环境科学研究  2018, Vol. 31 Issue (2): 379-388  DOI: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.03.81

引用本文  

姚源, 竺建荣, 唐敏, 等. 好氧颗粒污泥技术处理乡镇污水应用[J]. 环境科学研究, 2018, 31(2): 379-388.
YAO Yuan, ZHU Jianrong, TANG Min, et al. Application of Aerobic Granular Sludge Technology on Treatment of Villages and Towns Sewage[J]. Research of Environmental Sciences, 2018, 31(2): 379-388.

基金项目

重庆市属科研院所"双核驱动"科技支撑集成示范计划项目(No.cstc2014jcsf20002)
Supported by ‘Dual Core Driven’ Science and Technology Support Integrated Demonstration Project of Chongqing Municipal Scientific Research Institutes,China (No.cstc2014jcsf20002)

责任作者

黄健盛(1980-), 男, 广西藤县人, 正高级工程师, 博士, 主要从事水污染控制工程研究, E-mail:303982960@qq.com

作者简介

姚源(1988-), 女, 重庆万盛人, 工程师, 硕士, 主要从事水污染控制工程研究, 3148445606@qq.com

文章历史

收稿日期:2017-07-07
修订日期:2017-11-09
好氧颗粒污泥技术处理乡镇污水应用
姚源1 , 竺建荣2 , 唐敏3 , 陈刚才1 , 黄健盛1 , 陈婷婷1 , 廖伟伶1     
1. 重庆市环境科学研究院, 重庆 401147;
2. 北京师范大学, 北京 100875;
3. 重庆市生态环境监测中心, 重庆 401147
摘要:为研究好氧颗粒污泥技术是否适用于处理乡镇污水,采用该技术对处理规模为400 m3/d的乡镇污水处理厂进行改造,考察了污泥颗粒化过程、污染物去除效果及接种絮状污泥与好氧颗粒污泥微生物群落结构差异.结果表明,以进料负荷的交替变化作为调控措施,反应器启动后第13天污泥出现颗粒化,颗粒污泥平均粒径0.499 mm;启动第40天污泥完全颗粒化,颗粒污泥平均粒径1.336 mm.完全颗粒化后SBR反应器内ρ(MLSS)稳定在8~12 g/L,SVI维持在25~40 mL/g,出水ρ(CODCr)、ρ(NH3-N)、ρ(TN)始终满足GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准要求.群落结构的研究结果表明,相比于接种絮状污泥,好氧颗粒污泥群落丰富度和多样性均明显减少,反硝化功能菌和聚磷菌丰度显著增加;在好氧颗粒污泥中,Nitrosomonas(亚硝化单胞菌属)、Nitrospira(硝化螺旋菌属)是主要的硝化功能菌;DechloromonasClostridium sensu stricto 13(梭菌属)是主要的反硝化细菌;Aeromonas(气单胞菌属)、Clostridium sensu stricto 13(梭菌属)是主要的聚磷菌;Uncultured Xanthomonadaceae、Comamonas(丛毛单胞菌属)、Zoogloea(动胶菌属)是降解有机物的主要菌种,其中Comamonas(丛毛单胞菌属)、Zoogloea(动胶菌属)也是好氧污泥颗粒化过程中的关键菌株.
关键词乡镇污水    好氧颗粒污泥    工程化应用    群落多样性    
Application of Aerobic Granular Sludge Technology on Treatment of Villages and Towns Sewage
YAO Yuan1 , ZHU Jianrong2 , TANG Min3 , CHEN Gangcai1 , HUANG Jiansheng1 , CHEN Tingting1 , LIAO Weiling1     
1. Chongqing Academy of Environmental Science, Chongqing 401147, China;
2. Beijing Normal University, Beijing 100875, China;
3. Ecological and Environmental Monitoring Center of Chongqing, Chongqing 401147, China
Abstract: Aerobic granular sludge technique was used to treat villages and towns sewage to access its feasibility for a reconstructing full-scale sewage treatment plant (400 m3/d). The process of sludge granulation, pollutants removal and community differences between inoculated and granular sludge were investigated. Results showed that the granulation of sludge occurred on 13th day, and the average size of sludge reached 0.499 mm in diameter by a method of alternative feed loading. Completely granulated sludge was observed on 40th day, and the average size was up to 1.336 mm in diameter. Meanwhile, the ρ(MLSS) and SVI were 8-12 g/L and 25-40 mL/g in the reactor, respectively. The effluent CODCr, ammonia nitrogen, total nitrogen met A standard of the first level of Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant (GB 18918-2002) in China. Compared with inoculated floc sludge, the species richness and diversity of microbial community of aerobic granular sludge were significantly reduced, whereas the abundance of bacterial communities for denitrification and phosphorus removal was significantly increased. In the aerobic granular sludge, Nitrosomonas and Nitrospira are the main nitrifying bacteria; Dechloromonas and Clostridium sensu stricto 13 are the main denitrifying bacteria; Aeromonas and Clostridium sensu stricto 13 are the main bacteria for phosphorus removal; Uncultured Xanthomonadaceae, Comamonas, Zoogloea are the main bacteria for organics removal and are also the key bacteria for sludge granulation.
Keywords: villages and towns sewage    aerobic granular sludge    engineering application    community diversity    

与传统活性污泥工艺相比,好氧颗粒污泥技术具有抗冲击负荷能力强、污泥沉降性能好、出水水质好、占地面积省、运行成本低、剩余污泥产量低等诸多优势,近年来受到国内外学者的广泛关注[1-6].自1991年Mishima等[7]在好氧上流式反应器中发现好氧颗粒污泥以来,学者们对它的形成机制、净化机理及过程控制等方面进行了大量报道,该技术在国内外的应用前景已在一些中试试验、工程化应用中得到证实[8-11]. 1999年,荷兰DHV公司与代尔夫特理工大学合作开展研究NeredaTM好氧颗粒污泥技术(简称NeredaTM工艺),并于2003年在荷兰Ede污水处理厂建成世界上首个利用好氧颗粒污泥技术处理城市生活污水的中试工程[12]. 2008年,在中试工程基础之上荷兰DHV公司首次将NeredaTM工艺运用于南非Gansbaai市政污水处理厂的升级改造中.迄今为止,全球已建成或在建的NeredaTM工艺污水处理厂有30多座,主要分布于荷兰、南非、葡萄牙、巴西、波兰和爱尔兰等地,其中部分工程见表 1[13-14].

表 1 全球部分NeredaTM工艺工程应用 Table 1 Part of global engineering application of NeredaTM technology

目前国内研究主要集中于实验室小试、中试方面,对好氧颗粒污泥技术在实际工业废水和生活污水的工程化应用方面研究相对较少[15-16].该研究以实际乡镇污水为处理对象,以进料负荷的交替变化作为调控措施,成功地在反应器中培养出完全颗粒化的好氧污泥;通过相关指标测试分析及运行参数研究,系统分析好氧颗粒污泥技术处理实际污水的效果、污泥颗粒化过程及微生物群落结构,以期达到系统研究好氧颗粒污泥技术处理乡镇污水适应性的目的.

1 工程概况及研究方法 1.1 工程概况

重庆市荣昌区直升镇污水处理厂原设计规模为400 m3/d,采用“预处理+NLB地埋式一体化装置”工艺,进水包括生活污水及3个小型酒厂排放的生产废水.因进水水质水量变化较大,出水COD、TN、TP无法达到排放要求. 2015年7月采用好氧颗粒污泥技术对该厂进行改造,2016年3月进水调试运行.设计进出水主要指标见表 2,出水要求达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准.

表 2 设计进出水主要指标要求 Table 2 Nutrient concentrations in the influent and effluent as designed

技术改造工艺流程见图 1.不改动原有粗格栅、提升泵房、细格栅、消毒池和污泥干化池,利用原有调节池改为沉砂池,新建容积为200 m3调节池一座,新建有效容积200 m3的好氧颗粒污泥反应池两座(单池尺寸:直径7 m,高度5.7 m),主要设备见表 3.反应池顶部进水,微孔曝气头在池体底部鼓气,曝气量由鼓风机额定流量控制.好氧颗粒污泥反应池采用厌氧-好氧交替运行的SBR系统,通过PLC系统实现自动控制.设计运行3周期/d,因来水量不足实际运行2周期/d,运行周期为12 h,其中进水60 min、厌氧150 min、好氧410 min、沉淀40 min、排水60 min.粗格栅、细格栅栅渣外运,调节池和好氧颗粒污泥反应池产生的剩余污泥经污泥干化池脱水后泥饼外运,污泥干化池产生的滤液回流至调节池.

图 1 改造工艺流程 Fig.1 Diagram of reconstructed wastewater treatment process

表 3 好氧颗粒污泥反应池主要设备(两座) Table 3 Main equipments of two aerobic granular sludge tanks
1.2 实际进水水质及接种污泥

进水中生活污水占95%,酒厂污水占5%.一般进水ρ(CODCr)为75~1 000 mg/L,ρ(NH3-N)为10~60 mg/L,ρ(TN)为11~65 mg/L、ρ(TP)为5~28 mg/L、pH为6.5~7.5.

接种污泥取自该镇附近县城污水处理厂脱水间,含水率为80%,污泥颜色为棕褐色,接种初期反应器内ρ(MLSS)为6 000 mg/L.

该厂2016年3月开始进水调试,2016年6月结束跟踪监测,期间每天采集进、出水样品进行分析测试.

1.3 分析项目及测试方法

ρ(MLSS)、SV、SVI、ρ(CODCr)、ρ(NH3-N)、ρ(TN)、ρ(TP)均根据《水和废水监测分析方法》(第四版)[17]进行检测.

颗粒污泥的粒径分布采用激光衍射仪(MASTERSIZER-2000,英国马尔文仪器有限公司)进行测定.

微生物群落多样性分析:

a) DNA纯化:取接种絮状污泥样品S1、好氧颗粒污泥样品S2,使用环境样本DNA提取试剂盒进行基因组DNA抽提后,用0.8%琼脂糖凝胶电泳检测DNA.

b) PCR扩增:以纯化的DNA为模板,采用16S rDNA扩增通用引物515F和806R对样品的16S rDNA V4区域进行扩增,每个样品进行3次重复,每个PCR反应终止于线性扩增期;PCR结束后将同一样品的PCR产物混合后用1.5%琼脂糖凝胶电泳检测,使用QIA quick凝胶回收试剂盒(QIAGEN公司)切胶回收PCR产物,TE缓冲液洗脱回收目标DNA片段;使用2%琼脂糖电泳检测,检测条件:5 V/cm,20 min.

c) 待测样本定量:参照电泳初步定量结果,将PCR回收产物用GE NanoVue系统(GE Healthcare公司)或Qubit 2.0进行检测定量,之后按照每个样本的测序量要求,进行相应比例的混合.

d) 文库构建:文库构建使用Illumina公司TruSeq DNA PCR-Free Sample Prep Kit.

e) 测序:测序试剂盒使用Illumina公司MiSeq Reagent Kit v2.

f) 数据处理及统计学分析:Miseq测序得到的PE reads首先使用FLASH进行拼接,同时对序列质量进行质控,在去除低质量碱基及接头污染序列等操作过程后完成数据过滤,得到可供后续分析的高质量目标序列.后续生物信息学操作使用QIIME、Usearch或Mothur等完成,统计和作图主要使用R完成[18-22].

2 结果与讨论

直升镇污水处理厂原设计规模为400 m3/d,因该镇污水收集管网不完善,导致来水量不足,实际水量为120~240 m3/d.为保证系统正常运行,该研究只运行其中1组反应器,研究结果均来源于正常运行反应器.

2.1 好氧颗粒污泥的形成

研究[23-24]表明,好氧污泥颗粒化的原初动力来自于SBR特有的基质浓度贫富交替,强化微生物生长驱动力,在这种驱动力的推动下可以成功培养出完全颗粒化的好氧颗粒污泥.为了更好地探讨好氧颗粒污泥的关键培养技术,该研究以进料负荷的交替变化作为调控措施,即在厌氧-好氧交替的系统中,利用进水负荷自然不规则振荡变化模拟进料负荷的交替变化,改善污泥的结构和沉降性能,并最终在反应器中成功实现好氧污泥颗粒化.

图 2所示,在运行初期(第1~7天),ρ(MLSS)、SV急剧下降,ρ(MLSS)从6 g/L降至3.5 g/L、SV从32%降至17%,其主要原因是初期反应器沉淀时间较短,污泥被大量冲出,仅沉降性能较好的污泥被保存在反应器内.在颗粒污泥形成期(第8~15天),通过采取调控措施,达到反应器内好氧污泥颗粒化,ρ(MLSS)、SV开始呈上升趋势,ρ(MLSS)从3.5 g/L增至6 g/L,SV从17%增至23%;在颗粒污泥稳定期(第16~90天),通过运行条件控制,ρ(MLSS)进一步增加到8~12 g/L.

图 2 污泥性能的变化情况 Fig.2 Variations of sludge characteristics

第69天时,为提高新生污泥量有利于颗粒污泥的更新,同时改善系统除磷性能,从排泥阀排除部分老龄化污泥.排泥之后ρ(MLSS)、SV逐步上升,最终恢复到稳定期水平.

与传统活性污泥相比,好氧颗粒污泥的排泥周期较长,主要原因:①好氧颗粒污泥生长较为缓慢,需要较长停留时间;②实际工程运行期间(3—6月)正值该镇雨季,降雨量较大,进水有机负荷较低,微生物的生长速度较慢,因而达到稳定期所需的时间也较长.

由于采取了调控措施,尽管ρ(MLSS)增加较多,但稳定期颗粒污泥的SVI始终保持在较低的水平,约25~40 mL/g,即污泥沉降性能很好.

反应器中污泥粒径的变化情况如图 3所示.实际工程自2016年3月开始进水调试,第13天出现污泥颗粒化,污泥的粒径分布呈平缓单峰状,平均粒径0.499 mm,粒径在0.020~0.200 mm之间的为絮状污泥,仅占污泥总量的29.85%;粒径在0.200~1.000 mm之间的颗粒污泥占污泥总量的8.44%,粒径在1.000~2.000 mm之间的颗粒污泥占污泥总量的21.71%.由此推断反应器内已经开始污泥颗粒化进程.

注:d(0.1)表示样品累计粒度分布数达到10%时所对应的粒径,d(0.5)表示样品累计粒度分布数达到50%时所对应的粒径,d(0.9)表示样品累计粒度分布数达到90%时所对应的粒径. 图 3 颗粒污泥在第13天和第40天的粒径分布 Fig.3 Size distribution of sludge on 13th and 40th day

反应器运行至第40天,污泥处于稳定期,系统内基本没有絮状污泥,污泥的粒径分布呈陡峭单峰状,平均粒径1.336 mm,粒径在1.000~2.000 mm之间的颗粒污泥占污泥总量的97.26%,粒径在0.600~1.000 mm之间的颗粒污泥仅占污泥总量的2.73%.表明系统内好氧污泥已经完全颗粒化并稳定运行.

图 4可见,颗粒污泥的外观呈不规则球形或椭球形,表面光滑,具有非常清晰的外轮廓.

图 4 颗粒污泥的外观 Fig.4 The surface morphology of the aerobic granular sludge
2.2 污染物去除效果分析 2.2.1 来水营养比例分析

在实际废水中,营养比例〔ρ(CODCr)/ρ(TN)/ρ(TP)〕是一个不断变化的参数,通过影响颗粒污泥中微生物的生物量及群落结构,从而影响好氧颗粒污泥的外观形态、稳定性能及系统脱氮除磷效率[25-26].研究[27]表明,通常ρ(BOD5)/ρ(CODCr)=0.3为废水可生化降解的下限,因而废水适宜的营养比例可按ρ(CODCr)/ρ(TN)/ρ(TP)=300:5:1考虑.反应器中来水ρ(CODCr)/ρ(TN)、ρ(TN)/ρ(TP)、ρ(CODCr)/ρ(TP)分析如图 5所示,在运行90 d过程中,ρ(CODCr)/ρ(TN)在3.6~24.1之间波动,远低于理论值60;ρ(TN)/ρ(TP)在0.9~3.3之间波动,低于理论值5,ρ(CODCr)/ρ(TP)在5.2~38.8之间波动,远低于理论值300.由此推测来水营养比例严重失调,属于低碳氮比高磷废水.

图 5 ρ(CODCr)/ρ(TN)、ρ(TN)/ρ(TP)、ρ(CODCr)/ρ(TP)分析 Fig.5 The ratio values of ρ(CODCr)/ρ(TN)、ρ(TN)/ρ(TP) and ρ(CODCr)/ρ(TP)
2.2.2 CODCr去除效果分析

图 6所示,在运行90 d过程中,CODCr去除率平均维持在90%左右,尽管进水ρ(CODCr)从低至75~ 200 mg/L到高达600~1 000 mg/L,出水均可维持在相对稳定的低水平(20~40 mg/L),满足GB 18918—2002一级A标准.

图 6 CODCr去除效果 Fig.6 CODCr removal efficiency
2.2.3 NH3-N去除效果分析

图 7所示,在运行90 d过程中,进水ρ(NH3-N)在10~60 mg/L之间波动.由于系统内培养并形成了好氧颗粒污泥,NH3-N去除率一直稳定在98%以上,出水ρ(NH3-N)基本保持在小于1 mg/L水平,远优于GB 18918—2002一级A标准.

图 7 NH3-N去除效果 Fig.7 NH3-N removal efficiency
2.2.4 TN去除效果分析

图 8所示,在运行90 d过程中,进水ρ(TN)在11~65 mg/L之间波动.同样由于系统内好氧颗粒污泥的存在,TN去除率也保持在较高水平,一般维持在60%~80%之间,平均约为70%,出水ρ(TN)维持在10~15 mg/L之间,同样可以满足GB 18918—2002一级A标准.

图 8 TN去除效果 Fig.8 TN removal efficiency
2.2.5 TP去除效果分析

图 9所示,在运行90 d过程中,进水中含有3个小型酒厂洗涤酒瓶所产生的洗涤废水,因而ρ(TP)较高,ρ(TP)一般在5~28 mg/L之间波动.由于进水ρ(TP)较高,夏季气温升高,降雨量增加,进水ρ(CODCr)偏低,导致除磷效果受到影响,除磷效率维持在40%~70%之间,有时甚至出现释磷现象.为保证出水ρ(TP)达标排放,后期考虑增加化学除磷措施,缩短排泥周期并提高排泥量.

图 9 TP去除效果 Fig.9 TP removal efficiency
2.3 群落结构分析 2.3.1 群落多样性分析

群落多样性分析可以反映微生物群落的丰度(richness)、均匀性(evenness)及多样性(diversity)等,可利用丰富度指数(Chao 1、ACE)和多样性指数(Shannon-Wiener、Faith′s PD)来表征[28].

对样品进行群落丰富度与多样性指数统计,见表 4.与接种絮状污泥相比,好氧颗粒污泥群落的多样性和丰富度均明显减少,表明在污泥颗粒化过程中系统内微生物群落演替显著.分析主要原因是在颗粒污泥培养过程中,沉淀时间设定较短使得沉降性能较差的污泥被大量筛选出反应器,只有沉降性能较好的污泥被保存下来,因而微生物群落结构与接种污泥相比有较大差异.

表 4 样品微生物群落丰富度与多样性 Table 4 Richness and diversity of the samples
2.3.2 功能菌群分析 2.3.2.1 门水平分布

门水平群落分布如图 10所示,接种絮状污泥中优势菌群为Proteobacteria(变形菌门)、Chlorobia(绿弯菌门),分别占36.9%、30.3%;好氧颗粒污泥中优势菌群为Proteobacteria(变形菌门)、Firmicutes(厚壁菌门),分别占66.1%、13.9%.

注: 纵坐标按照纲的总丰度从大到小排列,S1代 表接种絮状污泥样品,S2代表好氧颗粒污泥样品. 图 10 门水平热图 Fig.10 Heatmap on phylum level
2.3.2.2 纲水平分布

纲水平群落分布如图 11所示,接种絮状污泥中优势菌群为Betaproteobacteria(β-变形菌纲)、Anaerolineae(厌氧蝇菌纲)、Gammaproteobacteria(γ-变形菌纲),分别占19.4%、19.3%、13.4%;好氧颗粒污泥中优势菌群为Betaproteobacteria(β-变形菌纲)、Gammaproteobacteria(γ-变形菌纲)、Clostridia(梭菌纲),分别占43.3%、19.5%、10.7%.

注: 纵坐标按照纲的总丰度从大到小排列,S1代 表接种絮状污泥样品,S2代表好氧颗粒污泥样品. 图 11 纲水平热图 Fig.11 Heatmap on class level
2.3.2.3 属水平分布

属水平群落分布如图 12所示,接种絮状污泥中优势菌属为Uncultured AnaerolineaceaeUncultured ComamonadaceaeUncultured ChloroflexiUncultured SC-I-84、Uncultured Xanthomonadaceae,分别占19.3%、6.6%、5.4%、5.2%、5.1%;好氧颗粒污泥中优势菌属为Uncultured RhodocyclaceaeAeromonas(气单胞菌属)、Uncultured ComamonadaceaeClostridium sensu stricto 13(梭菌属)、Dechloromonas,分别占12.5%、11.0%、5.5%、5.2%、4.8%.

注: 纵坐标按照属的总丰度从大到小排列,S1代 表接种絮状污泥样品,S2代表好氧颗粒污泥样品. 图 12 属水平热图 Fig.12 Heatmap on genus level

a) 脱氮功能菌

传统的生物脱氮过程主要包括硝化、反硝化两个阶段,分别由硝化功能菌和反硝化功能菌完成.

硝化反应包括两个既连续而又相互独立的阶段,分别由两类细菌完成,第1阶段为亚硝化过程,即氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria, AOB)将氨态氮氧化为亚硝态氮;第2阶段为硝化过程,即亚硝酸盐氧化菌(nitrite oxidizing bacteria, NOB)将亚硝态氮进一步氧化为硝态氮.在接种絮状污泥中,Nitrosomonas(亚硝化单胞菌属)、Nitrospira(硝化螺旋菌属)占比1.8%;在好氧颗粒污泥中,Nitrosomonas(亚硝化单胞菌属)、Nitrospira(硝化螺旋菌属)占比1.6%,硝化作用主要由这两类细菌共同完成.

反硝化反应是一类由化能异养型微生物在厌氧或缺氧条件下完成的反应,即在反硝化细菌的作用下将硝态氮或亚硝态氮还原为分子态氮(N2、NO、N2O)的过程.在接种絮状污泥中,DechloromonasGemmata等是主要的反硝化细菌,占样本总量的5.98%;在好氧颗粒污泥中,DechloromonasClostridium sensu stricto 13(梭菌属)、Azoarcus(固氮弓菌属)、Bacillus(芽孢杆菌属)、Thauera(陶厄氏菌属)等是主要的反硝化细菌,占样本总量的13.79%,可以推测随着污泥颗粒化的进程,系统的脱氮效率得到显著提升. Dechloromonas属于反硝化细菌,能利用NO3-作为电子受体进行反硝化作用,在接种絮状污泥S1系统、好氧颗粒污泥S2系统中相对丰度分别为1.3%、4.8%.研究[29]表明,Clostridium (梭菌属)是一类具有反硝化除磷功能的细菌,在接种絮状污泥S1系统中其相对丰度仅占0.95%,而在好氧颗粒污泥S2系统中高达6.1%. Bacillus(芽孢杆菌属)适应性较强,在各种条件下均有较高的脱氮效率[30]. Thauera(陶厄氏菌属)是一类自养反硝化菌,能利用H2作为电子受体还原硝态氮[31].

b) 聚磷菌

聚磷菌(PAOs)在好氧条件下能超量地将污水中的磷吸入体内,在厌氧条件下能将体内储存的磷释放出来,以便获取能量.在接种絮状污泥中,Clostridium sensu stricto 13(梭菌属)、Candidatus等是主要的聚磷菌,占样本总量的1.5%;在好氧颗粒污泥中,Aeromonas(气单胞菌属)、Clostridium sensu stricto 13(梭菌属)、Acinetobacter(不动杆菌群)、Candidatus Accumulibacter等是主要的聚磷菌,占样本总量的20.1%.可以推测随着污泥颗粒化的进程,系统的除磷效率也得到一定提高.

c) 去除有机物功能菌

废水中有机物的去除主要是通过微生物的吸附与代谢作用完成.在接种絮状污泥及好氧颗粒污泥中,降解有机物的主要菌种均为Uncultured XanthomonadaceaeComamonas(丛毛单胞菌属)、Zoogloea(动胶菌属),分别占样本总量的5.6%、5.0%. Xanthomonas(黄单胞菌属)利用各种有机化合物作为唯一或主要碳源而生长.研究[32-33]表明,Comamonas(丛毛单胞菌属)、Zoogloea(动胶菌属)不仅具有氧化分解有机物功能,还能通过分泌过量EPS促进污泥初始颗粒化,是好氧污泥颗粒化过程中的关键菌株.

3 结论

a) 利用城市污水处理厂干化污泥接种,以进料负荷的交替变化作为调控措施,成功地在反应器中实现好氧污泥完全颗粒化.在实际工程运行过程中,第13天出现污泥颗粒化,污泥的平均粒径0.499 mm;第40天好氧污泥已经完全颗粒化,颗粒污泥的平均粒径1.336 mm.成熟好氧颗粒污泥的ρ(MLSS)稳定在8~12 g/L,SVI值始终保持在25~40 mL/g.

b) 好氧颗粒污泥技术处理乡镇污水效果显著,在实际工程运行90 d的过程中,ρ(CODCr)、ρ(NH3-N)、ρ(TN)均达到GB 18918—2002一级A标准,TP去除效率维持在40%~70%之间,为保证出水ρ(TP)达标排放,后期考虑增加化学除磷措施,缩短排泥周期并提高排泥量.

c) 与接种絮状污泥相比,好氧颗粒污泥群落多样性和丰富度均明显减少,反硝化功能菌和聚磷菌数量丰度增加;在好氧颗粒污泥中,Nitrosomonas(亚硝化单胞菌属)、Nitrospira(硝化螺旋菌属)是主要的硝化功能菌;DechloromonasClostridium sensu stricto 13(梭菌属)是主要的反硝化细菌;Aeromonas(气单胞菌属)、Clostridium sensu stricto 13(梭菌属)是主要的聚磷菌;Uncultured XanthomonadaceaeComamonas(丛毛单胞菌属)、Zoogloea(动胶菌属)是降解有机物的主要菌种,其中Comamonas(丛毛单胞菌属)、Zoogloea(动胶菌属)是好氧污泥颗粒化过程中的关键菌株.

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