《安全环境-环保技术》之强化生物除磷系统中好氧颗粒污泥形成与研究

1、加强生物除磷系统好氧颗粒污泥的形成和研究摘要：好氧颗粒为大型生物集合体，内部结构紧凑，可用于高效废水处理。 从好氧颗粒化工艺的发展、颗粒化机理、增强生物除磷(EBPR )系统中颗粒污泥形成研究、颗粒污泥菌群结构研究和颗粒稳定性等方面作了新的综述。强化生物除磷(enhancedbiologicalphospho-RUS removal，EBPR )被认为是一个有效的除磷过程，反应条件是厌氧后好氧，利用多聚磷菌的丰富生长去除水中的大部分磷1。 EBPR法与其他传统方法相比，是一种比较廉价、可持续的方法，该工艺已经在全球应用。目前很多EBPR工艺都应用于活性污泥法，但在实际应用中，存在污泥膨胀、设备

2、占地面积大、能源消耗高、剩馀污泥产生量多等多种问题。好氧颗粒污泥是在好氧条件下培养，系统中微生物聚集形成的形状规律的集合体。 与传统的活性污泥相比，具有沉降快、污泥结构稳定、剩馀污泥量少等优点，且具有高污泥浓度，能承受高强度废水和冲击载荷。 目前，为了处理高浓度有机废水、高盐废水、印染废水等，许多研究正在进行好氧颗粒污泥的开发利用。 此外，好氧颗粒污泥结构中存在好氧、缺氧、厌氧三区，在有效去除COD的同时，还能同时脱氮去除磷，具有实用广泛的应用价值。1好氧颗粒污泥1.1好氧颗粒污泥技术的发展1991年，好氧颗粒污泥由Mishima等10首先在好氧上升式污泥床反应器(AUSB )中培养，AUSB

3、运行条件严格，需要纯氧曝气，运行条件和成本都很高。 到20世纪90年代中期，Morgenroth 11等人首次采用顺序式反应器(SBR )成功培养好氧颗粒污泥，为SBR培养好氧颗粒污泥奠定了基础。在此基础上，好氧颗粒污泥的研究于1997年迅速开展，进入了快速发展期，主要研究了宏观、颗粒化过程中污泥的形态变化、形成机理，优化了培养参数。 从微观上，从微生物菌群结构、蛋白质等水平分析颗粒化机理。1.2好氧颗粒污泥形成机制好氧颗粒污泥的形成是物理、化学、生物共同作用的结果。 对颗粒污泥的形成过程进行了许多研究，但还没有统一的定论，目前主要有四种假说(1)自我凝聚假说。 系统中的微生物在各自的力(水力

4、、静电排斥力、范德瓦尔斯力等)下自凝聚，活性污泥转化为颗粒污泥。 这些力广泛存在于细胞和细胞、细菌和细菌、蛋白质和蛋白质三者之间，使微生物聚集成规则的三维结构。 好氧颗粒污泥结构从内到外包含的细菌达数百万种，细菌间的相互作用力也有助于促进这个过程的进行。 微生物集合体逐渐聚集变大压缩，结构变密，最终形成结构致密、外形规则的颗粒状污泥。(2)细胞外聚合物(EPS )假说。 EPS是在某些环境条件下分泌到微生物、主要细菌、体外的高分子聚合物。 主要成分与微生物细胞内成分相似，是多糖类(PS )、蛋白质(PN )、核酸等高分子物质。 在细胞外聚合物假说中，这些细胞外聚合物可以通过提高污泥表面的疏水性

5、和降低污泥表面的电负性来促进颗粒化。(3)选择压力假说。 在培养颗粒污泥过程中，通过控制沉降时间，可以筛选出沉降性能差的污泥，实现污泥的颗粒化。 选择压力分为物理选择压力和生物选择压力，物理选择压力主要包括搅拌、曝气、高径比、沉淀时间、体积交换率等，生物选择压力主要包括供水成分、有机负荷率等。(4)核假设。 反应器中存在的固体物质，微生物附着，首先形成小粒子，之后微生物不断生长增殖，成为大粒子。 核一般来源于反应器中的惰性基质和沉淀，还有污泥本身。双粒子稳定性研究结构稳定性和生物活性在长期贮藏和运行过程中的丧失是好氧颗粒过程在野外应用的主要挑战。 如果以醋酸钠为碳源的话，粒子在有机负荷18kg

6、/m3d下会失去稳定性。 有机负荷的增加增加了粒子的大小，增强了粒子内厌氧核的生长，这些粒子由大量的死细胞形成，导致粒子结构的崩溃。在颗粒污泥中加入1050mg/l的tio2纳米粒子，颗粒污泥中的粒子会生成稳定、致密、硝化率高的藻类细菌粒子。 作者提出纳米粒子可以用较少的丝状株刺激EPS排泄，产生稳定的粒子。由于好氧颗粒污泥过程中产生的松散颗粒结构引起反应器内的生物清洗，丝状粒子的过度生长多被认为是好氧颗粒污泥工艺失败的原因。 在入水pH为4.58的条件下，以醋酸或葡萄糖为碳源培养好氧颗粒。 他们的研究首次实验证明了酸性pH值，而不是碳源(乙酸和葡萄糖等)控制好氧颗粒丝状结构。 酸性pH降低细

7、胞内c-diGMP含量，提高地三花的生长速度，导致真菌过度生长。 因此，作者提出在碱性条件下保持悬浊液可以有效地抑制好氧颗粒中丝状的过度生长。 n-酰基同丝氨酸内酯(AHL )分解酶的存在降低了好氧颗粒的结构稳定性。 AHLs的水解减少了蛋白质的含量，分解了粒子。三结在EBPR条件下，好氧颗粒污泥中同时发生硝化、反硝化、除磷反应，好氧颗粒污泥技术发展成为能有效去除COD、同时脱氮除磷的非常有前途的新技术。好氧颗粒污泥可以在运行参数较小的范围内进行，包括类型的接种量、供给组成和有机负荷、饲养策略、反应器的几何形状、曝气强度、凝结时间、体积交换率。 但是，全面的造粒机制尚未建立，在理解造粒是如何发生的，如何加速该方法上正在进展。好氧颗粒在长期使用和贮藏过程中的结构稳定性是其现场应用的