研究簡(jiǎn)介:好氧顆粒污泥被認為是最有前途的廢水生物處理方法之一。它在緊密的微生物結構、沉降能力、生物量保持、允許在單個(gè)顆粒。但大顆粒的過(guò)度生長(cháng)會(huì )削弱顆粒的穩定性，導致反應器失效，限制了該方法的應用。顆粒污泥中的極限氧濃度有利于厭氧微生物的形成微生物，其通過(guò)產(chǎn)生酸性產(chǎn)物來(lái)降低pH。水力剪切力通過(guò)增強顆粒表面的沖蝕和剝離作用，是控制顆粒長(cháng)大的有效途徑。水力剪切應力的強度通常通過(guò)更強的曝氣強度或更高的高度與直徑比（H/D）。然而高H/D比不能用于全規模工廠(chǎng)，而提高曝氣強度會(huì )導致額外的運行成本。此外，強的水力剪切應力導致較小的粒度分布，導致SND效果和TN去除效率不足。從反應器性能和穩定性?xún)煞矫婵紤]，優(yōu)化顆粒粒徑的策略值得研究。以往的研究表明，微生物選擇壓可以提高好氧顆粒污泥的穩定性?？s短污泥停留時(shí)間（SRT）可促進(jìn)SBR中聚磷生物（PAOs）對絲狀菌的競爭優(yōu)勢）。有研究人員通過(guò)去除SBR上部的生物量來(lái)抑制絲狀菌膨脹。乙酸鈉與琥珀酸混合用于平衡聚磷菌/糖原菌（PAOs/GAOs）的競爭。然而優(yōu)化顆粒尺寸分布的有效策略仍是未知的。本研究采用高度可調進(jìn)水策略，通過(guò)微生物選擇壓力優(yōu)化顆粒粒徑分布，主要目的是：（1）通過(guò)氧傳質(zhì)和顆粒強度分析確定顆粒的最佳粒徑范圍;（2）考察高度可調進(jìn)水策略對顆粒粒徑分布的影響;（3微生物群落結構，和iii）探索選擇性壓力對尺寸優(yōu)化和顆粒穩定性的機制。

Unisense微電極系統的應用

采用微電極剖面系統測定好氧顆粒污泥中的溶解氧濃度。微電極剖面系統是由微電極（OX 10-16，076，Unisense，丹麥）和皮安計組成。微電極法測定顆粒污泥中的溶解氧濃度是在好氧階段結束時(shí)進(jìn)行的。

實(shí)驗結果

優(yōu)化顆粒粒徑分布是反應器運行的關(guān)鍵。R2中顆粒的不受控制的生長(cháng)導致絲狀菌膨脹，反應器在運行73天后惡化。推測強烈的剪切應力侵蝕了顆粒的外層，使反應器的性能下降。黃桿菌屬的暴露，這降低了黃桿菌屬的相對豐度。進(jìn)水高度可調有利于PHB在最佳粒徑范圍內的儲存，限制了顆粒的過(guò)度生長(cháng)，使87.51%的顆粒處于最佳粒徑范圍內，提高了顆粒的去除率污染物去除效率和反應器穩定性。

圖1、展示實(shí)驗條件和子實(shí)驗相互關(guān)系的概念圖。(a)不定根形成的表型作為對部分淹沒(méi)的反應和目標基因型的選擇。(b)nil12的解剖和生理特征。(c)基因表達對存在或不存在機械阻抗的響應。(d)數據類(lèi)型、目標組織和數據表示。AR=不定根;NIL=近等基因系。

圖2、污水處理反應器運行30天后，有碳源（a、c和e）和無(wú)碳源（b、d和f）的R3顆粒內部的DO分布和缺氧區。*紅區為高DO區，藍區為低DO區，缺氧區（DO〈0.3mg·L-1）為低DO區?1）被粉紅色曲線(xiàn)包圍。結果表明，由于顆粒污泥內部孔道和孔隙結構的影響，DO在顆粒污泥中呈明顯的非各向同性分布。

圖3、三個(gè)污水處理反應器反應器運行53天(a)和166天(b)后運行周期的溶氧剖面圖。

圖4、污水處理反應器運行30天后，R3污泥顆粒中直徑為1500-2000μm（a）、2000-2500μm（B）、2500-3000μm（c）和3000-3500μm（d）的顆粒的水力剪切應力試驗。2300 s后?1在水力剪切力作用下，粒徑為1500-2000μm、2000-2500μm和2500-3000μm的顆粒分布峰略有左移，粒徑分布無(wú)明顯變化。而在高水力剪切力下，粒徑小于3000μm的顆粒保持完整，表明顆粒強度相對較強。

圖5、進(jìn)水期間（第60天）R3污泥層中COD和PHB的動(dòng)力學(xué)。進(jìn)水期間，進(jìn)水附近COD濃度迅速上升，而遠離進(jìn)水處的COD濃度由于擴散阻力的影響略有上升。

結論與展望

顆粒粒徑分布的優(yōu)化對反應器的性能和穩定性都至關(guān)重要，在本研究中研究人員基于DO約8.0mg/L時(shí)形成的顆粒，從傳質(zhì)和顆粒穩定性的角度提出了1800~3000μm的最佳粒徑范圍。在進(jìn)水COD：N：P=100：5：1的條件下，采用可調節進(jìn)水高度的進(jìn)水策略，通過(guò)微生物選擇壓力使顆粒污泥在最佳粒徑范圍內儲存營(yíng)養鹽。結果表明，水力剪切力不足會(huì )導致顆粒污泥的過(guò)度生長(cháng)，高豐度的絲狀菌（硫絲菌屬在較大顆粒污泥中發(fā)現了大量的硝化反硝化細菌，這些細菌會(huì )脫落并影響剩余顆粒污泥，導致嚴重的污泥膨脹;在較大的水力剪切力作用下，顆粒污泥的失控生長(cháng)受到抑制，但同時(shí)硝化反硝化細菌的數量較少（SND）細菌，這導致不利的SND效應和總氮高度可調進(jìn)水策略促進(jìn)了聚-β-羥基丁酸酯的去除（PHB）在最佳粒徑范圍內儲存顆粒，同時(shí)限制顆粒尺寸的過(guò)度生長(cháng)。此外，超過(guò)87.51%的總顆粒位于最佳粒徑范圍內。SND菌群數量增加，TN去除率提高。