好氧顆粒污泥的形成及性能的影響因素分析

1、好氧顆粒污泥的形成及性能的影響因素分析摘要：本文介紹了好氧顆粒污泥的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)，闡述了在好氧顆粒污泥形成機(jī)理方面的觀點(diǎn)，并對(duì)影響好氧顆粒污泥形成性能的因素進(jìn)行分析。這些因素包括流體剪切力、溶解氧濃度、沉降時(shí)間、水力停留時(shí)間、污泥齡、溫度以及有無誘導(dǎo)核存在。同時(shí)，指出了好氧顆粒污泥培養(yǎng)研究中存在的問題，并對(duì)其研究方向和應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。論文關(guān)鍵詞：好氧顆粒污泥,影響因素,性能好氧顆粒污泥是在好氧條件下自發(fā)形成的細(xì)胞自身固定化顆粒。具有良好的沉淀性能、較高的生物量和在高容積負(fù)荷條件下降解高濃度有機(jī)廢水等優(yōu)點(diǎn)，因此在廢水處理領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于好氧顆粒污泥形成及性能的影響因素以及形成機(jī)理尚

2、存在許多未知領(lǐng)域，這成為阻礙好氧顆粒污泥工藝工業(yè)化的限制因素，也引起了我們廣泛學(xué)者的興趣。1 好氧顆粒污泥的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)1.1 形態(tài)及結(jié)構(gòu)好氧顆粒污泥的外觀與絮狀污泥截然不同，用肉眼可觀測(cè)到，好氧顆粒污泥顏色一般呈橙黃色，具有相對(duì)規(guī)則的圓形或橢圓形外觀，成熟的好氧顆粒污泥有光滑的表面，邊界清晰1，粒徑一般在0.33mm 之間 ，顆粒污泥的形態(tài)系數(shù)穩(wěn)定在0.45，縱橫比為0.51.0。在放大鏡下即可觀察到顆粒污泥表面有一些空隙，這些空隙被認(rèn)為是底物與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)傳遞的通道1。1.2 沉降性能好氧顆粒污泥的沉淀性能決定著反應(yīng)器固液分離的效果，由于好氧顆粒污泥以密實(shí)的顆粒狀存在，其SVI為12.664.5

3、mL/g，(一般在30 mL/g左右），而普通活性污泥的SVI在100150 mL/g，大大低于普通活性污泥的SVI值。好氧顆粒污泥的沉降速度與其粒徑有關(guān)，一般為3070m/h，而傳統(tǒng)的活性污泥的沉降速率為810m/h?？梢?，好氧顆粒污泥有著良好的沉降性能。沉降速度的提高，不僅可以縮短沉降的時(shí)間、減小沉淀池的體積，而且可以提高反應(yīng)器內(nèi)微生物的濃度，微生物濃度提高可以獲得較高的污染物降解速率。1.3 比重與含水率好氧顆粒污泥的比重一般在1.0041.008左右，含水率一般為97 %98 % ，低于普通活性污泥(含水率99 %以上)，即采用好氧顆粒污泥比普通活性污泥的污泥量至少減少一半。1.4 比

4、耗氧速率比耗氧速率（SOUR）指單位重量的微生物在單位時(shí)間內(nèi)消耗的氧氣量，它是評(píng)價(jià)污泥微生物代謝活性的一個(gè)重要指標(biāo)。好氧顆粒污泥SOUR一般大于40mgDO/gVSS·h，隨著水力剪切力的增大，固液界面DO傳質(zhì)作用和微生物呼吸作用得到加強(qiáng)，SOUR相應(yīng)提高。Liu2等研究發(fā)現(xiàn)在內(nèi)源呼吸階段，顆粒污泥與絮狀污泥的耗氧速率相差不大，分別為10.07、8.36mgDO/gMLSS·h，而在基質(zhì)降解過程中耗氧速率分別高達(dá)41.90、18.32mgDO/gMLSS·h，為內(nèi)源呼吸階段的4倍和2倍，可見好氧顆粒污泥的形成大大提高了微生物活性。1.5 結(jié)構(gòu)Yu Liu等3通過電

5、鏡觀察表明，好氧顆粒污泥呈層狀結(jié)構(gòu)，一般23層，外層比內(nèi)層密實(shí)，厚度小。由于溶解氧以及廢水中的基質(zhì)在各層的濃度不同，造成各層的微生物種類不同，功能也不同。Beun J . J . 4等在SBAR反應(yīng)器中培育出了顆粒污泥，用刀片把顆粒污泥切成兩半，在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，一般情況下顆粒污泥分為兩層：顆粒中心直徑約為1.7mm ，外層大約為0.4mm 厚。外層結(jié)構(gòu)相當(dāng)密實(shí)，顆粒中心相對(duì)于外層是毛茸茸的膠體狀結(jié)構(gòu)且比較透明。2 好氧顆粒污泥的形成機(jī)理及性能的影響因素2.1 好氧顆粒污泥的形成機(jī)理好氧顆粒污泥的形成是一個(gè)復(fù)雜的過程，迄今對(duì)其形成機(jī)理的研究尚不深入。目前，對(duì)于無誘導(dǎo)核情況下好氧顆粒污泥的形成

6、機(jī)理達(dá)成了一個(gè)比較一致的觀點(diǎn)，即在初始時(shí)，絲狀菌纏繞搭成框架，微生物不斷沉著在框架上并繁殖生長(zhǎng)，通過控制操作條件最終形成顆粒污泥。然而在從絲狀菌占優(yōu)勢(shì)到規(guī)則顆粒形成的過程，還是存在不同的觀點(diǎn)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，絲狀菌形成三維框架，微生物積累于其上，由于流體剪切力、沉降時(shí)間、選擇壓等作用，使密度小、沉降性能差的絮體不斷從表面洗脫，流體與顆粒之間的摩擦作用使光滑的顆粒表面得以形成。顆粒在流體的不斷沖擊下，作為框架的絲狀菌也不斷從表面被洗脫，最終形成密度大、沉降性能好的顆粒污泥。在好氧、厭氧顆粒中發(fā)現(xiàn)有少量絲狀菌，證明顆粒的這種形成機(jī)制是存在的。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為4，真菌很容易在絲狀菌框架上形成小球，該小球

7、對(duì)其他微生物起固定化載體的作用。但該小球不像規(guī)則光滑的顆粒那樣具有緊湊的結(jié)構(gòu)，而是比較松散。在剪切力作用下，沉降性能差的絮體從小球表面洗脫，經(jīng)過沉降時(shí)間的選擇壓作用被排出反應(yīng)器。而那些沒有被洗脫的微生物以小球?yàn)楦街c(diǎn)不斷積累，增長(zhǎng)繁殖。隨著小球體積增大，傳質(zhì)阻力增大，限制了氧的擴(kuò)散，最后小球解體。此時(shí)，在小球載體上由不同菌種形成的顆粒污泥已具有了良好的沉降性能，并能夠維持顆粒形態(tài)，然后顆粒污泥繼續(xù)長(zhǎng)大。這一觀點(diǎn)也有實(shí)驗(yàn)觀察支持1、4。對(duì)于這兩種形成過程是否會(huì)在反應(yīng)器中同時(shí)發(fā)生尚無定論。有誘導(dǎo)核的情況下，好氧顆粒污泥的形成還不是很清楚，可能是涉及晶核理論的完全不同的另一種機(jī)制。核為微生物的吸附生

8、長(zhǎng)提供表面。在高剪切力下，微生物的代謝途徑發(fā)生改變，分泌產(chǎn)物中黏性強(qiáng)的多聚糖大量產(chǎn)生，有利于微生物與核之間吸附的發(fā)生。微生物的吸附凝聚涉及多種物理力、化學(xué)力和生物力，非常復(fù)雜。2.2 好氧顆粒污泥的影響因素2.2.1 流體剪切力流體剪切力對(duì)好氧顆粒污泥的形成、結(jié)構(gòu)等有很大的影響，決定著形成的好氧顆粒污泥的性質(zhì)。Shin 等得出結(jié)論，顆?；怯勺饔迷陬w粒污泥上的物理力控制的。好氧顆粒污泥現(xiàn)象與反應(yīng)器中的流體動(dòng)力條件緊密相關(guān)。Beun4 等發(fā)現(xiàn)當(dāng)表面空氣流速較低時(shí)，在USBR中不能形成穩(wěn)定的好氧顆粒污泥。當(dāng)在較高的表面空氣流速的作用下時(shí)，污泥顆?；F(xiàn)象開始發(fā)生，并且由于高的剪切力形成了光滑、密實(shí)、穩(wěn)定的顆粒污泥。近期研究表明，流體剪切力還會(huì)對(duì)污泥的生理活動(dòng)產(chǎn)生影響。當(dāng)水力剪切力較大時(shí)新陳代謝產(chǎn)生的能量主要被用于生理反應(yīng)產(chǎn)生多糖，而非用于增加污泥的