天津眾邁廠(chǎng)家污水生物處理中好氧顆粒污泥的形成機(jī)理
 

　　好氧顆粒污泥英文縮寫(xiě)為AGS，是一種比較特殊的顆粒狀的生物組合體，它主要是利用生物自凝聚的特性而形成的一種顆粒狀活性污泥。好氧顆粒污泥結(jié)構(gòu)嚴(yán)密有規(guī)律，具有較強(qiáng)的沉降性能，在處理污染物方面能達(dá)到非常明顯的效果。因?yàn)槲⑸锉旧砉逃械淖怨潭ㄐ缘男阅芴攸c(diǎn)，即便是在動(dòng)態(tài)的條件下也能夠很好進(jìn)行凝固，形成團(tuán)聚的生物體，而且不會(huì)出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，也不會(huì)降低水質(zhì)。1980年，在污水處理的研究上發(fā)現(xiàn)了厭氧顆粒污泥，在采用厭氧顆粒污泥進(jìn)行污水處理時(shí)發(fā)現(xiàn)其在處理污水的過(guò)程中會(huì)發(fā)生很高的溫度反應(yīng)，而且時(shí)間特別長(zhǎng)，對(duì)于低碳類(lèi)、氮磷含量高的污水達(dá)不到很好的去除效果。專(zhuān)家們?cè)?0世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)了好氧顆粒污泥，并且將其在污水處理過(guò)程中進(jìn)行使用，結(jié)果表明，好氧顆粒污泥能夠?qū)⒏邼舛鹊挠卸居袡C(jī)物質(zhì)，以及氮磷含量非常高的污水處理得非常干凈，一些重金屬和乳制品廢水也能達(dá)到很好的效果，于是好氧顆粒污泥技術(shù)成為環(huán)境工程領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。
 

　　2好氧顆粒污泥的特點(diǎn)
 

　　好氧顆粒污泥的培養(yǎng)比較困難，受到的條件限制很多，而且不同狀況下培養(yǎng)出的好氧顆粒污泥的大小、顏色以及相應(yīng)的性能都不相同。
 

　　2.1色澤和顆粒
 

　　好氧顆粒污泥的外形非常有規(guī)則，一般為圓形或橢圓形，表面顏色為淺黃色或者橘黃色并且有豐富的孔隙。顆粒污泥的顆粒直徑會(huì)不斷地變大，隨著直徑的增加，污泥的下沉速度也會(huì)跟著加快，污泥的密度和疏水性也會(huì)隨之加大，這時(shí)顆粒污泥的體積是在逐漸減小的。當(dāng)顆粒污泥的直徑超過(guò)4㎜之后阻力加大，對(duì)微生物的繁殖生長(zhǎng)以及多聚物的分泌就會(huì)產(chǎn)生影響，最終導(dǎo)致顆粒污泥的表皮破裂，逐漸形成絮狀活性污泥。所以在應(yīng)用好氧顆粒污泥技術(shù)對(duì)化工污水進(jìn)行處理時(shí)必須要掌握好顆粒污泥的顆粒大小和生物活性特征。
 

　　2.2沉降性能
 

　　好氧顆粒污泥的密度、體積指數(shù)以及污泥的沉降比指數(shù)綜合數(shù)值都在最佳狀態(tài)值范圍，雖然含水率較高超過(guò)了97%，但是并不影響沉降速率，好氧顆粒污泥的沉降速度是絮狀污泥沉降速度的5～6倍，所以即便是水力負(fù)載很強(qiáng)的環(huán)境下依然具有非常高的運(yùn)行狀態(tài)和效率。
 

　　2.3微生物多樣性
 

　　顆粒污泥內(nèi)部形成分為很多的區(qū)域，有好氧區(qū)、缺氧區(qū)和厭氧區(qū)，微生物的有氧代謝能降解有機(jī)污染物，還可以氧化污水中含有氨氮的物質(zhì)。氧化后的氨氮成分逐漸擴(kuò)散到缺氧區(qū)和厭氧區(qū)，在這里微生物作為電子受體對(duì)其進(jìn)行代謝，從而降低污水中的氮元素。同時(shí)顆粒污泥中的含有的微生物能有效地去除污水中的COD、BOD和TN。還能夠降低污水池中的污染物體積，從而降低了污水處理廠(chǎng)對(duì)占地面積的需求。
 

　　顆粒污泥中，好氧顆粒污泥(AGS)具有表面光滑、密度大、沉降性能良好、能夠維持較高的生物量以及承受較高的有機(jī)負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)。M. Pronk等指出，好氧顆粒污泥系統(tǒng)的總體能耗為13.9 kW·h，比荷蘭傳統(tǒng)活性污泥廠(chǎng)的平均耗能水平低58%~63%，其出水水質(zhì)可以達(dá)到傳統(tǒng)活性污泥法工藝的出水水質(zhì)甚至更好。好氧顆粒污泥系統(tǒng)所需要的體積也比現(xiàn)有的常規(guī)活性污泥裝置所需要的體積低33%左右，在能耗和土建費(fèi)用方面均有所減少。
 

　　好氧顆粒污泥的形成機(jī)理
 

　　好氧顆粒污泥的形成是由眾多因素共同作用完成的復(fù)雜過(guò)程，其中既有微生物的作用，也包含物理、化學(xué)等方面的作用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于好氧顆粒污泥的形成進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，主要形成以下幾種學(xué)說(shuō)。
 

　　1、 微生物自凝聚原理
 

　　自凝聚是一種在適當(dāng)條件下自發(fā)產(chǎn)生的微生物凝聚現(xiàn)象。有研究表明，好氧顆粒污泥的形成是由種泥逐步致密聚集的漸進(jìn)過(guò)程，通過(guò)各種影響力進(jìn)而形成顆粒污泥。由水力剪切力、pH等眾多因素決定顆粒最終能否形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
 

　　2、絲狀菌假說(shuō)
 

　　在好氧顆粒污泥的培養(yǎng)過(guò)程中，接種污泥的微生物主要以絲狀菌為優(yōu)勢(shì)菌種。反應(yīng)器中培養(yǎng)出的顆粒污泥種類(lèi)不同，絲狀菌在顆粒形成過(guò)程中所起到的作用也不同。
 

　　有研究通過(guò)對(duì)所培養(yǎng)出的不同顏色顆粒污泥進(jìn)行破碎處理，得到絲狀菌在顆粒污泥中的形成結(jié)構(gòu)。好氧顆粒污泥在反應(yīng)器不同階段出現(xiàn)黃色、黑色及白色3種不同顏色的顆粒，不同顆粒污泥的菌種比例及形態(tài)結(jié)構(gòu)都有所區(qū)別?？傮w來(lái)說(shuō)，絲狀菌對(duì)好氧顆粒污泥的形成及穩(wěn)定起到重要作用。
 

　　3、細(xì)胞表面疏水性假說(shuō)
 

　　根據(jù)熱力學(xué)理論，細(xì)胞表面疏水性上升會(huì)減少細(xì)胞表面多余的吉布斯能，進(jìn)而增加細(xì)胞間的相互作用形成致密的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
 

　　有研究表明，在3周的好氧顆粒污泥形成過(guò)程中，污泥的疏水性由接種污泥的39%上升到73%，由此證明細(xì)胞表面疏水性是細(xì)胞自身聚集和附著的重要親合力，對(duì)于好氧顆粒污泥的形成起到關(guān)鍵作用。疏水性對(duì)于細(xì)胞間的相互作用具有重要意義，這可能引起微生物的初始自身穩(wěn)定，并進(jìn)一步將細(xì)菌緊密地結(jié)合在一起。
 

　　4、選擇壓驅(qū)動(dòng)假說(shuō)
 

　　有研究表明，通過(guò)控制沉降時(shí)間進(jìn)而控制選擇壓是序批式反應(yīng)器(SBR)中好氧顆粒污泥形成的決定性因素?？s短沉降時(shí)間有助于洗出沉降性能差的絮體污泥，造成相對(duì)較強(qiáng)的選擇壓，促進(jìn)好氧顆粒污泥的形成。
 

　　在一定范圍內(nèi)，提高選擇壓會(huì)導(dǎo)致好氧顆粒污泥的粒徑變大?？s短沉降時(shí)間可顯著提高細(xì)胞多糖的產(chǎn)量、細(xì)胞表面疏水性及微生物活性，進(jìn)而利于好氧顆粒污泥的形成。對(duì)選擇壓的控制和深入研究有助于更好地了解好氧顆粒污泥的形成機(jī)制。
 

　　5、胞外聚合物假說(shuō)
 

　　胞外聚合物(EPS)是在一定的適宜條件下由微生物分泌于細(xì)胞表面的大分子有機(jī)物質(zhì)。自誘導(dǎo)體(autoinducer，AI)(信號(hào)分子)形成后釋放，可以在群體感應(yīng)(Quorum sensing，QS)中被細(xì)菌探測(cè)到。QS是細(xì)菌在不斷變化的環(huán)境中生存和適應(yīng)的一種現(xiàn)象，通過(guò)QS，細(xì)菌可以對(duì)種群密度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)激活細(xì)菌生長(zhǎng)的基因表達(dá)。
 

　　研究表明，在好氧顆粒污泥周?chē)缮⒏街腅PS是造粒過(guò)程的重要因素，主要由其中的蛋白質(zhì)所決定。
 

　　EPS的形成取決于反應(yīng)器內(nèi)的運(yùn)行方式及環(huán)境，控制好相關(guān)參數(shù)有利于EPS的適量產(chǎn)生，從而形成穩(wěn)定的好氧顆粒污泥。根據(jù)結(jié)合程度的不同，EPS可分為溶解性EPS(soluble EPS，SEPS)和附著性EPS(bond EPS，BEPS)，BEPS又分為松散附著性EPS(loosely bond EPS，LEPS)和緊密附著性EPS(tightly bond EPS，TEPS)。
 

　　6、階段形成假說(shuō)
 

　　階段形成假說(shuō)將好氧顆粒污泥的形成分為4個(gè)階段，每一階段由不同的作用力或物質(zhì)發(fā)揮影響，促進(jìn)接種污泥逐步形成顆粒污泥。
 

　　第一階段，由接種污泥表面細(xì)菌之間發(fā)生的物理運(yùn)動(dòng)來(lái)促進(jìn)顆?；?，如水動(dòng)力、擴(kuò)散力等；
 

　　第二階段，由物理、化學(xué)及生物方面的各種吸引力來(lái)維持固體細(xì)胞表面和多個(gè)細(xì)胞之間的穩(wěn)定連接，如范德華力、化學(xué)鍵及細(xì)胞膜融合等；
 

　　第三階段，微生物促使聚集的細(xì)菌成熟，EPS的產(chǎn)生、菌群的增長(zhǎng)等過(guò)程均在此階段；
 

　　第四階段，通過(guò)水力剪切力形成穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)。該形成機(jī)理是目前比較全面的一種顆粒污泥形成理論，但因各種因素間的相互影響，仍難以完整涵蓋好氧顆粒污泥整個(gè)形成過(guò)程。