導語：近日，清華大(da)學(xue)環(huan)境學(xue)院王凱軍課(ke)題組(zu)在連(lian)(lian)續(xu)(xu)流(liu)(liu)好氧(yang)顆粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)研(yan)究(jiu)(jiu)領域取得重大(da)突破，成功將現有的(de)(de)厭氧(yang)-缺氧(yang)-好氧(yang)脫氮除(chu)磷（AAO）工藝（2.5×104 m3/d）升級為連(lian)(lian)續(xu)(xu)流(liu)(liu)好氧(yang)顆粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)工藝。研(yan)究(jiu)(jiu)結果揭示了(le)水力剪(jian)切(qie)力和豐盛-饑餓條件(jian)(jian)是連(lian)(lian)續(xu)(xu)流(liu)(liu)模(mo)式下(xia)污(wu)泥(ni)(ni)顆粒(li)化(hua)(hua)的(de)(de)關鍵(jian)因(yin)素(su)，同時發(fa)現在僅(jin)有氧(yang)的(de)(de)條件(jian)(jian)下(xia)能發(fa)生(sheng)同步硝化(hua)(hua)反硝化(hua)(hua)除(chu)磷，且(qie)是該系(xi)統主(zhu)要的(de)(de)污(wu)染物去除(chu)途徑。

隨著(zhu)城鎮人(ren)口(kou)的(de)(de)不斷增加(jia)，污水處(chu)理廠面(mian)臨(lin)著(zhu)在有限(xian)的(de)(de)占(zhan)地(di)面(mian)積(ji)內提高(gao)出水水質、增加(jia)處(chu)理量并降低(di)能耗(hao)的(de)(de)巨(ju)大(da)挑戰。好(hao)氧(yang)顆(ke)粒污泥(ni)(ni)的(de)(de)沉降速度顯著(zhu)快于(yu)活(huo)性(xing)污泥(ni)(ni)，能同步去(qu)除碳(tan)、氮和磷。相比于(yu)傳統活(huo)性(xing)污泥(ni)(ni)工(gong)藝(yi)(yi)，好(hao)氧(yang)顆(ke)粒污泥(ni)(ni)工(gong)藝(yi)(yi)能減少(shao)多達(da)75%的(de)(de)占(zhan)地(di)面(mian)積(ji)和高(gao)達(da)63%的(de)(de)能耗(hao)。然(ran)而，目前好(hao)氧(yang)顆(ke)粒污泥(ni)(ni)工(gong)藝(yi)(yi)僅成功應用于(yu)序批式(shi)反(fan)應器(qi)，連(lian)續流模式(shi)下(xia)的(de)(de)好(hao)氧(yang)顆(ke)粒化尚未取得突(tu)破性(xing)進展。

該研(yan)究將一種(zhong)微(wei)氧-好氧耦合沉淀反應(ying)器應(ying)用于升級設計規(gui)模為(wei)2.5×104m3/d的(de)活性污(wu)(wu)泥(ni)(ni)工藝。結果表明，啟動1個月(yue)后，接(jie)種(zhong)的(de)絮(xu)(xu)狀(zhuang)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)逐漸轉變(bian)為(wei)顆(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)。在(zai)穩定(ding)運(yun)行階段(duan)，污(wu)(wu)泥(ni)(ni)平均粒(li)徑由(you)31.9μm增大至138.5μm，粒(li)徑>200μm的(de)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)占比由(you)0增加(jia)至28.9%，平均污(wu)(wu)泥(ni)(ni)容積指(zhi)數（SVI30）為(wei)51.4mL/g；出水化(hua)學需氧量(liang)（COD）、NH4+-N和總氮（TN）的(de)第95百分位濃度(du)分別(bie)(bie)為(wei)35.0mg/L、1.2mg/L和13.3mg/L；顆(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)中(zhong)反硝化(hua)除(chu)磷(lin)菌（DPAOs）富(fu)集，豐度(du)達3.29%，分別(bie)(bie)是接(jie)種(zhong)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)和絮(xu)(xu)狀(zhuang)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)中(zhong)的(de)7.3倍(bei)和10.3倍(bei)。

研究(jiu)(jiu)發現，微(wei)氧(yang)(yang)池(chi)對(dui)NH4+-N、TN和總磷(lin)（TP）的(de)(de)(de)去除(chu)(chu)率分別占(zhan)平均(jun)進水日負荷的(de)(de)(de)78%、83%和93%，而好氧(yang)(yang)池(chi)的(de)(de)(de)貢獻率僅為21%、3%和0%（圖1）。研究(jiu)(jiu)通過(guo)動力學模(mo)型模(mo)擬了(le)底物和溶(rong)解(jie)(jie)氧(yang)(yang)在顆(ke)粒(li)(li)中滲透(tou)的(de)(de)(de)過(guo)程（圖2）。結果表(biao)(biao)明，溶(rong)解(jie)(jie)氧(yang)(yang)（DO）濃度沿顆(ke)粒(li)(li)半徑(jing)迅速下(xia)(xia)降，導致了(le)缺氧(yang)(yang)/厭氧(yang)(yang)內層(ceng)的(de)(de)(de)形成（除(chu)(chu)了(le)半徑(jing)為25μm、DO濃度為0.5mg/L和底物為36.7mg/L的(de)(de)(de)情況）。這表(biao)(biao)明，盡管(guan)連(lian)續流模(mo)式下(xia)(xia)培養的(de)(de)(de)污(wu)泥粒(li)(li)徑(jing)相對(dui)較小(xiao)，但在微(wei)氧(yang)(yang)池(chi)中低(di)溶(rong)解(jie)(jie)氧(yang)(yang)濃度條件下(xia)(xia)，分層(ceng)現象仍然存(cun)在，即粒(li)(li)徑(jing)在100μm~200μm之間的(de)(de)(de)小(xiao)顆(ke)粒(li)(li)（占(zhan)比(bi)超過(guo)65%）也(ye)可以充分形成好氧(yang)(yang)外層(ceng)和缺氧(yang)(yang)/厭氧(yang)(yang)內層(ceng)，從而實現同步去除(chu)(chu)碳、氮和磷(lin)。

圖1 (a) COD、（b) NH4+-N、(c) TN和(d) TP的質(zhi)量衡算(suan)

圖(tu)2 微氧池(chi)中(zhong)(zhong)半徑為(a) 25μm、(b) 50μm、(c) 75μm和(d) 100μm的污泥中(zhong)(zhong)DO和COD的分(fen)布

傳(chuan)統的(de)(de)生(sheng)物除磷方法要求將電子供體(ti)和(he)電子受體(ti)進行(xing)厭氧和(he)好氧條(tiao)件(jian)的(de)(de)物理分離(li)。然而，文章發現的(de)(de)微氧池(chi)連續(xu)曝(pu)氣(qi)條(tiao)件(jian)下的(de)(de)生(sheng)物除磷過程，卻打破了這一傳(chuan)統觀念(nian)。

研(yan)究通(tong)(tong)過計算流體(ti)(ti)動力(li)(li)(li)學-群體(ti)(ti)平衡模型和COD降(jiang)解曲線發(fa)現微氧(yang)(yang)-好(hao)(hao)(hao)氧(yang)(yang)耦合(he)沉淀(dian)反應器構型為顆(ke)粒化提供了(le)必(bi)要的(de)(de)(de)水力(li)(li)(li)剪切力(li)(li)(li)和豐盛(sheng)-饑餓(e)條(tiao)件(jian)，并(bing)提出了(le)微氧(yang)(yang)-好(hao)(hao)(hao)氧(yang)(yang)耦合(he)沉淀(dian)反應器內的(de)(de)(de)顆(ke)粒化機(ji)理（圖3）。階(jie)段(duan)(duan)I：顆(ke)粒污(wu)泥(ni)前體(ti)(ti)形(xing)(xing)成(cheng)階(jie)段(duan)(duan)，機(ji)理是基(ji)于剪切的(de)(de)(de)聚(ju)集生長(chang)，在(zai)(zai)好(hao)(hao)(hao)氧(yang)(yang)池(chi)(chi)中，水流和曝氣形(xing)(xing)成(cheng)良好(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)混合(he)條(tiao)件(jian)，增加了(le)微生物(wu)的(de)(de)(de)隨機(ji)運動和碰撞，逐(zhu)漸形(xing)(xing)成(cheng)聚(ju)集體(ti)(ti)，即顆(ke)粒污(wu)泥(ni)的(de)(de)(de)前體(ti)(ti)；階(jie)段(duan)(duan)II：選擇(ze)性培養功(gong)能(neng)微生物(wu)階(jie)段(duan)(duan)，當污(wu)泥(ni)回流到(dao)基(ji)質(zhi)濃度相(xiang)對較高，即豐盛(sheng)的(de)(de)(de)微氧(yang)(yang)池(chi)(chi)后，慢速生長(chang)的(de)(de)(de)微生物(wu)如(ru)聚(ju)磷菌(jun)（PAOs）、DPAOs在(zai)(zai)有(you)利的(de)(de)(de)選擇(ze)壓下(xia)(xia)富集生長(chang)；階(jie)段(duan)(duan)III：循(xun)環(huan)往復的(de)(de)(de)成(cheng)熟(shu)階(jie)段(duan)(duan)，通(tong)(tong)過在(zai)(zai)缺氧(yang)(yang)和好(hao)(hao)(hao)氧(yang)(yang)環(huan)境條(tiao)件(jian)下(xia)(xia)（不同基(ji)質(zhi)濃度條(tiao)件(jian)和剪切力(li)(li)(li)）循(xun)環(huan)，好(hao)(hao)(hao)氧(yang)(yang)顆(ke)粒污(wu)泥(ni)前體(ti)(ti)不斷生長(chang)，在(zai)(zai)好(hao)(hao)(hao)氧(yang)(yang)池(chi)(chi)水力(li)(li)(li)剪切力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)作用下(xia)(xia)，初(chu)始的(de)(de)(de)顆(ke)粒污(wu)泥(ni)變得(de)更(geng)加規(gui)則和致密，形(xing)(xing)成(cheng)功(gong)能(neng)成(cheng)熟(shu)的(de)(de)(de)好(hao)(hao)(hao)氧(yang)(yang)顆(ke)粒污(wu)泥(ni)。

圖3 顆粒(li)化(hua)機理(li)

聲明：本(ben)文(wen)轉自(zi)中國給(gei)水(shui)排水(shui)，第一(yi)作者(zhe)(zhe)余誠，通訊(xun)作者(zhe)(zhe)王凱軍(jun)，本(ben)文(wen)版權歸原(yuan)作者(zhe)(zhe)所有，不(bu)代表本(ben)網(wang)站觀點，僅(jin)供學習交流之(zhi)用，不(bu)做商業(ye)用途(tu)。如文(wen)中的內容、圖(tu)片(pian)、音頻(pin)、視頻(pin)等存在第三方的在先知識產權，請及時聯系我們刪除。