【污水处理知识篇】好氧颗粒污泥原理及应用-北极星水处理网

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好氧颗粒污泥与普通活性污泥相比，它具有不易发生污泥膨胀、抗冲击能力强、能承受高有机负荷，集不同性质的微生物(好氧、兼氧和厌氧微生物)于一体等特点，近年的研究成果表明AGS能用于处理高浓度有机废水、高含盐度废水及许多工业废水。1991年Mishillla等最早发现了AGS，并第一次报道了利用连续流好氧上流式污泥床反应器(Aerobic Upflow Sludge Blanket，AUSB)培养出AGS。人们从这一研究成果开始了对AGS颗粒化的研究历程。而国内学者对AGS的研究始于1995年，相对滞后于国外的研究。

好氧颗粒污泥是由相互聚集的、多物种的微生物构成的团体，被认为是一种特殊的自固定化生物。在过去的20年中，废水生物处理领域理论研究和工程应用证明，固定化的活性污泥在水质净化方面比悬浮活性污泥更具有效率。迄今为止，好氧颗粒污泥被认为是最有前途的废水生物处理技术之一。由于好氧颗粒污泥具有很多优点，因此，近年来对其进行的研究也逐渐增多.但是对于其形成机理却是众说纷纭。没有达成共识。笔者旨在通过对文献的查阅和分析。综述近年来好氧颗粒污泥形成机理的研究进展并对不同机理之间的区别与联系作一些思考。

好氧颗粒污泥的基本特性

在好氧条件下，培养颗粒污泥的条件较为苛刻，并且在不同操作条件和培养目的下培育出的好氧颗粒污泥在颗粒大小、粒径分布、颜色、功能上也都存在着差异。好氧颗粒污泥的特性：表面光滑、较高密度和高强度、高生物量、耐冲击负荷、抗有毒物质。好氧颗粒污泥外观一般为橙黄色或浅黄色，周洵平等总结了不同反应器在各自条件下培养的好氧颗粒污泥的特性

好氧颗粒污泥具有优良的沉降性能和近乎球形的规则形状。E.Morgenroth等口]研究指出，颗粒污泥的形状系数稳定在0.45，纵横比一般在0.79左右。好氧颗粒污泥本身的生物相极其丰富，主要是形态各异的球菌、杆菌等。不同的培养条件对好氧颗粒污泥微生物群落有一定的影响。

好氧颗粒污泥泥水分离性能好，在反应器中能形成较高的污泥浓度。从而提高了反应器的容积负荷和抗负荷冲击能力;剩余污泥量少，能有效地缩小沉淀池的体积。减少污水处理厂的占地面积;另外.好氧颗粒污泥还具有同步硝化反硝化(SND)功能。

2、好氧颗粒污泥形成机理

颗粒污泥的形成过程是一个包含物理、化学和生物作用的复杂过程，这个过程可以看作是在流体动力条件下.微生物自固定所形成的生物体聚团现象。由于操作条件、反应器类型、进水水质、培养目的不同，因此现有的形成机理并不能诠释所有颗粒污泥的形成情况。表2对不同的理论作了一个归类。

2.1晶核假说

晶核假说最先由G.Lettinga等提出，用于解释厌氧颗粒污泥形成机理，他们认为：颗粒污泥的形成类似于结晶过程。接种污泥或反应器运行过程中产生的无机盐沉淀或惰性有机物质作为晶核。颗粒污泥在晶核基础上不断发育，最终形成了成熟的颗粒污泥。对于好氧颗粒污泥，研究也证实了可适用于晶核假说原理。J.J.Heijnen等向气提式内循环反应器(BAS)中投加一定量的球状惰性载体(直径0.1mm)，形成了具有去除COD和氨氮能力的好氧生物膜颗粒污泥，证实了晶核假说。J.P.vanderHoekc]认为：投加钙离子会加速形成颗粒污泥的原因是钙离子为颗粒污泥提供了晶核。刘丽等研究了钙离子在颗粒污泥中的分布，结果表明，钙粒子分布于颗粒中心，也证实了晶核假说。晶核假说经过多年的研究得到一定程度的发展.刘建国等研究认为，好氧颗粒污泥的形成是絮状污泥在形成较大粒径菌胶团之后由于其内部DO缺乏，菌团逐渐解体，而细菌以解体的菌胶团为“内核”和“模板”进行大量繁殖，并最终形成主体菌群，进而形成沉降性能良好的颗粒污泥。这就是在晶核假说基础上发展起来的“二次成核”假说。但是，有学者研究证明了在没有投加“晶核”的条件下也会形成颗粒污泥。颗粒污泥并不是以晶核为基础生长，而是完全靠微生物自身的电中和作用形成的。因此说晶核假说还需要进一步研究。

2.2选择压驱动假说

选择压可以看作水力负荷率和气体负荷率(取决于污泥负荷率)的和，这两个因素在不同沉降特征的污泥组分选择中起重要作用n”。在反应器中，只有较大颗粒才能在给定的时间内沉淀下来，而密度较小的絮状污泥由于其沉降性能不好则会被洗脱出系统。类似于生物进化理论，这个物理筛选过程为反应器中的生物量提供了一个“选择压”，那些适合系统的，密度高、体积大、沉降性能好的颗粒污泥才能存在于系统中。J.H.Tay等[]研究了不同的选择压对硝化细菌颗粒化的影响，并推断了污泥颗粒化需要强选择压。X.H.Wang等[1进行了选择压对颗粒稳定性影响的研究。结果表明.在过高的选择压下不能形成颗粒污泥，在较低的选择压下，颗粒污泥在形成后131d开始分解，只有逐渐提高选择压才能培养出稳定成熟的颗粒污泥。

这个沉降一洗脱过程是一个纯粹的物理筛选过程，没有微生物的作用和反应，但是小的絮状污泥形成大的颗粒污泥需要微生物分泌的胞外多聚物(EPS)相互黏合来抵抗高上流速度产生的剪切力以避免一开始就被洗出[1引，否则，微小的絮状污泥没有机会随着环境变化而形成大颗粒污泥，而且事实证明，很多情况下颗粒污泥都是由小逐渐长大成熟。因此以物理过程来解释颗粒污泥形成的选择压驱动理论仍需要进一步完善。

2.3细胞表面疏水性假说

根据热力学原理，增加细胞表面疏水性将导致其表面Gibbs能降低，增强细胞间的亲和力，使细胞间产生更强的连接，进而形成一个致密结构，更进一步促使凝聚成团的细菌脱离水相.因此可以说细胞表面疏水性是微生物自聚集的重要推动力。蔡春光等研究表明：在颗粒污泥形成过程中微生物细胞表面的疏水性发生了很大的变化.这表明颗粒污泥的形成与细胞表面疏水性的增加有密切联系。较高的表面疏水性有利于颗粒污泥的形成。B.M.Wilen等也证明.接种污泥中疏水的细菌数目越多。形成良好沉降性能的好氧颗粒污泥的速度就越快。但是，并没有研究者提到较低的表面疏水性不能形成颗粒污泥。因此，表面疏水性在颗粒污泥形成过程中起了辅助增强的作用，而不是决定性作用。

2.4胞外多聚物假说

胞外多聚物(EPS)是颗粒污泥的一种重要的化学组成部分，其主要物质是多聚糖、蛋白质、酶蛋白、核酸、磷脂及腐殖酸。它能辅助细胞相互粘在一起，因此可能对于污泥颗粒化形成过程有帮助。EPS假说是目前较为流行的一种理论。

L.W.HulshoffPol等研究表明.胞外多聚物中的成分和比例与污泥沉降性能有密切关系。J.EScht等在总结前人工作的基础上提出了胞外多聚物假说模型。C.DiIacoci等研究证实了EPS对颗粒污泥形成的增强作用。有研究表明。饥饿条件会诱发EPS被它的生产者所降解，从而导致细菌分离n，事实上，在SBR反应器中，颗粒污泥的消失与胞外聚合物的急速下降紧密相关。但是饥饿条件也会引起细胞表面疏水性的降低。因此。引起细菌分离的关键因素不一定是EPS的减少，细胞表面疏水性的降低也起了一定作用。

从文献来看，EPS只能对颗粒的形成起到增强作用，还不能决定颗粒能否形成。多数情况下细胞都会分泌EPS。但事实证明，不是所有情况下都培养出了好氧颗粒污泥。因此，EPS假说虽然得到很多学者的认可.但是仍然需要进一步完善。

延伸阅读：

污水处理技术篇：如何利用好氧颗粒污泥实现同步硝化反硝化?

原标题：好氧颗粒污泥原理及应用

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