好氧颗粒污泥.ppt

1、,好氧颗粒污泥研 究 现 状,水污染控制生物强化新技术,2008年12月,四川大学建筑与环境学院 杨 平,提 纲,一、引言 二、实验室收获得的颗粒污泥照片 三、好氧颗粒污泥特征 四、获得颗粒污泥的反应器 五、影响好氧污泥颗粒化的因素 六、颗粒污泥微生物结构与种群 七、好氧污泥颗粒化机理 八、好氧颗粒污泥的可能应用方面 九、需要研究的主要方面,一、引 言,好氧处理长期以来是以两种方式进行，一种是微生物的悬浮生长，如活性污泥及其改进工艺；另一种是生物膜法，即微生物固定于载体上形成生物膜。好氧颗粒污泥是微生物“自絮凝”(self-immobilization of microoganisms)的新方

2、式，好氧颗粒污泥的形成对废水生物处理具有重大的理论和实际意义。,一、引 言,活性污泥法： 曝气池中的污泥浓度低,容易产生大量的剩余污泥; 同时反应器容积负荷较低； 体积庞大,抗冲击负荷能力弱; 极易引起丝状菌大量生长,导致污泥膨胀,处理效率下降,甚至引起处理工艺瘫痪。 活好氧颗粒污泥： 沉降性好、生物量大； 降低了对污泥沉淀系统的要求,减少了剩余污泥的排放。 好氧颗粒污泥不仅能承受高的有机负荷,而且集不同性质微生物(好氧、兼氧和厌氧微生物) 于一体,因此它具有脱氮功能。,一、引 言,历史：好氧颗粒污泥的提出并研究始于20世纪90年代初期(Mishima K,1991;Shin H S,1992

3、) ，最初采用的反应器是纯氧上流式好氧污泥床。国内清华大学周律博士发表了第一篇介绍好氧颗粒污泥的论文(1995)：“好氧颗粒污泥的形成和技术条件”。国外较多的研究始于1997年后，Morgenroth(荷兰)等人采用污水处理厂的活性污泥接种，在SBR反应器中真培养出好氧颗粒污泥，随后国外新加坡（刘雨）、荷兰、德国、法国、日本等进行了研究。国内：清华大学、中国科技大学、湖南大学、江南大学、西安建筑科技大学、浙江大学、四川大学等等进行了研究。清华大学竺建荣博士(1999.3环境科学)或者是西安建筑科技大学Peng Dangcong(1999.3Wat Res)发表了第一篇国内的研究论文。,二、颗粒

4、污泥照片,Morgenroth(1997)用SBR115天运行获得的一颗污泥照片,好氧颗粒污泥因难于形成，现处于实验室阶段，不同的研究者在不同的条件下获得了品质不同的好氧颗粒污泥。,bar = 2.1mm,J. J. HEIJNEN(荷兰，1999),二、颗粒污泥照片,bar = 1mm,J. J. HEIJNEN(荷兰，2002),二、颗粒污泥照片,63天,bar = 1mm,J. J. HEIJNEN(荷兰，2005),二、颗粒污泥照片,J. J. HEIJNEN(荷兰，2005),二、颗粒污泥照片,The layered structure of the granule,FISH -荧光

5、免疫原位杂交,PENG DANGCONG西安建筑科技大学（1999）,granular sludge,二、颗粒污泥照片,granular sludge,PENG DANGCONG西安建筑科技大学（1999）,二、颗粒污泥照片,granular sludge,PENG DANGCONG（法国）西安建筑科技大学（1999）,二、颗粒污泥照片,granular sludge,Yu Liu（新加坡）（2002）,二、颗粒污泥照片,granular sludge,Yu Liu（新加坡）（2004）,二、颗粒污泥照片,bar = 1 mm,granular sludge,Schwarzenbeck（德国）

6、（2004）,二、颗粒污泥照片,Malting Wastewater（SBR）,二、颗粒污泥照片,曾光明湖南大学，2003,二、颗粒污泥照片,曾光明湖南大学，2005,张晓健清华大学，2001,二、颗粒污泥照片,SND 好氧颗粒污泥？,颗粒污泥外部,颗粒污泥内部,陈 坚江南大学，2003,二、颗粒污泥照片,Satoshi Tsuneda（日本）2003,二、颗粒污泥照片,Satoshi Tsuneda（日本）2003,二、颗粒污泥照片,Satoshi Tsuneda（日本）2003,Yellow part: ammoniaoxidizing bacteria,Red part: other b

7、acteria detected by EUB338 probe.,二、颗粒污泥照片,FISH,二、颗粒污泥照片,Phenol granule cultivated in sequential batch reactor with synthetic wastewater containing 250 mg L1 phenol, stained for all EPS components proteins (green): FITC;B lipids (yellow): Nile red; C total cells (red): SYTO 63; D dead cells (violet)

8、: Sytox blue; E -polysaccharide (light blue): Con A rhodamine; F -polysaccharide (Blue):calcofluor white and individual images were merged together.,FISH,二、颗粒污泥照片,TEM images showing the interactions of the strains,二、颗粒污泥照片,陈坚江南大学(2004),bar = 2 m,Microscopy images of mature granulesafter 120 days ope

9、ration.,陈坚江南大学(2004),二、颗粒污泥照片,SEM of the granules surfacebar = 11 m,陈坚江南大学(2004),二、颗粒污泥照片,SEM of the granule interior, bar = 4 m,陈坚江南大学(2004),二、颗粒污泥照片,Mature granule observed by (a) optical microscopy and by (b) SEM. The surface of the granular microstructure is observed by SEM (c) and (d).,二、颗粒污泥照片

10、,Am Jang, 2003 ，USA,二、颗粒污泥照片,Am Jang, 2003 ，UAS,The distribution of AOB in an artificially cultured granule after in situdouble hybridization with FITC-labeled probe EUB338.(green) and Cy3-labeled probe Nsm156 (red). The scale bar shown on the figure is 200 mm; magnification is 400/. The figures (a)

11、 and(b) magnified to produce the figures (c) and (d) areindicated with a white box.,USA,二、颗粒污泥照片,FISH,Schematic representation of the inert nuclei model.,USA,二、颗粒污泥照片,FISH,FISH,二、颗粒污泥照片,Am Jang a,二、颗粒污泥照片,二、颗粒污泥照片,Yarlagadda V. Nancharaiah-India(2008),Xiao-yan Lia(2008)- The University of Hong Kong,

12、二、颗粒污泥照片,Sunil S. Adava- Taiwan（2008）,二、颗粒污泥照片,稳定性研究,Sunil S. Adava- Taiwan（2008）,二、颗粒污泥照片,稳定性研究,Lydia Balest- Italy（2008）,二、颗粒污泥照片,实验装置,清华大学王建龙等(2004)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化,二、颗粒污泥照片,清华大学王建龙等(2004)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化,二、颗粒污泥照片,清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化,Anaerobic granule used as seeder,二、颗粒污泥照片,清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向

13、好氧颗粒污泥转化,after 1 week,二、颗粒污泥照片,清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化,after 2 week,二、颗粒污泥照片,清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化,after 3 weeks,二、颗粒污泥照片,清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化,after 5 weeks,二、颗粒污泥照片,清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化,after 5 weeks,二、颗粒污泥照片,清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化,二、颗粒污泥照片,清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化,二

14、、颗粒污泥照片,清华大学王建龙等(2005)厌氧颗粒向好氧颗粒污泥转化,二、颗粒污泥照片,竺建荣 (北京师范大学环境学院) (2008),二、颗粒污泥照片,二、颗粒污泥照片,俞汉青 -中国科学技术大学化学 与材料科学学院(2008),钙盐在颗粒污泥中的分布,二、颗粒污泥照片,Shu-Guang Wang -山东大学(2007),Brewery wastewater,俞汉青 -中国科学技术大学化学 与材料科学学院(2007),二、颗粒污泥照片,俞汉青 -中国科学技术大学化学 与材料科学学院(2008),二、颗粒污泥照片,俞汉青 -中国科学技术大学化学 与材料科学学院(2008),The pilo

15、t-scale (1m3) SBR reactor for cultivating aerobic granules with low-strength municipal wastewater in Zhuzhuanjing WWTP. The photograph shows the upper compartment (Plexglas), as well as the lower compartment (steel). The left schematic picture shows the SBR reactor configuration and flow chart.,COD

16、：200 mg/ L,working volume of 1m3 with an internal diameter of 0.5m and a height of 6 m,二、颗粒污泥照片,俞汉青 -中国科学技术大学化学 与材料科学学院(2008),二、颗粒污泥照片,俞汉青 -中国科学技术大学化学 与材料科学学院(2008),二、颗粒污泥照片,俞汉青 -中国科学技术大学化学 与材料科学学院(2008),二、颗粒污泥照片,王晓昌(西安建筑科技大学2008),不同含盐条件下好氧颗粒污泥形态观察,清华大学文湘华等,2004,好氧颗粒污泥核心,二、颗粒污泥照片,好氧颗粒污泥,CAI Chun-gua

17、ng(2004)上海交大,二、颗粒污泥照片,好氧颗粒污泥,Yao Chen(2008)四川大学,二、颗粒污泥照片,好氧颗粒污泥,Yao Chen(2008)四川大学,二、颗粒污泥照片,好氧颗粒污泥 DGGE： 变性梯度凝胶电泳 -一种DNA检测技术,Yao Chen(2008)四川大学,二、颗粒污泥照片,好氧颗粒污泥 去除COD，N,Shu-Fang Yang, Joo-Hwa Tay(2007)新加坡Nanyang Technological University,二、颗粒污泥照片,Yong-Qiang Liu , Joo-Hwa Tay(2007)新加坡Nanyang Technologi

18、cal University,二、颗粒污泥照片,Yong-Qiang Liu , Joo-Hwa Tay(2007)新加坡Nanyang Technological University,二、颗粒污泥照片,好氧颗粒污泥颗径分布,二、颗粒污泥照片,三、好氧颗粒污泥特征,好氧颗粒污泥外观一般为橙黄色,圆形或椭圆形. 成熟的好氧颗粒污泥有光滑的表面。 与普通的絮状污泥相比，好氧颗粒污泥的理化特征 如下：,三、好氧颗粒污泥特征,好氧颗粒污泥的沉降性能,四、获得好氧颗粒污泥的反应器,日前，可获得好氧颗粒污泥的反应器有四种（或三种）：SBR、SBAR、AUFB、BASRSBR Sequencing Bat

19、ch Reactor(塔式)SBAR Sequencing Batch Airlift ReactorAUFB aerobic up fluidized bed (日本)BASR Biofilm Airlift Suspension Reactor,四、获得好氧颗粒污泥的反应器,三种反应器中颗粒污泥的特性,五、影响好氧颗粒化因素,Substrate composition Organic loading rate 2.5 to 15 kgCOD/m3 .d Hydrodynamic shear force Settling time Hydraulic retention time Aerob

20、ic starvation Presence of calcium ion in feed Intermittent feeding strategy Dissolved oxygen, pH and temperature Seed sludge Reactor configuration Inhibition to aerobic granulation,五、影响好氧颗粒化因素,六、颗粒污泥微生物结构与种群,Microbial structureConfocal laser-scanning microscopy (CLSM)Microbial diversity molecular bi

21、otechnologyMicrobial diversity of aerobic granules has been studied by molecular biotechnology Techniques. Heterotrophic, nitrifying, denitrifying, P-accumulating bacteria, and glycogen- accumulating bacteria have been identified in aerobic granules developed under different conditions. The microbia

22、l diversity of aerobic granules is closely related to the composition of culture media, in which they are developed andstructure of aerobic granules.,六、颗粒污泥结构与微生物种群,颗粒主要由细菌组成，含有部分丝状菌。 颗粒本身的生物相极其丰富,主要是形态各异的细菌,有球菌、长短不一的杆菌等。 在较大的好氧颗粒污泥颗粒表面和周围还存在大量的原生、后生动物,附着生长大量钟虫,如等枝虫等。 如：Peng 等观察到颗粒污泥主要由杆状细菌组 成，其端部朝向

23、颗粒中心，并无丝状菌的存在。Morgenroth 等发现好氧颗粒污泥由结合着细菌的酵母构成，构成丝状结构的酵母主要为Geotrichum sp.,七、好氧颗粒化机理,For bacteria to form aerobic granules a number of conditions need to be met and the physical, chemical, and biological forces contributing to granulation need to be viewed in combination.,七、好氧颗粒化机理,刘雨模型： Step 1. Physi

24、cal movement to initiate bacterium-tobacterium contact. Step 2. Stabilization of the multicell contacts resulting from the initial attractive forces. Step 3. Maturation of cell aggregation through production of extracellular polymer, growth of cellular clusters, metabolic change, environment-induced

25、 genetic effects that facilitate the cellcell interaction and result in a highly organized microbial structure. Step 4. Shaping of the steady state three-dimensional structure of microbial aggregate by hydrodynamic shear forces.,七、好氧颗粒化机理,刘雨模型：,CLSM图,七、好氧颗粒化机理,Beun模型：,八、好氧颗粒的可能应用,High-strength organic wastewater treatment nitrogen removal Phosphorous removal Treating toxic organic wastewaters Removal of heavy metals or dyes Removing particulate matter Removal of nuclear waste,九、需要研究的主要方面,好氧颗粒污泥的形成机理 微生物生理生态及其微生态系统特性 好氧颗粒污泥应用于工业废水处理特性 中试及工业应用,谢谢,