(huì)影響污泥的顆?；头€(wěn)定性。培養(yǎng)皿研究表明，在低有機(jī)負(fù)荷下，好氧顆粒污泥容易水解，導(dǎo)致顆粒污泥解體，影響反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)有機(jī)負(fù)荷過(guò)高時(shí)，顆粒污泥中的微生物迅速生長(zhǎng)，粒徑變大，導(dǎo)致顆粒結(jié)構(gòu)疏松，穩(wěn)定性差。在好氧顆粒污泥培養(yǎng)過(guò)程中，王湘蓮頻繁改變氨氮濃度，導(dǎo)致顆粒污泥穩(wěn)定性減弱，顆粒解體。當(dāng)進(jìn)水COD為2200mg/L，氨氮濃度為240mg/L時(shí)，出水氨氮和亞硝酸鹽檢測(cè)不到，TN去除率高達(dá)70%，去除效果良好。

3.2溶解氧的影響

在低溶解氧(DO)條件下，傳質(zhì)阻力的存在會(huì)導(dǎo)致顆粒內(nèi)供氧不足而發(fā)生厭氧代謝，同時(shí)絲狀菌大量繁殖，嚴(yán)重影響顆粒污泥的穩(wěn)定性，甚至無(wú)法形成好氧顆粒污泥。適當(dāng)?shù)腄O濃度促進(jìn)顆粒污泥的形成和生長(zhǎng)，粒徑分布也集中；但DO過(guò)高，由于水力剪切力的作用，導(dǎo)致顆粒污泥解體，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。黃國(guó)玲等人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氨氮濃度從300mg/L逐漸升高到900mg/L，pH為8，曝氣量為75L/h時(shí)，脫氮效果較好，氨氮去除率保持在96.7%以上。曝氣量低會(huì)導(dǎo)致DO不足，顆粒污泥之間發(fā)生碰撞的概率降低。過(guò)高的曝氣量會(huì)導(dǎo)致顆粒內(nèi)厭氧區(qū)的空間減小，不利于反硝化作用。董淼等發(fā)現(xiàn)，隨著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質(zhì)(PN)基本不變，部分顆粒污泥在DO較高的情況下解體。

3.3其他方面

其他因素，如進(jìn)水C/N比、碳源類型、排水比、選擇壓力、pH、溫度、曝氣時(shí)間、絮凝劑投加方式等。，都會(huì)影響顆粒污泥。李和”為例，首先用合成廢水在不同選擇壓力下啟動(dòng)好氧顆粒污泥，獲得較好的條件，然后用實(shí)際畜禽養(yǎng)殖廢水在不同排水比(73%、66%、50%)下培養(yǎng)好氧顆粒污泥。發(fā)現(xiàn)在較小的選擇壓力下形成的顆粒污泥粒徑較大，脫氮效果較好；排水量為66%的顆粒污泥具有較好的除碳脫氮效果，排水量為50%的顆粒污泥具有較好的除磷效果。

四。結(jié)論與展望

好氧顆粒污泥因其沉降性好、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、生物量高等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到研究者的關(guān)注。對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢水、垃圾滲濾液、化肥工業(yè)廢水等高氨氮有機(jī)廢水具有良好的去除效果。與傳統(tǒng)工藝相比，序批式反應(yīng)器具有工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、占地面積小等特點(diǎn)，使得好氧顆粒污泥技術(shù)在高氨氮廢水處理中具有良好的應(yīng)用價(jià)值。但是，由于異養(yǎng)微生物的生長(zhǎng)速度很快，當(dāng)運(yùn)行條件(如容積負(fù)荷、曝氣量等。)控制不當(dāng)，容易造成顆粒污泥的解體、沉淀性能的下降和出水水質(zhì)的惡化。因此，好氧顆粒污泥的穩(wěn)定性成為其產(chǎn)業(yè)化推廣的瓶頸，這將是今后研究的重點(diǎn)。(來(lái)源:重慶生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究所；重慶生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心；重慶理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院；重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院；重慶川儀環(huán)境科技有限公司】

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