Research progress on influencing factors and application of continuous flow aerobic granular sludge

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0220

Abstract

Abstract:

The most widely used process for biological treatment in wastewater treatment plants in China is activated sludge method. However， it has the problem of occupying large site area. With the accelerated urbanization， land use is increasingly restricted. Researchers have investigated new wastewater treatment technologies. Continuous flow aerobic granular sludge technology is considered one of the most promising biological treatment technologies for wastewater. The cultivation method and formation mechanism of continuous flow aerobic granular sludge were briefly discussed， focusing on the effects of factors such as hydraulic stress， HRT， microbial satiation-starvation period， reactor configuration and operation mode on sludge granulation and stability in continuous flow systems. The treatment effects of the technology on benzyl chloride wastewater， domestic wastewater， berberine wastewater and dairy wastewater were presented， and the current technical gaps of the technology were discussed. Finally， the future research focus of continuous flow aerobic granular sludge technology was proposed.

Key words: continuous flow, aerobic granular sludge, cultivation method, wastewater treatment

摘要：

我国污水处理厂对污废水进行生物处理时应用最广泛的工艺是活性污泥法。但该工艺存在占地面积大的问题，而随着城市化进程的加快，土地使用越来越受到限制。学者们对新型污水处理技术进行了研究。连续流好氧颗粒污泥技术被认为是最具潜力的污水生物处理技术之一。简要论述了连续流好氧颗粒污泥的培养方法与形成机制，重点综述了连续流系统中，水力剪切力、HRT、微生物饱食-饥饿期、反应器构型及运行方式等因素对污泥颗粒化及稳定性的影响，介绍了该技术对氯化苄生产废水、实际生活污水、黄连素废水、乳制品废水等污废水的处理效果，并对该技术目前存在的技术差距进行讨论，最后指出连续流好氧颗粒污泥技术未来的研究重点。

关键词: 连续流, 好氧颗粒污泥, 培养方法, 污废水处理

CLC Number:

X703
TU992.3

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Figures/Tables 6

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进水基质	接种污泥类型	连续流反应器类型	反应器容积/L	培养控制条件	颗粒污泥理化性质	参考文献
人工配水	厌氧颗粒污泥	连续流完全混合反应器CSTR	17	HRT在8 h左右， DO为2 mg/L，碳氮比为6~8	平均粒径1.5~2.5 mm，氨氮、COD去除率达到82%及 94%以上	〔12〕
真实低强度废水	活性污泥	双沉淀连续流反应器CFR-TST	26.8	HRT为18 h，OLR为0.16 kg/（m³·d），选择压力逐渐增加	平均粒径1.05 mm， SVI为26 mL/g，对有机物去除率较低	〔13〕
人工配水	厌氧颗粒污泥	连续流好氧颗粒膜生物反应器AGS-MBR	20	HRT为18 h，引入生物载体形成稳定纵向循环	结构紧凑、形状清晰，氨氮、COD去除率分别＞85%、90%	〔14〕
人工配水	成熟AGS+活性污泥	连续流双柱循环好氧颗粒反应器DCCAGR	18	HRT为4 h， OLR为6 kg/（m³·d）高水力剪切力表面气速为1.2 cm/s	平均粒径1.2 mm，COD、氨氮、TP去除率分别在97%、90%、87%	〔15〕
混合污水	厌氧污泥	改进厌氧折流板反应器ABR-CSTR	110	HRT逐步由2. 0 h 缩短至0. 75 h，有机负荷提高	平均粒径为0. 58 mm，对COD、氨氮、TP、TN的去除率分别在90%、80%、65%、45%左右	〔16〕
人工配水	除磷颗粒污泥	连续流反应器CFR	24	HRT为6 h，污泥回流比50%， DO为2~5 mg/L，温度在（22±3） ℃	成熟AGS对COD、TP去除率分别为96.5%、98.5%	〔17〕
市政污水	活性污泥	改进的气举回路反应器AG-RPIR	31	HRT为10.8 h，动态进水，上升流速为2.88 cm/s	颗粒生长到2~4 mm，对COD、TP、TN去除率分别在89.4%、87.9%、89.1%	〔18〕
混合污水	成熟AGS	连续流颗粒自形成动态膜生物反应器CGSFDMBR	35	HRT为13 h， DO在2~3 mg/L，温度在20~25 ℃	平均粒径为0.1~1.0 mm，对COD、氨氮、TN、TP去除率分别为83.3%、73.3%、67.3%、60%	〔19〕

进水基质	接种污泥类型	连续流反应器类型	反应器容积/L	培养控制条件	颗粒污泥理化性质	参考文献
人工配水	厌氧颗粒污泥	连续流完全混合反应器CSTR	17	HRT在8 h左右， DO为2 mg/L，碳氮比为6~8	平均粒径1.5~2.5 mm，氨氮、COD去除率达到82%及 94%以上	〔12〕
真实低强度废水	活性污泥	双沉淀连续流反应器CFR-TST	26.8	HRT为18 h，OLR为0.16 kg/（m³·d），选择压力逐渐增加	平均粒径1.05 mm， SVI为26 mL/g，对有机物去除率较低	〔13〕
人工配水	厌氧颗粒污泥	连续流好氧颗粒膜生物反应器AGS-MBR	20	HRT为18 h，引入生物载体形成稳定纵向循环	结构紧凑、形状清晰，氨氮、COD去除率分别＞85%、90%	〔14〕
人工配水	成熟AGS+活性污泥	连续流双柱循环好氧颗粒反应器DCCAGR	18	HRT为4 h， OLR为6 kg/（m³·d）高水力剪切力表面气速为1.2 cm/s	平均粒径1.2 mm，COD、氨氮、TP去除率分别在97%、90%、87%	〔15〕
混合污水	厌氧污泥	改进厌氧折流板反应器ABR-CSTR	110	HRT逐步由2. 0 h 缩短至0. 75 h，有机负荷提高	平均粒径为0. 58 mm，对COD、氨氮、TP、TN的去除率分别在90%、80%、65%、45%左右	〔16〕
人工配水	除磷颗粒污泥	连续流反应器CFR	24	HRT为6 h，污泥回流比50%， DO为2~5 mg/L，温度在（22±3） ℃	成熟AGS对COD、TP去除率分别为96.5%、98.5%	〔17〕
市政污水	活性污泥	改进的气举回路反应器AG-RPIR	31	HRT为10.8 h，动态进水，上升流速为2.88 cm/s	颗粒生长到2~4 mm，对COD、TP、TN去除率分别在89.4%、87.9%、89.1%	〔18〕
混合污水	成熟AGS	连续流颗粒自形成动态膜生物反应器CGSFDMBR	35	HRT为13 h， DO在2~3 mg/L，温度在20~25 ℃	平均粒径为0.1~1.0 mm，对COD、氨氮、TN、TP去除率分别为83.3%、73.3%、67.3%、60%	〔19〕

进水基质	反应器容积/L	接种污泥	处理效果	优点	缺点	文献
氯化苄废水	25	成熟AGS	COD、TN去除率分别在90%、80%左右	AGS结构稳定，处理效果较好	驯化后的AGS活性降低，同时AGS作为稀缺资源大量接种不经济	〔45〕
实际生活污水	4.3	絮状污泥+硝化菌TN-14	COD、氨氮、TN、TP去除率分别为83%、91%、69%、65%	系统对有机物的去除率较高，TN-14适应污水能力及反硝化能力强	温度降低出现丝状菌膨胀，导致污泥结构松散，浓度下降	〔46〕
黄连素废水	60	活性污泥	COD、氨氮、黄连素去除率分别在90%、95%、99%以上	反应器运行稳定，抗冲击能力强，去除效率较高	运行的生物膜反应器通常极易出现膜阻塞问题，且生物膜容易脱落，导致出水含有污泥	〔47〕
乳制品废水	10	成熟AGS	COD、氨氮、TN去除率分别为87%、91%、80%左右	反应器启动时间快，有机物去除率较高	混合液中出现絮状污泥，导致出水悬浮固体浓度较高	〔48〕
市政污水	5.6	絮状污泥	COD去除率为75%，出水COD维持在70 mg/L左右	反应器启动时间短，出水水质稳定，抗冲击能力强	运行32 d后丝状菌生长发生污泥膨胀	〔33〕
实际生活废水	128	活性污泥	COD、氨氮去除率分别约为89%、99%	有利于现有污水设施改造，适应季节性温度变化	出水总悬浮固体量高，需要额外设置二级处理或设置澄清池	〔30〕
市政污水	180	活性污泥	COD、TN、TP去除率分别为89.4%、89.1%、87.9%	反应器结构简单，有机物降解效率高	动态进水策略比较复杂	〔18〕
生活污水	140	脱水污泥	COD、氨氮、TN去除率分别为88%、92%、22%左右	快速造粒，节能、环保，有可能全面实施	采用连续曝气，导致TN去除率较低、能耗高	〔9〕
乙二醇工业废水	25	成熟AGS	COD、氨氮去除率分别为91%、95%左右，出水乙二醇浓度低于检测限	降解实际工业乙二醇废水的潜力	COD＞9 000 mg/L时，乙二醇的毒性会导致AGS解体	〔49〕

进水基质	反应器容积/L	接种污泥	处理效果	优点	缺点	文献
氯化苄废水	25	成熟AGS	COD、TN去除率分别在90%、80%左右	AGS结构稳定，处理效果较好	驯化后的AGS活性降低，同时AGS作为稀缺资源大量接种不经济	〔45〕
实际生活污水	4.3	絮状污泥+硝化菌TN-14	COD、氨氮、TN、TP去除率分别为83%、91%、69%、65%	系统对有机物的去除率较高，TN-14适应污水能力及反硝化能力强	温度降低出现丝状菌膨胀，导致污泥结构松散，浓度下降	〔46〕
黄连素废水	60	活性污泥	COD、氨氮、黄连素去除率分别在90%、95%、99%以上	反应器运行稳定，抗冲击能力强，去除效率较高	运行的生物膜反应器通常极易出现膜阻塞问题，且生物膜容易脱落，导致出水含有污泥	〔47〕
乳制品废水	10	成熟AGS	COD、氨氮、TN去除率分别为87%、91%、80%左右	反应器启动时间快，有机物去除率较高	混合液中出现絮状污泥，导致出水悬浮固体浓度较高	〔48〕
市政污水	5.6	絮状污泥	COD去除率为75%，出水COD维持在70 mg/L左右	反应器启动时间短，出水水质稳定，抗冲击能力强	运行32 d后丝状菌生长发生污泥膨胀	〔33〕
实际生活废水	128	活性污泥	COD、氨氮去除率分别约为89%、99%	有利于现有污水设施改造，适应季节性温度变化	出水总悬浮固体量高，需要额外设置二级处理或设置澄清池	〔30〕
市政污水	180	活性污泥	COD、TN、TP去除率分别为89.4%、89.1%、87.9%	反应器结构简单，有机物降解效率高	动态进水策略比较复杂	〔18〕
生活污水	140	脱水污泥	COD、氨氮、TN去除率分别为88%、92%、22%左右	快速造粒，节能、环保，有可能全面实施	采用连续曝气，导致TN去除率较低、能耗高	〔9〕
乙二醇工业废水	25	成熟AGS	COD、氨氮去除率分别为91%、95%左右，出水乙二醇浓度低于检测限	降解实际工业乙二醇废水的潜力	COD＞9 000 mg/L时，乙二醇的毒性会导致AGS解体	〔49〕

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