污水生物處理中的好氧顆粒污泥技術
好(hao)氧顆粒污泥因其具有較高的(de)(de)微生物量，具備脫氮除磷能力和良好(hao)的(de)(de)沉淀性能，在(zai)工業廢水和城市污水處理(li)中的(de)(de)應用潛(qian)力很大，但在(zai)其形成(cheng)機理(li)方面還存在(zai)問題并未徹底弄清。
本文分析了(le)好(hao)氧(yang)顆(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥的(de)特點及(ji)其(qi)形成過程的(de)影(ying)響因(yin)素，如胞外聚合物、水力剪切力、溫度等；歸納(na)了(le)關于好(hao)氧(yang)顆(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥的(de)形成假說，總結了(le)其(qi)在(zai)城市污(wu)(wu)水和工業(ye)廢水處(chu)理方面(mian)的(de)應用情況以及(ji)好(hao)氧(yang)顆(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥穩(wen)定(ding)性及(ji)形成機理方面(mian)存(cun)在(zai)的(de)問題(ti)，論述了(le)好(hao)氧(yang)顆(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥技術今后(hou)的(de)發展(zhan)趨(qu)勢。
污水(shui)生物處理系統內(nei)，微生物聚集的形式主要(yao)有絮狀污泥、生物膜和顆粒污泥3種，其中顆粒污泥由(you)于具有微生物量多、沉降性好等優點而受到研究者的關注。
顆(ke)粒污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)中，好氧顆(ke)粒污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)（AGS）具有表面(mian)光(guang)滑、密度大、沉降(jiang)性能良(liang)好、能夠維(wei)持較高的生物量以(yi)(yi)及承(cheng)受較高的有機負荷等優點(dian)。M. Pronk等指(zhi)出，好氧顆(ke)粒污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)系統(tong)(tong)的總(zong)體能耗為13.9 kW·h，比荷蘭傳(chuan)統(tong)(tong)活性污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)廠(chang)的平均(jun)耗能水(shui)平低58%~63%，其出水(shui)水(shui)質可以(yi)(yi)達到傳(chuan)統(tong)(tong)活性污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)法工藝的出水(shui)水(shui)質甚至更好。好氧顆(ke)粒污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)系統(tong)(tong)所需要的體積也比現有的常規(gui)活性污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)裝(zhuang)置所需要的體積低33%左右，在能耗和土建費用方面(mian)均(jun)有所減少(shao)。
與厭氧顆(ke)粒污(wu)(wu)(wu)泥相比，好氧顆(ke)粒污(wu)(wu)(wu)泥的形(xing)成周期較(jiao)短，約為30 d。在(zai)耗能方(fang)面，好氧顆(ke)粒污(wu)(wu)(wu)泥可在(zai)常溫條件下進行培養，同時在(zai)污(wu)(wu)(wu)水(shui)濃度(du)方(fang)面局(ju)限(xian)性小，對(dui)高(gao)濃度(du)工(gong)業廢(fei)水(shui)和城市生活污(wu)(wu)(wu)水(shui)的處理(li)均有良好效果。
污泥在好氧(yang)條(tiao)件下進行(xing)(xing)培養，顆粒的(de)分層結構形(xing)成(cheng)好氧(yang)、缺氧(yang)和厭氧(yang)區域，其結構特(te)征可以實(shi)現一定程度的(de)脫(tuo)氮除(chu)磷效果。本研(yan)究通過對近(jin)年來相(xiang)關文(wen)獻的(de)整理(li)，擬對好氧(yang)顆粒污泥的(de)形(xing)成(cheng)機理(li)進行(xing)(xing)總(zong)結，并(bing)對各影響因素之間的(de)相(xiang)互作用(yong)進行(xing)(xing)分析。
1 好氧顆粒污泥的形成機理
好氧(yang)顆粒污(wu)泥的(de)(de)形成(cheng)(cheng)是由眾多(duo)因素共同作(zuo)用完成(cheng)(cheng)的(de)(de)復雜過程，其中既有微生物(wu)(wu)的(de)(de)作(zuo)用，也包含(han)物(wu)(wu)理、化(hua)學等方面(mian)的(de)(de)作(zuo)用，國內(nei)外學者對于好氧(yang)顆粒污(wu)泥的(de)(de)形成(cheng)(cheng)進行(xing)了長期研究，主要(yao)形成(cheng)(cheng)以下幾種學說。
01 微生物自凝聚原理
自(zi)凝聚(ju)是(shi)一種在(zai)適當(dang)條件下(xia)自(zi)發(fa)產生的(de)微生物凝聚(ju)現象。有研究表明，好氧顆(ke)粒(li)(li)污(wu)泥的(de)形(xing)成(cheng)是(shi)由種泥逐步致密聚(ju)集的(de)漸進過(guo)程，通過(guo)各種影響力進而形(xing)成(cheng)顆(ke)粒(li)(li)污(wu)泥。由水力剪切力、pH等眾多因素決(jue)定顆(ke)粒(li)(li)最(zui)終能否形(xing)成(cheng)穩(wen)定的(de)結構。
02 絲狀菌假說
在好(hao)氧顆(ke)粒污(wu)泥的培養(yang)(yang)過程中，接(jie)種(zhong)污(wu)泥的微(wei)生物主要以絲(si)狀菌(jun)為優(you)勢菌(jun)種(zhong)。反應器(qi)中培養(yang)(yang)出的顆(ke)粒污(wu)泥種(zhong)類(lei)不(bu)同，絲(si)狀菌(jun)在顆(ke)粒形成過程中所起到的作(zuo)用也不(bu)同。
有(you)(you)研究通過對(dui)所(suo)培養出的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)同(tong)顏(yan)色顆粒(li)(li)(li)污(wu)泥(ni)(ni)進行破碎處理，得到絲狀菌(jun)在(zai)顆粒(li)(li)(li)污(wu)泥(ni)(ni)中的(de)(de)形成(cheng)(cheng)結構。好氧(yang)顆粒(li)(li)(li)污(wu)泥(ni)(ni)在(zai)反應器不(bu)(bu)(bu)同(tong)階段(duan)出現黃色、黑色及白色3種(zhong)不(bu)(bu)(bu)同(tong)顏(yan)色的(de)(de)顆粒(li)(li)(li)，不(bu)(bu)(bu)同(tong)顆粒(li)(li)(li)污(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)菌(jun)種(zhong)比例及形態結構都(dou)有(you)(you)所(suo)區別。總(zong)體來說，絲狀菌(jun)對(dui)好氧(yang)顆粒(li)(li)(li)污(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)形成(cheng)(cheng)及穩定(ding)起到重要作用。不(bu)(bu)(bu)同(tong)顏(yan)色顆粒(li)(li)(li)污(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)菌(jun)種(zhong)組成(cheng)(cheng)及結構特點見表(biao)1。
03 細胞表面疏水性假說
根據熱力(li)學(xue)理(li)論，細(xi)胞表(biao)面疏水(shui)性上升會減少細(xi)胞表(biao)面多余(yu)的吉布斯能，進而增(zeng)加(jia)細(xi)胞間(jian)的相互作用形(xing)成致密的穩定結構。
有研(yan)究(jiu)表明，在(zai)3周的(de)(de)好氧顆粒污泥(ni)(ni)形(xing)成過(guo)程(cheng)中，污泥(ni)(ni)的(de)(de)疏(shu)水性由接種(zhong)污泥(ni)(ni)的(de)(de)39%上升(sheng)到73%，由此(ci)證明細胞(bao)表面疏(shu)水性是細胞(bao)自(zi)身聚集和附(fu)著(zhu)的(de)(de)重(zhong)要親(qin)合(he)力，對于好氧顆粒污泥(ni)(ni)的(de)(de)形(xing)成起到關鍵作用(yong)。疏(shu)水性對于細胞(bao)間的(de)(de)相互作用(yong)具有重(zhong)要意(yi)義(yi)，這可能引(yin)起微生物的(de)(de)初始自(zi)身穩定，并進一步將細菌緊(jin)密(mi)地結合(he)在(zai)一起。
04 選擇壓驅動假說
有研(yan)究(jiu)表明(ming)，通過控(kong)制沉(chen)(chen)降(jiang)時間進(jin)而控(kong)制選擇壓是(shi)序批式反(fan)應器（SBR）中好氧顆(ke)粒污(wu)(wu)泥形成的決(jue)定性(xing)因(yin)素。縮短沉(chen)(chen)降(jiang)時間有助于洗出沉(chen)(chen)降(jiang)性(xing)能差的絮體污(wu)(wu)泥，造成相對較強的選擇壓，促進(jin)好氧顆(ke)粒污(wu)(wu)泥的形成。
在一定范圍內，提高選擇(ze)壓會導致好氧(yang)顆粒污(wu)泥(ni)的(de)粒徑變大。縮短沉(chen)降時間可顯(xian)著提高細胞(bao)多糖的(de)產量、細胞(bao)表面疏水性及微生物(wu)活性，進而利于好氧(yang)顆粒污(wu)泥(ni)的(de)形(xing)成(cheng)。對選擇(ze)壓的(de)控制和深入(ru)研究有助于更好地了解好氧(yang)顆粒污(wu)泥(ni)的(de)形(xing)成(cheng)機制。
X. H. Wang等通(tong)過逐步增(zeng)加進水(shui)氨氮濃度來提(ti)高(gao)選(xuan)擇(ze)(ze)壓(ya)，培養(yang)出具有良好(hao)穩定性(xing)的(de)(de)好(hao)氧(yang)顆(ke)(ke)粒污泥(ni)，提(ti)供了一種新的(de)(de)好(hao)氧(yang)顆(ke)(ke)粒污泥(ni)培養(yang)策(ce)略(lve)；今后應通(tong)過逐步改變(bian)選(xuan)擇(ze)(ze)壓(ya)的(de)(de)方(fang)式(shi)開發好(hao)氧(yang)顆(ke)(ke)粒污泥(ni)生物反應器(qi)，使其具有更高(gao)的(de)(de)性(xing)能和(he)效率。通(tong)過改變(bian)選(xuan)擇(ze)(ze)壓(ya)的(de)(de)方(fang)式(shi)促進顆(ke)(ke)粒污泥(ni)的(de)(de)形成，這(zhe)一方(fang)法在連續(xu)流(liu)反應器(qi)中(zhong)同樣有效。
05 胞外聚合物假說
胞(bao)外(wai)聚合物(wu)(wu)（EPS）是(shi)在一定(ding)的適(shi)(shi)宜條件下由微生(sheng)物(wu)(wu)分泌于細(xi)胞(bao)表面的大(da)分子有機物(wu)(wu)質。自誘導體(ti)（autoinducer，AI）（信號分子）形成后釋放，可以(yi)在群體(ti)感應（Quorum sensing，QS）中被細(xi)菌探測到。QS是(shi)細(xi)菌在不斷變化的環境中生(sheng)存(cun)和適(shi)(shi)應的一種現(xian)象，通過QS，細(xi)菌可以(yi)對種群密度(du)進(jin)行監(jian)測，同時激活細(xi)菌生(sheng)長(chang)的基(ji)因表達。
根據Y. Q. Liu等提(ti)出(chu)的(de)(de)(de)(de)假設，微(wei)生物(wu)細(xi)胞與其(qi)他微(wei)粒(li)連接(jie)，形成(cheng)顆(ke)(ke)粒(li)化(hua)污(wu)泥的(de)(de)(de)(de)前身(shen)。EPS在(zai)好氧顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)泥的(de)(de)(de)(de)發育(yu)過程中起著重要作用。有研究表明，好氧顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)泥與普通絮(xu)狀活性(xing)(xing)(xing)污(wu)泥的(de)(de)(de)(de)EPS成(cheng)分(fen)，如蛋(dan)白(bai)質和(he)多糖的(de)(de)(de)(de)濃度(du)和(he)分(fen)布是不同(tong)的(de)(de)(de)(de)，從好氧顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)泥中提(ti)取(qu)EPS，其(qi)中檢測出(chu)帶負(fu)電荷的(de)(de)(de)(de)多糖和(he)蛋(dan)白(bai)質，但(dan)未在(zai)活性(xing)(xing)(xing)污(wu)泥中檢測出(chu)。好氧顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)泥的(de)(de)(de)(de)EPS有機組(zu)分(fen)可以改變細(xi)菌(jun)的(de)(de)(de)(de)表面(mian)特(te)性(xing)(xing)(xing)和(he)顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)泥的(de)(de)(de)(de)物(wu)理特(te)性(xing)(xing)(xing)，有利于(yu)細(xi)胞之間的(de)(de)(de)(de)聚集(ji)及穩定。
研究(jiu)表明，在好(hao)氧(yang)顆粒(li)污泥周圍松散附著(zhu)的(de)EPS是造粒(li)過程的(de)重要因素，主要由其中的(de)蛋白(bai)質所(suo)決定。
EPS的(de)形成取決(jue)于反應器內的(de)運行(xing)方式及(ji)環境，控制(zhi)好(hao)相關(guan)參數有利于EPS的(de)適量產生，從而形成穩(wen)定的(de)好(hao)氧(yang)顆粒污泥。根據結合程(cheng)度的(de)不同，EPS可分(fen)為溶解性EPS（soluble EPS，SEPS）和(he)附(fu)(fu)著性EPS（bond EPS，BEPS），BEPS又分(fen)為松散附(fu)(fu)著性EPS（loosely bond EPS，LEPS）和(he)緊密(mi)附(fu)(fu)著性EPS（tightly bond EPS，TEPS）。
06 階段形成假說
階(jie)段(duan)形成假說(shuo)將好氧顆(ke)粒污(wu)泥(ni)的(de)形成分(fen)為(wei)4個階(jie)段(duan)，每一(yi)階(jie)段(duan)由不同的(de)作用力(li)或物(wu)質發揮影響，促進接種污(wu)泥(ni)逐步(bu)形成顆(ke)粒污(wu)泥(ni)。
第一階段，由接(jie)種污(wu)泥(ni)表面細菌之間發生的(de)物理運動(dong)(dong)來(lai)促進顆粒化(hua)，如水動(dong)(dong)力、擴散力等；
第二階段，由物(wu)理、化學(xue)及生物(wu)方(fang)面(mian)(mian)的各種吸引力來(lai)維持固體細(xi)胞表面(mian)(mian)和多個細(xi)胞之間(jian)的穩定(ding)連(lian)接，如范德華力、化學(xue)鍵及細(xi)胞膜融(rong)合等；
第三階段，微生物促使聚集(ji)的(de)細菌成熟，EPS的(de)產生、菌群的(de)增長等過(guo)程均(jun)在此(ci)階段；
第四階段，通過水力剪切(qie)力形(xing)成(cheng)穩定(ding)的三(san)維結(jie)構。該形(xing)成(cheng)機理(li)是目(mu)前比較全(quan)面的一種顆粒污泥形(xing)成(cheng)理(li)論(lun)，但因各(ge)種因素間的相互(hu)影(ying)響，仍(reng)難(nan)以完整(zheng)涵(han)蓋(gai)好氧顆粒污泥整(zheng)個形(xing)成(cheng)過程。
2 好氧顆粒污泥形成的影響因素
好氧顆(ke)(ke)粒污泥(ni)(ni)(ni)能否形(xing)成(cheng)及其形(xing)成(cheng)周期長(chang)短、污泥(ni)(ni)(ni)質(zhi)量如何、能否維持穩定，受其培養運行過程中多種因(yin)素的影響(xiang)。通過對其深入研究，可以全面了(le)解好氧顆(ke)(ke)粒污泥(ni)(ni)(ni)的形(xing)成(cheng)及穩定適(shi)應條(tiao)件，并據此對可變因(yin)素進行控制，對培養好氧顆(ke)(ke)粒污泥(ni)(ni)(ni)具有重要的意義(yi)。
01 碳源
碳(tan)源不同(tong)會導(dao)致(zhi)培養出(chu)的(de)(de)好氧(yang)顆粒(li)污(wu)(wu)泥存在差別。在其(qi)他(ta)條件相同(tong)的(de)(de)前提(ti)下，J. H. Tay等以(yi)(yi)葡萄糖為碳(tan)源培養出(chu)的(de)(de)顆粒(li)污(wu)(wu)泥以(yi)(yi)絲狀菌為主，以(yi)(yi)乙酸為碳(tan)源培養出(chu)的(de)(de)顆粒(li)污(wu)(wu)泥卻以(yi)(yi)桿狀細菌為主。
同時，單一碳(tan)源和混合碳(tan)源也對形成好氧顆粒污泥的(de)結構及穩定性(xing)有所影響。高(gao)景峰等以蔗糖(tang)為唯一碳(tan)源培養好氧顆粒污泥，發現23 d后(hou)出現絲(si)狀菌(jun)膨脹現象。之后(hou)改用蔗糖(tang)加等量(liang)蛋白胨(dong)的(de)組合碳(tan)源，絲(si)狀菌(jun)膨脹現象得到了有效(xiao)的(de)解決(jue)。
這(zhe)說明，在培養好(hao)氧顆(ke)(ke)粒污泥的(de)過程中(zhong)采用單(dan)一碳(tan)源(yuan)易(yi)引起絲狀菌膨脹，混合碳(tan)源(yuan)可以有(you)效抑制(zhi)該現象，對維持好(hao)氧顆(ke)(ke)粒污泥的(de)穩定起到重要作(zuo)用。碳(tan)源(yuan)種類雖(sui)然(ran)可以改(gai)變(bian)顆(ke)(ke)粒結構，但有(you)人認為其(qi)對好(hao)氧顆(ke)(ke)粒污泥的(de)形成不能(neng)起到決定性作(zuo)用。
02 種泥
Z. Song等研(yan)究(jiu)發現從啤酒廢水(shui)處理廠中取的(de)(de)污(wu)泥比城市污(wu)水(shui)處理廠中提取的(de)(de)污(wu)泥更適合培養好氧(yang)顆(ke)粒污(wu)泥，表(biao)明接(jie)種(zhong)污(wu)泥對(dui)好氧(yang)顆(ke)粒污(wu)泥的(de)(de)形成有(you)重要(yao)的(de)(de)影響。不同種(zhong)泥的(de)(de)顆(ke)粒化(hua)乃至穩定所需時間不同，所培養出(chu)的(de)(de)顆(ke)粒污(wu)泥菌群結構(gou)也不相同，說(shuo)明微生物(wu)種(zhong)群變(bian)化(hua)同接(jie)種(zhong)污(wu)泥有(you)關。
微(wei)生(sheng)物的(de)(de)活(huo)性對好氧(yang)(yang)顆粒(li)污泥(ni)的(de)(de)影(ying)響(xiang)不明顯，但受接種(zhong)污泥(ni)疏水(shui)性的(de)(de)影(ying)響(xiang)較(jiao)大。有研(yan)究(jiu)者在培養(yang)好氧(yang)(yang)顆粒(li)污泥(ni)的(de)(de)過(guo)程中加入厭氧(yang)(yang)顆粒(li)污泥(ni)，縮短了好氧(yang)(yang)顆粒(li)污泥(ni)的(de)(de)形成時間(jian)，且污泥(ni)穩定、污水(shui)處理效果好。這為好氧(yang)(yang)顆粒(li)污泥(ni)的(de)(de)培養(yang)提(ti)供了一(yi)個很好的(de)(de)選擇。
03 水力剪切力
一般來(lai)說(shuo)，由上流(liu)曝氣引(yin)起的水動力(li)湍流(liu)是系統的主(zhu)要剪(jian)(jian)(jian)切(qie)力(li)，反應器可以(yi)通(tong)(tong)過(guo)改變(bian)表面上升氣體流(liu)速來(lai)控制水力(li)剪(jian)(jian)(jian)切(qie)力(li)。當對顆(ke)粒污(wu)泥施加剪(jian)(jian)(jian)切(qie)力(li)時(shi)，顆(ke)粒必須通(tong)(tong)過(guo)消耗非生長(chang)能量，改變(bian)細(xi)胞(bao)表面EPS的量來(lai)調節其代謝途徑，以(yi)維持與外部剪(jian)(jian)(jian)切(qie)力(li)的平衡。
研究表(biao)明(ming)，當表(biao)面上(shang)升氣體(ti)流(liu)速達到1.2cm/s時可(ke)以形(xing)成(cheng)(cheng)密度大且表(biao)面光滑的顆(ke)粒污泥。水力剪切(qie)力越(yue)大，越(yue)容易形(xing)成(cheng)(cheng)穩定的顆(ke)粒結(jie)構、清晰(xi)的污泥輪廓及良好污染物降解性能。
為了在保證污(wu)水(shui)處理效(xiao)果(guo)的(de)情(qing)況下降低(di)能源使(shi)用(yong)，沈忱(chen)等研究了低(di)曝(pu)氣條件下反應器的(de)運行(xing)及好氧(yang)顆(ke)粒(li)污(wu)泥情(qing)況，結果(guo)發現(xian)，在能夠使(shi)污(wu)泥達到(dao)顆(ke)粒(li)化(hua)的(de)水(shui)力剪(jian)切力下，好氧(yang)顆(ke)粒(li)污(wu)泥對污(wu)水(shui)的(de)處理性能穩定，可以(yi)高效(xiao)地進行(xing)脫氮除磷(lin)以(yi)及去除COD。
04 PN/PS
一般認(ren)為，多糖（polysacides，PS）可以調節(jie)細胞的(de)內聚力(li)和黏(nian)附力(li)，在污泥顆粒(li)化過程中對(dui)維持污泥結構的(de)完整(zheng)性起著(zhu)至關重要(yao)的(de)作用(yong)。有研(yan)究(jiu)發現，隨著(zhu)水力(li)剪切力(li)的(de)增(zeng)加(jia)，污泥中多糖含(han)量(liang)與蛋白（proteins，PN）含(han)量(liang)的(de)比(bi)值(zhi)也(ye)有顯著(zhu)上升。
值得指出的是，顆粒污泥(ni)中(zhong)多糖的含(han)(han)量至少比(bi)(bi)絮凝體(ti)(ti)中(zhong)高出2倍，同時也(ye)觀察(cha)到多糖的含(han)(han)量比(bi)(bi)絮凝體(ti)(ti)和顆粒污泥(ni)中(zhong)蛋白(bai)(bai)質含(han)(han)量高得多。這可(ke)能意味著(zhu)胞外蛋白(bai)(bai)對微生物群落結構和穩定性的影(ying)響不如多糖大。
05 pH
張志等運(yun)行6個相同的(de)反應(ying)器，僅控制pH不同。結果表明，當pH在8.4時，細胞(bao)產生最少(shao)量(liang)的(de)EPS，當pH上升(sheng)到9.0時，EPS少(shao)量(liang)上升(sheng)。
EPS上升有助于(yu)(yu)保護顆粒污泥(ni)，減少被酸堿值過(guo)高所(suo)帶(dai)來的傷害(hai)。研究結(jie)果證(zheng)明控(kong)制pH使(shi)EPS產量增加(jia)，有利于(yu)(yu)提高污泥(ni)的耐沖擊能力，使(shi)顆粒污泥(ni)更(geng)加(jia)穩定。
06 溫度
溫度可以(yi)顯著影響生物過程中的(de)(de)微生物代謝(xie)和(he)群(qun)落結構。A. Gonzalez-Martinez等在低溫下研(yan)究北極圈好(hao)氧顆(ke)粒(li)污泥(ni)的(de)(de)性狀及菌群(qun)，發現溫度的(de)(de)改變會導致顆(ke)粒(li)污泥(ni)菌群(qun)變化(hua)，是(shi)維(wei)持(chi)污泥(ni)結構正常或導致解體的(de)(de)重要(yao)因素。
此外，有(you)研究表(biao)(biao)明，與(yu)溫(wen)適(shi)應(ying)(ying)接(jie)種物(wu)相比，冷適(shi)應(ying)(ying)接(jie)種物(wu)顯示出(chu)優(you)異的顆(ke)粒狀生(sheng)物(wu)質形(xing)成能(neng)力。在(zai)低溫(wen)條件下培(pei)養(yang)的好氧顆(ke)粒污泥，低溫(wen)啟動時(shi)，3周內就可以(yi)有(you)效去(qu)除有(you)機物(wu)，這(zhe)表(biao)(biao)明低溫(wen)環(huan)境下好氧顆(ke)粒污泥更(geng)容易培(pei)養(yang)。
07 細胞表面電荷
一般來說，微(wei)(wei)生(sheng)物細(xi)(xi)胞(bao)表面(mian)帶有負電(dian)荷(he)。相似電(dian)荷(he)之間的排斥(chi)可防止(zhi)細(xi)(xi)胞(bao)在沒有另一種機制的幫助(zhu)(zhu)下彼此附著。二(er)價(jia)陽離子如Ca2+中和微(wei)(wei)生(sheng)物表面(mian)電(dian)荷(he)已(yi)被(bei)認為(wei)是促(cu)進初(chu)始細(xi)(xi)胞(bao)附著的可能機制。范德華力(li)也可能有助(zhu)(zhu)于這種細(xi)(xi)胞(bao)吸引(yin)力(li)。DLVO理(li)論同樣適(shi)用(yong)于分析細(xi)(xi)胞(bao)表面(mian)負荷(he)對污(wu)泥產生(sheng)的相互作用(yong)。
08 反應器類型及運行方式
好氧顆粒(li)污(wu)泥多在(zai)SBR中(zhong)進行(xing)培養。在(zai)反應器運行(xing)期間，由于高表面負電(dian)荷所(suo)引(yin)起(qi)的(de)(de)靜(jing)電(dian)斥力、疏水性低所(suo)形成(cheng)的(de)(de)水包(bao)圍(wei)面以及EPS之間的(de)(de)相(xiang)互作用，細(xi)胞(bao)表面存在(zai)的(de)(de)過多EPS會使得初始的(de)(de)黏附過程困難，EPS與(yu)細(xi)胞(bao)表面負電(dian)荷呈正相(xiang)關性，與(yu)疏水性呈負相(xiang)關。
SBR反應器的(de)曝氣過程(cheng)導致(zhi)了(le)長時(shi)間的(de)饑(ji)餓期，EPS消耗至合理數(shu)量導致(zhi)具有低負電荷和高表面疏(shu)水(shui)性的(de)污泥形成，繼而顆(ke)粒繼續增長達(da)到穩定顆(ke)粒化。
研(yan)究表明，為保證顆粒污泥的穩(wen)定性和良(liang)好(hao)的出水質量，飽食周(zhou)期(qi)的長度不應超過總周(zhou)期(qi)長度的25%。同(tong)時，在柱狀上(shang)升流反(fan)(fan)應器中，反(fan)(fan)應器高度與直徑（H/D）的比例較高，可以保證較好(hao)的顆粒流動軌跡，從而為微(wei)生物(wu)聚集提供良(liang)好(hao)條件(jian)。
此外(wai)，好氧(yang)(yang)顆(ke)粒污泥也可在(zai)其他反(fan)應器中形成。列舉了文(wen)獻中幾種成功培養出好氧(yang)(yang)顆(ke)粒污泥的反(fan)應器類型(xing)，見表2。
3 好氧顆粒污泥的應用
好氧(yang)顆粒污泥具有(you)同時脫氮除(chu)磷(lin)、去(qu)除(chu)有(you)機污染物(wu)、去(qu)除(chu)重金屬等作用(yong)，且去(qu)除(chu)效果(guo)良好。在(zai)城市污水和工業(ye)廢水處理(li)中已經(jing)有(you)相關應用(yong)。
01 脫氮
由于顆(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)結構特(te)征，溶解氧(yang)在(zai)(zai)污(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)不同部位存在(zai)(zai)差別。因為顆(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)外部生(sheng)存的(de)(de)活性細胞層消耗了大部分氧(yang)，所以顆(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)核(he)心(xin)處沒有(you)氧(yang)。污(wu)(wu)水中(zhong)脫(tuo)氮所需要的(de)(de)好氧(yang)條件和缺氧(yang)條件都能夠(gou)在(zai)(zai)顆(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)內實(shi)現。因此，好氧(yang)顆(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)能夠(gou)實(shi)現良(liang)好的(de)(de)生(sheng)物(wu)脫(tuo)氮效果，從(cong)而用于實(shi)際的(de)(de)污(wu)(wu)水脫(tuo)氮。
好氧顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥在處理(li)主(zhu)流工藝(yi)污(wu)(wu)水(shui)(shui)以及合(he)(he)成廢水(shui)(shui)時(shi)均顯示出(chu)良好的脫氮性能。Y. Liang等采用機械混合(he)(he)和(he)曝氣(qi)技術(shu)將全(quan)程自養(yang)脫氮工藝(yi)（CANON）顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥培養(yang)40 d，運行期間處理(li)合(he)(he)成污(wu)(wu)水(shui)(shui)、主(zhu)流污(wu)(wu)水(shui)(shui)的平均氮去除速(su)率（NRR）分別為3.22、1.11kgN/（m3·d）。出(chu)水(shui)(shui)硝酸鹽(yan)濃(nong)度低，未(wei)發(fa)現硝酸鹽(yan)積(ji)聚。
此外，也可(ke)通過控(kong)制其他因素達到良好的(de)脫氮(dan)效果(guo)。影響顆(ke)粒(li)污泥同步硝(xiao)化反硝(xiao)化的(de)因素包(bao)括(kuo)污水中的(de)溶(rong)解(jie)氧(yang)、污泥的(de)顆(ke)粒(li)大小、電(dian)子供(gong)體可(ke)用性(xing)(xing)以及微生物活性(xing)(xing)等(deng)，例如(ru)，微堿性(xing)(xing)條件有利于(yu)亞硝(xiao)化的(de)進行。
低氧(yang)濃度條件下氮的去除效率更高，但無法維持好(hao)(hao)氧(yang)顆粒污(wu)(wu)泥(ni)的結構(gou)穩定。不同(tong)培(pei)養(yang)條件下產生(sheng)的硝化細菌也會導(dao)致不同(tong)的脫氮效果。好(hao)(hao)氧(yang)顆粒污(wu)(wu)泥(ni)的結構(gou)及大體(ti)脫氮過程(cheng)見圖1。
02 除磷
污泥中的聚磷菌在好氧條(tiao)件下(xia)過(guo)量地攝取(qu)磷，在厭氧條(tiao)件下(xia)釋放(fang)磷。好氧顆(ke)粒(li)污泥表面溶解氧含(han)量大，顆(ke)粒(li)內部(bu)可以達到(dao)缺氧甚至厭氧狀態(tai)。基于這一原理，好氧顆(ke)粒(li)污泥可以實現(xian)污水除磷的功能(neng)。
溫度、pH、鹽分、有機負荷、廢水底物類型和曝氣都(dou)對好(hao)氧(yang)顆粒污(wu)泥除磷(lin)效果具有影響。
O. Henriet等通(tong)過差異(yi)選擇(ze)含有高比(bi)例聚磷菌的顆(ke)粒來改進SBR中(zhong)好(hao)氧顆(ke)粒污泥的除磷性能。
結果(guo)表明，沉降時(shi)間的(de)(de)(de)增(zeng)加與污泥床(chuang)的(de)(de)(de)均勻凈化相結合(he)，規(gui)模和密度分布更為廣泛，這導(dao)致(zhi)改(gai)進后的(de)(de)(de)磷去除(chu)率超過(guo)90%，同(tong)時(shi)保(bao)持良好的(de)(de)(de)氮和COD去除(chu)。通(tong)過(guo)對(dui)工藝的(de)(de)(de)不斷改(gai)進和完善，好氧顆粒污泥可以(yi)取得良好的(de)(de)(de)除(chu)磷效果(guo)。
03 有毒物質及難降解物質的去除
好氧顆(ke)(ke)粒污(wu)泥(ni)具有(you)致密的核結構，對外部粒子具有(you)較高的防擴散性，因(yin)此(ci)細胞(bao)整體對有(you)毒(du)(du)物質具有(you)很(hen)高的耐(nai)受能(neng)力。A. F. Duque等研究表明，好氧顆(ke)(ke)粒污(wu)泥(ni)可有(you)效去除(chu)合成廢水中有(you)毒(du)(du)的2-氯苯酚(fen)。
也有研究表(biao)明好(hao)氧顆(ke)粒污(wu)(wu)泥(ni)可以去(qu)除(chu)2，4-二硝基甲苯。此外，磷酸三丁(ding)酯的(de)(de)水解(jie)產物(wu)(wu)正丁(ding)醇可以被好(hao)氧顆(ke)粒污(wu)(wu)泥(ni)快(kuai)速(su)生物(wu)(wu)降(jiang)解(jie)。石(shi)油化合物(wu)(wu)的(de)(de)去(qu)除(chu)效果可高達90%。好(hao)氧顆(ke)粒污(wu)(wu)泥(ni)具有優異的(de)(de)生物(wu)(wu)營養物(wu)(wu)質去(qu)除(chu)能(neng)力以及(ji)有毒或(huo)頑固污(wu)(wu)染物(wu)(wu)的(de)(de)生物(wu)(wu)降(jiang)解(jie)性能(neng)。
好(hao)氧(yang)顆粒(li)(li)污(wu)泥相(xiang)關工(gong)藝是常(chang)規活性污(wu)泥工(gong)藝的替代工(gong)藝，用于去(qu)除營養物(wu)、持(chi)久(jiu)性污(wu)染物(wu)和(he)水回用。未來應致力于進一步研究好(hao)氧(yang)顆粒(li)(li)污(wu)泥的形成機(ji)制，改善(shan)低強度(du)污(wu)水中的好(hao)氧(yang)顆粒(li)(li)污(wu)泥形成。
現階段，有關好氧顆粒污泥的研(yan)究大多仍在模擬廢水(shui)的反應器中進行(xing)，今后應著力于在實際污水(shui)和(he)工業廢水(shui)處理中運用研(yan)究。
同時(shi)，關注(zhu)運行條件對好氧顆粒污泥穩(wen)定(ding)性的(de)影響，防(fang)止(zhi)如(ru)(ru)溶液(ye)中含鹽量不當導致(zhi)顆粒污泥失穩(wen)解體等問題的(de)出現；另外，也要(yao)著重研究如(ru)(ru)何加速好氧顆粒污泥的(de)培(pei)養、強化同步高(gao)效脫氮除磷措施等。
4 結論
（1）表(biao)面光滑、粒徑大、性能良好的好氧顆(ke)粒污(wu)泥能夠實現較好的污(wu)水處(chu)理效果，可以(yi)同(tong)(tong)時高(gao)效脫氮和除(chu)(chu)磷，并保持良好的有機(ji)物(wu)去(qu)除(chu)(chu)效果，還可以(yi)去(qu)除(chu)(chu)有毒有害物(wu)質；好氧顆(ke)粒污(wu)泥在不同(tong)(tong)種類廢水處(chu)理過程中(zhong)的效能、去(qu)除(chu)(chu)微污(wu)染(ran)物(wu)的機(ji)理方面需要進一步(bu)研究。
（2）好氧顆(ke)粒(li)污泥的形成是(shi)在多種機制共同影響下的結果，目前還(huan)缺(que)乏能夠準確完整描述(shu)其形成的假(jia)說(shuo)，對其形成機理還(huan)需(xu)要進一(yi)步研究，特別(bie)是(shi)其形成過程中(zhong)胞外聚合物的功能及(ji)調控措施。
（3）好氧(yang)顆粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)培養過程中，污(wu)泥(ni)(ni)(ni)顆粒(li)化以(yi)及顆粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)各種特(te)性受(shou)多因(yin)素(su)的(de)(de)影(ying)響，任一(yi)因(yin)素(su)的(de)(de)改變都可能導致顆粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)解體、粒(li)徑大小的(de)(de)改變；今后應著重(zhong)對(dui)于(yu)好氧(yang)顆粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)內各微生物之間的(de)(de)協作和生態位及其影(ying)響因(yin)素(su)進行研(yan)究(jiu)。
（4）對于好(hao)氧(yang)顆粒污(wu)(wu)泥(ni)(ni)的培(pei)養研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)大多仍(reng)處于實驗規模，未(wei)來應逐漸向實際(ji)污(wu)(wu)水(shui)發展；好(hao)氧(yang)顆粒污(wu)(wu)泥(ni)(ni)在實際(ji)應用中的穩定性仍(reng)然(ran)是一(yi)個挑戰，今后需要對好(hao)氧(yang)顆粒污(wu)(wu)泥(ni)(ni)系統的穩定維持、節能和回收(shou)資源方面的影響因素及控(kong)制策略進行(xing)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)；另外，如何(he)加速好(hao)氧(yang)顆粒污(wu)(wu)泥(ni)(ni)形成仍(reng)將是一(yi)個研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)熱點。
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