强化生物除磷系统中好氧颗粒污泥形成与研究.docx

强化生物除磷系统中好氧颗粒污泥形成与研究摘要：好氧颗粒是一种大型的生物聚集体内部结构紧凑可用于高效的废水处理。通过好氧颗粒化工艺的发展、颗粒化机理、强化生物除磷（enhancedbiologicalphosphorusremovalEBPR）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进行了新的综述。强化生物除磷（enhancedbiologicalphospho-rusremovalEBPR）被认为是一种有效的除磷工艺反应条件先厌氧后好氧利用聚磷菌的富集生长去除水中大部分的磷[1]。EBPR法与其他传统方法相比是一个相对低廉和可持续的方法同时该工艺已经在全球范围以内开始应用。目前大多数EBPR工艺都是用于活性污泥法中但是实际应用中会遇到许多问题如污泥膨胀、设备占地面积大、能耗高和剩余污泥产生量多等问题。好氧颗粒污泥是在好氧条件下培养的由系统中微生物聚集形成的形状规则的聚集体。与传统活性污泥相比它具备沉降快、污泥结构稳定、剩余污泥量少等优点且具备高污泥浓度能承受高强度废水和冲击载荷。目前已有众多研究致力于好氧颗粒污泥的开发利用如用于处理高浓度有机废水、高盐废水、印染废水等。此外好氧颗粒污泥结构中同时存在好氧、缺氧、厌氧三区因此能有效去除COD的同时能够实现同步脱氮除磷故在实际应用上广阔的应用价值。1好氧颗粒污泥1.1好氧颗粒污泥技术的发展1991年好氧颗粒污泥最早由Mishima等[10]在好氧升流式污泥床反应器（AUSB）中培养出来但AUSB运转条件严格需要纯氧曝气运行条件和成本均较高。直到20世纪90年代中期Morgenroth[11]等首次采用序批式反应器（SBR）成功培养出好氧颗粒污泥为后来SBR培养好氧颗粒污泥奠定了基础也标志着好氧颗粒污泥技术的诞生。在此基础上好氧颗粒污泥的研究在1997年快速展开进入了快速发展期主要集中在两个方面：宏观上研究污泥在颗粒化过程当中的形貌变化、形成机制并优化培养参数。微观上从微生物菌群结构、蛋白等层面去分析颗粒化机理。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。关于颗粒污泥的形成过程进行了大量的研究但仍没有统一定论目前主要有四种假说：（1）自凝聚假说。系统中的微生物在各个力（水力、静电斥力、范德华力等）作用下发生自凝聚从而有活性污泥转化成颗粒污泥。在细胞与细胞、细菌与细菌、蛋白质与蛋白质及其三者之间均广泛的存在这些力使得微生物凝聚成规则的三维结构。好氧颗粒污泥结构从内到外包含的细菌多达几百万种细菌之间的相互作用力也有助于促进该过程的进行。微生物聚合体不断聚集变大并不断压缩结构变得紧密最终形成结构致密、外形规则的颗粒状污泥。（2）胞外聚合物（EPS）假说。EPS是在一定环境条件下由微生物主要是细菌分泌于体外的一些高分子聚合物。主要成分与微生物的胞内成分相似是一些高分子物质如多糖（PS）、蛋白质（PN）和核酸等聚合物。胞外聚合物假说认为这些胞外聚合物通过增加污泥表面疏水性和降低污泥表面电负性来促进颗粒化进程。（3）选择压力假说。在培养颗粒污泥的过程当中可以通过控制沉降时间筛选掉沉降性能较差的污泥从而实现污泥的颗粒化。选择压力又分为物理选择压和生物选择压物理选择压主要包括搅拌、曝气、高径比、沉淀时间、体积交换率等；生物选择压主要包括进水组分、有机负荷率等。（4）晶核假说。反应器中存在的固体物质微生物附着在上面先是形成小颗粒然后微生物不断地生长繁殖变成大颗粒。晶核一般来源于反应器中的惰性基质或沉淀甚至是污泥本身。2颗粒稳定性研究长期储存和运转过程当中结构稳定性和生物活性的丧失是好氧颗粒过程在野外应用的主要挑战。以乙酸钠为碳源颗粒在有机负荷<15kg/m3d时保持结构稳定性但在有机负荷>18kg/m3d时失去稳定性。有机负荷的增加可以增加颗粒大小增强颗粒内厌氧芯的生长这些颗粒是由大量的死细胞形成的从而导致颗粒结构的崩塌。在颗粒污泥中加入10~50mg/lTiO2纳米粒子发现颗粒污泥中的颗粒生成稳定、致密、硝化率高的藻类细菌颗粒。作者提出纳米粒子能以较少的丝状菌株刺激EPS的排泄从而产生稳定的颗粒。由于好氧颗粒污泥过程当中产生的松散颗粒结构会导致反应器内生物质的洗涤因此丝状颗粒的过度生长往往被认为是好氧颗粒污泥工艺失败的原因。在进水pH值为4.5~8的条件下以乙酸或葡萄糖为碳源培养好氧颗粒。他们的研究首次在实验上证实了酸性pH而不是碳源（如乙酸或葡萄糖）把控好氧颗粒丝状结构。酸性pH降低细胞内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