流态对好氧颗粒污泥的形成影响及运动分析

张琳洁

题目：流态对好氧颗粒污泥的形成影响及运动分析

摘要：采用不同形状的容器，在其摇床内培养好氧颗粒污泥，通过仪器检测在不同流态下的好氧污泥的形成过程，以及不同流态对好氧污泥颗粒化的影响。结果表明：反应器的形状不同导致容器内形成具有漩涡流特性的二次流和一定强度的紊动性，这样所形成的好氧颗粒污泥具有更强的密实性和强度。

关键词：流动性；好氧颗粒污泥；二次流

一 研究现状

1 好氧颗粒污泥的简介

     好氧颗粒污泥是通过生物、物理、化学及外界条件的作用，由微生物细胞形成的自我聚集体，相比于絮状污泥，具有以下物理和生化特征： 丰富微生物相、较高的生物量、良好的沉降性能、独特的稳定性、结构紧密及表面多孔性等。

2 好氧颗粒污泥的形成

好氧颗粒污泥在形成之前，先形成絮凝体，此过程称为生物絮凝化作用。在活性污泥和污水的混合物中充入空气，活性污泥中的细菌、真菌大量繁殖，聚集在一起，形成大量的菌团，并通过菌丝缠绕、粘合等方式逐渐在混合液中形成絮凝体，这种絮体在废水处理中对有机物具有很强的吸附和分解能力。

   3 好氧颗粒污泥的研究现状

     近几年来，由于好氧颗粒污泥具有沉降性能好，在反应器中保持较高的生物量，具有生物膜，而且不需要填料等优点，已经慢慢成为废水生物处理技术领域的一个研究热点。但是相比于厌氧颗粒污泥在污水处理工业上的广泛使用，到目前为止，好痒颗粒污泥的研究仍然停留在试验阶段。

目前常用的培养好氧颗粒污泥的方法有两种：一是，厌氧颗粒污泥向好氧颗粒污泥转化；二是，直接从普通絮状污泥中接种培养好氧颗粒污泥。

研究发现：在不同的容器中，采用相同的原料，培养出的好氧颗粒污泥的营养物质配比，以及数量都有很大的不同。在不同流态的流体中，微生物的反应状况也不尽相同，流体的紊动性越大，流层之间的碰撞和摩擦越多，微生物反应就越激烈，即活性就越高，那么这是否意味着好氧污泥颗粒化的程度也越高呢？

而在生物处理系统中，处理效能的高低主要由微生物的特性和浓度来决定，反应器内生物量越大，活性越高，沉降性能就越好，反应效率也会越好。那么怎样来提高微生物即好氧颗粒污泥的含量呢，又是什么对其产量有着影响呢？   

二 研究方法

1 影响因素

     对好氧颗粒污泥的形成及其稳定性的主要影响因素有：有机负荷率、沉淀时间、胞外多糖、水力停留时间（HRT）、溶解氧浓度、碳源和碳氮磷比、反应器类型、水力剪切力、以及PH和碱度。

     一些学者认为，反应器的结构及尺寸对反应器内的液体流动形式和微生物的聚合形态有重要的影响。因此，试验中我们采用不同形状的反应器来培养好氧颗粒污泥，以此考察不同流态对好氧污泥颗粒化的影响。

   2 试验装置

     考虑到流态的问题，本次试验采用三种不同规格的容器，分别为圆柱形，球形，方柱形，其中，圆柱形反应器对面半径为6 cm，高为8 cm，球形反应器的半径取为4 cm，而方柱形反应器的长宽高则分别取为6 cm、6 cm、10 cm，此时，各个反应器的有效容积均为120 ml。

     因为外界环境对污泥的形成会产生较多的影响，所以反应器放置在恒温振荡器中，并且将温度控制在室温25 ℃。反应分为四个阶段，分别为进水、振荡、沉淀、排水，每个昼夜运行三个周期，每个周期包括5分钟进水、10分钟沉淀和5分钟排水。

   3 试验用水和接种污泥

     试验用水为人工配置的污水，其中的营养物质组成由碳源、氮源、磷源、以及由微量元素组成的硫酸镁、氯化高铁、氯化钙。其中，碳源由蔗糖来提供，研究表明，1 g 的蔗糖相当于1.1 g 的COD，还相当于0.74 g的BOD5 ，可以按照此比例关系来换算。氮源则由氯化铵中的氮元素的质量来计。磷源由磷酸二氢钾中的磷元素的质量来计。

     接种污泥取用污水处理厂中的污泥浓缩池内的消化污泥，泥样为黑色，在镜检中呈现较差的活性，要使其恢复活性，则需要在正常基质下进行序批式培养，使污泥转变为黄褐色的絮状体后，若在镜检中可以发现大量微生物和少量丝状菌，则可说明其活性得到恢复。此时就需要将污泥保持在一个较稳定的状态（在稳定四个周期后，其平均COD去除率须达到92%，平均污泥容积指数（    SVI）须达到84 ml/g 左右。将其稀释，待用。

4 分析项目及方法

     COD：快速消解——分光光度法。

     氨氮和磷酸盐：国家标准方法。

     颗粒污泥的直径、粒径分布、圆度：采用生物显微镜拍照后，通过专业的图形软件进行分析。

     由于三个反应器的容积都较小，试验中没有测定SS、SV、SVI、MLSS、MLVSS等指标，。流场采用粒子成像测速系统来进行测定和分析。

三 存在的问题

   1 对进水中的营养物质的控制不均匀，导致生产效率大大降低；

   2 在观察中，当好氧颗粒污泥的直径大于1mm时，形成的颗粒的密实性也会大大降低；

   3 运行周期不够时，形成的好氧颗粒污泥表面粗糙，密实度也不高；

   4 当SVI值过大时，污泥会表现出很高的粘性，在水流扰动下粘结成不规则的块状絮凝体，不利于好氧颗粒污泥的形成。

四 总论

   1 试验结果

     试验中，三种容器好氧颗粒污泥的产生速度， 生物量，以及其中污泥的密实度，都有不同的结果。

     相比较于圆柱形和球形反应器内生成的颗粒较大且松散的颗粒污泥，在方柱形反应器内形成的颗粒，粒径较小，更加的圆润和密实。

   2 分析

     比较三者的差别，在粒子成像测速仪得到的图像中可以发现，圆柱形和球形反应器内的流动紊动强度较小；而且，位于反应器中心的流体大多是做围绕中心的同向流动。而方柱形反应器中，沿边界的流层在不断与不规则壁面的触碰当中，会产生更大的摩擦力，在重力场、离心力场，机械能的转换作用下，该流层会发生明显的偏转，产生二次流动。

     在上述情况中，由于容器形状的不同，会产生不同的水力剪切力，微生物絮体在流动的过程中碰撞的机会也不同，碰撞越多，流体紊流程度就越大，会形成更小的旋流，有利于颗粒的碰撞、搬运、聚集和成圆，则在丝状菌的缠绕和微生物分泌的粘液的作用下，更有利于促进好氧颗粒污泥的形成。

3 结论

  在基础条件均等的情况下，反应器的形状不同，其中流体的流态也会不同，那么水力剪切力都不同，而水力剪切力对胞外多聚物的形成有很大关系，胞外多聚物可以调节细胞的凝聚和吸附作用，和好氧颗粒污泥的稳定性息息相关。

  方柱形反应器内形成的颗粒污泥质量最好，其处理效果好，粒径较小，结构较密实而且数量最多。

  因此，在培养好氧颗粒污泥的实际运行中，为了有利于污泥颗粒化，应在反应池中尽可能形成具有漩涡性质的二次流和紊流，加大水力剪切力和水流摩擦力，使形成的颗粒污泥具有更高的密实性和强度，并且可以使颗粒粒径更小。

专业：市政工程

姓名：张琳洁

学号：122081403007