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降解COD好氧有效性对好氧颗粒降解污泥形态稳定性的影响

摘 要

好氧颗粒污泥（AGS）系统的运行干扰会导致易生物降解COD（rbCOD）的好氧有效性。不同于活性污泥，短期和长期的形态学后果在文献中没有很好的描述。本研究利用实验室规模的反应器研究了不完全厌氧吸收醋酸盐对AGS形态和过程稳定性的影响。有氧给药占总醋酸负荷的一小部分，随着moni的增加，醋酸负荷逐渐增加-托林颗粒形态。在初始富集过程中获得了良好的颗粒形态和40ml/g的SVI，并在4mg COD/g VSS/h下维持le;20%的好氧醋酸盐负荷。生物除磷效率最初不受影响，但好氧醋酸盐投加率确实降低了好氧磷酸盐吸收率。这导致在12天的过程中，以8 mg COD/g VSS/h投加gt;20%好氧醋酸盐负荷时磷去除损失。随后，在颗粒表面形成明显的突起，并随着时间的推移发展成手指状结构。在这些高好氧乙酸负荷下，SVI增加到80 ml/g，并由于污泥沉降性能的恶化而导致显著的生物量冲刷。停止醋酸好氧投加10d后，污泥沉降性和生物除磷能力恢复。如果大部分厌氧醋酸盐吸收得到维持，那么rbCOD的好氧存在是可以容忍的，从而确保稳定的颗粒形态和良好的沉降性。底泥投加和絮体的选择性浪费使颗粒污泥中的聚磷菌高度富集，使好氧颗粒污泥在有氧条件下对形态恶化具有抵抗力。

关键词 好氧活性污泥; rbCOD; 好氧醋酸盐; 高好氧乙酸负荷

Impact of aerobic availability of readily biodegradable COD on morphological stability of aerobic granular sludge

Abstract

Operational disturbances in aerobic granular sludge (AGS) systems can result in aerobic availability of readily biodegradable COD (rbCOD). Different from activated sludge, morphological consequences on the short and long term are not well described in literature. This study investigated the effect of incomplete anaerobic uptake of acetate on the morphological and process stability of AGS using a lab-scale reactor. A fraction of the total acetate load was dosed aerobically, which was increased stepwise while moni-toring granular morphology. A good granular morphology and an SVI of 40 ml/g were obtained during initial enrichment and maintained for le;20% aerobic acetate load dosed at 4 mg COD/g VSS/h. Biological phosphorus removal efficiency was initially unaffected, but the aerobic acetate dosage rate did decrease the aerobic phosphate uptake rate. This led to loss of phosphorus removal for gt;20% aerobic acetate load dosed at 8 mg COD/g VSS/h over the course of 12 days.Subsequently,significant outgrowth formed on the granular surfaces and developed over time into finger-like structures. Under these high aerobic ac-etate loads the SVI increased to 80 ml/g and resulted in significant biomass washout due to deteriorating settling properties of the sludge. The sludge settleability and biological phosphorus removal recovered.

10 days after aerobic feeding of acetate was stopped. Aerobic presence of rbCOD can be tolerated if mostly anaerobic acetate uptake is maintained, thereby ensuring stable granular morphology and good settleability.The high enrichment of phosphate accumulating organisms in the granular sludge through bottom-feeding and selective wasting of flocs makes aerobic granular sludge resilient to morphological deterioration in aerobic presence of rbCOD.

Keywords AGS; rbCOD;Aerobic acetateHigh aerobic acetic acid load

目 录

第1章 介绍 1

第2章 材料及方法 4

2.1 实验性的设置和操作 4

2.2 操作条件在期间逐步增加属于有氧运动剂量红细胞化学需氧数 5

2.3 分析属于反应堆性能 6

2.4 成像属于污泥形态学 6

2.5 最大值具体的醋酸酯吸收率在下面有氧的条件 6

2.6 荧光原位杂交（鱼） 6

第3章 结果 8

3.1 参考反应堆运行 8

3.2.好氧输送限制醋酸盐吸收速率对污泥形态和沉降性能的影响 8

3.2.1第二阶段 （le;20%好氧醋酸盐负荷） 8

3.2.2 第三阶段（ge;20%好氧醋酸盐负荷） 9

3.2.3 第四阶段（完全厌氧醋酸盐剂量恢复） 10

3.3 好氧乙酸负荷逐步增加过程中的生物除磷 11

3.3.1 第二阶段（le;20%好氧醋酸盐负荷） 11

3.3.2.第三阶段（le;20%好氧醋酸盐负荷） 13

3.3.3第四阶段（完全厌氧醋酸盐剂量恢复） 14

第四章讨论 15

4.1污泥形态的理论问题 16

4.2 AGS反应器运行及rbCOD形态效应 17

4.3 厌氧PHA贮存对AGS形态稳定性的限制 18

4.4 全尺寸AGS工艺的考虑因素 18

结 论 21

基金 21

竞合利益声明 21

致 谢 22

补充资料 22

参 考 文 献 23

第一章 介绍

好氧颗粒污泥（AGS）由于其紧凑性、节能性和良好的出水水质，正在成为一种成熟的废水处理技术（Bengtsson et al.，2018；Derlon et al.，2016；Pronk et al.，2017a）。当前的商业技术（内雷达），Royal Haskon-ingDHV拥有的商标名）基于顺序操作间歇式反应器（SBR）（Giesen等人，2013）。进水来自反应器底部，导致易生物降解的化学需氧量（rbCOD）的吸收，并在厌氧条件下转化为微生物细胞中的储存聚合物。储存聚合物在随后的曝气阶段被氧化，用于微生物生长和养分去除。该工艺设计选择了沉降良好的颗粒污泥，进一步增强了颗粒污泥的稳定性。

有大量的研究致力于AGS在SBR中的长期形态稳定性。关于在各种有机基质和各种操作条件下形成的AGS的文献越来越多。颗粒稳定性的研究结果表明，AGS的长期稳定性是非常可变的，并且取决于应用的工艺条件（Corsino etal.，2017；De Kreuk and Van Loosdrecht，2004；Francaetal.，2018；Kentetal.，2018；Liu and Liu，2006）。许多研究的一个局限性是它们的理论性质；对不同的工艺条件进行了评估，但往往没有提供甚至没有研究解释观察结果的潜在机制。因此，很难将具体结论外推到更一般的情况下。作者认为，这给目前对AGS形成和稳定性的基本原理的理解蒙上了一层阴影。此外，这可能会阻碍在大规模城市污水处理中获得颗粒污泥的替代技术的实施和发展。

rbCOD和氧作为电子受体的存在的效应就是这种混淆的一个主要例子。传统活性污泥法中防止和缓解污泥膨胀的策略主要集中在基质浓度或絮体负载率（F/M）对絮体形态的影响（Martins等2004b）。获得的见解最初导致了对完全需氧条件下AGS的首次研究（Beun等人，1999年；Heijnen和Van Loos-drecht，1998年；Morgenroth等人，1997年）。一般来说，致密光滑的生物膜需要受最大生物量比吸收率限制的基质吸收，而运输限制的基质吸收产生密度较低且不规则的生物膜（Picioreanuetal.，2000；van Loosdrechtet al.，1997a）。在使用活性污泥进行生物脱氮的情况下，设计传统上侧重于最大化活性污泥反应器中的rbCOD梯度（Chudoba，1985；Chudobaetal.，1985）。这是通过设计推流式反应器或添加所谓的气动bic选择罐来实现的（Chudoba等人，1973年）。在这些配置中，rbCOD首先转化为储存聚合物，例如聚羟基烷酸酯（PHA）（van Loosdrecht等人，1997b）。污泥体积指数（SVI）最小化有两个重要条件。首先，在rbCOD有氧转化的情况下，需要足够高的溶解氧浓度（gt;2 mg/l），以防止PHA形成期间氧气的运输限制（Martins等人，2003a）。其次，选择器中rbCOD污泥负荷率与最大生物量比吸收率（qs/qsmax）的比值应接近统一，以获得良好的污泥体积指数（SVI30lt;100ml/g）（Martins等人，2003b）。

AGS可以通过好氧进料策略进行培养（即，将rbCOD完全氧化储存到PHA中），但这需要相对较高的剪切速率、较高的选择性沉降速度和足够高的溶解氧浓度，以获得颗粒形态（Arrojoetal.，2004；Beunetal，2000；Morgenroth等人，1997年；Mosquera Corral等人，2005年；Schwarzenbeck等人，2004年；Tay等人，2001年）。随着颗粒粒径随时间的增加，这些有氧喂养颗粒的内部失去基质并腐烂，导致颗粒不稳定。好氧颗粒污泥法一般不能实现长期稳定性（Beun etal.,2000；Morgenrothetal.，1997）。

厌氧和缺氧选择器的设计，以获得沉

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