连续流好氧颗粒污泥流化床中污泥聚集机制和粒数衡算模型研究

国内外关于好氧颗粒污泥技术的研究基本上都是采用序批式SBR反应器，在气体剪切力作用下进行的。关于连续流好氧颗粒污泥工艺的研究还鲜见报道。本项目拟在三相流化床反应器中，以好氧颗粒污泥为固相，处理水为液相，空气为气相，实现连续流的好氧颗粒污泥废水处理工艺。本项目主要包括以下研究内容：探讨好氧颗粒污泥流化床这一新型工艺中活性污泥聚集的影响因子，所形成颗粒污泥的各种物理和化学特征以及生物多样性，以期揭示该工艺中污泥颗粒化的机制，提出合理的颗粒污泥快速形成方案；结合颗粒污泥的物理、化学和生物指标，建立颗粒污泥的粒数衡算模型，为准确预测好氧颗粒污泥流化床的运行稳定性提供理论依据；在上述研究工作的基础上，探讨其处理含氮废水的特征以及处理毒性有机废水和含重金属废水时的耐毒能力，为该工艺的应用和优化奠定一定的理论基础。

关于好氧颗粒污泥在连续流工艺中培养成功的研究还鲜见报道。CAFB是新型完全混合式连续流反应器，较SBR、AUSB差异较大。通过1.5~3.5 g COD•L-1•d-1（R1）和1.5~4.8 g COD•L-1•d-1（R2）两个负荷的反应器运行，CAFB工艺在第2天，均能形成粒径为250~300 μm的好氧颗粒污泥。而相同条件下，SBR反应器需要20~50天。R1去除负荷从0.2 g COD•L-1•d-1增长稳定至2.5 g COD•L-1•d-1左右；R2从0.7 g COD•L-1•d-1逐步增加至3.5 g COD•L-1•d-1。R1、R2的颗粒形成率由种泥的5.9%分别增加为71.9 %和58.6 %（Day 32）。胞外聚合物（EPS）和表面疏水性，随着进水负荷的增加而增加，对促进颗粒形成发挥重要作用。由于CAFB反应器具备持续规则的内循环运动，其对于颗粒的剪切作用是SBR工艺的100~300倍，能够强化絮体和颗粒聚集，快速形成好氧颗粒污泥，保证优良的混合传质能力和较强的抗冲击负荷能力。通过对好氧颗粒污泥切片的EPS和细菌分布特征研究，好氧颗粒污泥的EPS为蛋白质-多糖共存型，与活菌和凋亡细菌共同均匀分布于整个颗粒内部。由于CAFB独特的运行条件和流态特征，氧传质系数约为SBR反应器的两倍，具备更高的混合传质能力。在CAFB装置中，添加Ca2+可以加快污泥颗粒化进程，好氧颗粒污泥形态规则，粒径分布均匀。通过EDX分析得到Ca、P元素均匀分布在整个颗粒切片上，XRD表征证明Ca2+与磷酸盐主要是以无机晶核CaCO3和Ca7Mg2P6O24的形式存在。CAFB表现出优异的硝化效率。建立粒数衡算模型可初步预测颗粒污泥形成的过程和效率。