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天津眾邁廠家污水生物處理中好氧顆粒污泥的形成機理
發布時間： 2022-07-06 點擊次數： 1793次天津眾邁廠家污水生物處理中好氧顆粒污泥的形成機理
好氧顆粒污泥英文縮寫為AGS，是一種比較特殊的顆粒狀的生物組合體，它主要是利用生物自凝聚的特性而形成的一種顆粒狀活性污泥。好氧顆粒污泥結構嚴密有規律，具有較強的沉降性能，在處理污染物方面能達到非常明顯的效果。因為微生物本身固有的自固定性的性能特點，即便是在動態的條件下也能夠很好進行凝固，形成團聚的生物體，而且不會出現膨脹現象，也不會降低水質。1980年，在污水處理的研究上發現了厭氧顆粒污泥，在采用厭氧顆粒污泥進行污水處理時發現其在處理污水的過程中會發生很高的溫度反應，而且時間特別長，對于低碳類、氮磷含量高的污水達不到很好的去除效果。專家們在20世紀90年代發現了好氧顆粒污泥，并且將其在污水處理過程中進行使用，結果表明，好氧顆粒污泥能夠將高濃度的有毒有機物質，以及氮磷含量非常高的污水處理得非常干凈，一些重金屬和乳制品廢水也能達到很好的效果，于是好氧顆粒污泥技術成為環境工程領域內的研究熱點和焦點。
2好氧顆粒污泥的特點
好氧顆粒污泥的培養比較困難，受到的條件限制很多，而且不同狀況下培養出的好氧顆粒污泥的大小、顏色以及相應的性能都不相同。
2.1色澤和顆粒
好氧顆粒污泥的外形非常有規則，一般為圓形或橢圓形，表面顏色為淺黃色或者橘黃色并且有豐富的孔隙。顆粒污泥的顆粒直徑會不斷地變大，隨著直徑的增加，污泥的下沉速度也會跟著加快，污泥的密度和疏水性也會隨之加大，這時顆粒污泥的體積是在逐漸減小的。當顆粒污泥的直徑超過4㎜之后阻力加大，對微生物的繁殖生長以及多聚物的分泌就會產生影響，最終導致顆粒污泥的表皮破裂，逐漸形成絮狀活性污泥。所以在應用好氧顆粒污泥技術對化工污水進行處理時必須要掌握好顆粒污泥的顆粒大小和生物活性特征。
2.2沉降性能
好氧顆粒污泥的密度、體積指數以及污泥的沉降比指數綜合數值都在最佳狀態值范圍，雖然含水率較高超過了97%，但是并不影響沉降速率，好氧顆粒污泥的沉降速度是絮狀污泥沉降速度的5～6倍，所以即便是水力負載很強的環境下依然具有非常高的運行狀態和效率。
2.3微生物多樣性
顆粒污泥內部形成分為很多的區域，有好氧區、缺氧區和厭氧區，微生物的有氧代謝能降解有機污染物，還可以氧化污水中含有氨氮的物質。氧化后的氨氮成分逐漸擴散到缺氧區和厭氧區，在這里微生物作為電子受體對其進行代謝，從而降低污水中的氮元素。同時顆粒污泥中的含有的微生物能有效地去除污水中的COD、BOD和TN。還能夠降低污水池中的污染物體積，從而降低了污水處理廠對占地面積的需求。
顆粒污泥中，好氧顆粒污泥(AGS)具有表面光滑、密度大、沉降性能良好、能夠維持較高的生物量以及承受較高的有機負荷等優點。M. Pronk等指出，好氧顆粒污泥系統的總體能耗為13.9 kW·h，比荷蘭傳統活性污泥廠的平均耗能水平低58%~63%，其出水水質可以達到傳統活性污泥法工藝的出水水質甚至更好。好氧顆粒污泥系統所需要的體積也比現有的常規活性污泥裝置所需要的體積低33%左右，在能耗和土建費用方面均有所減少。
好氧顆粒污泥的形成機理
好氧顆粒污泥的形成是由眾多因素共同作用完成的復雜過程，其中既有微生物的作用，也包含物理、化學等方面的作用，國內外學者對于好氧顆粒污泥的形成進行了長期研究，主要形成以下幾種學說。
1、 微生物自凝聚原理
自凝聚是一種在適當條件下自發產生的微生物凝聚現象。有研究表明，好氧顆粒污泥的形成是由種泥逐步致密聚集的漸進過程，通過各種影響力進而形成顆粒污泥。由水力剪切力、pH等眾多因素決定顆粒最終能否形成穩定的結構。
2、絲狀菌假說
在好氧顆粒污泥的培養過程中，接種污泥的微生物主要以絲狀菌為優勢菌種。反應器中培養出的顆粒污泥種類不同，絲狀菌在顆粒形成過程中所起到的作用也不同。
有研究通過對所培養出的不同顏色顆粒污泥進行破碎處理，得到絲狀菌在顆粒污泥中的形成結構。好氧顆粒污泥在反應器不同階段出現黃色、黑色及白色3種不同顏色的顆粒，不同顆粒污泥的菌種比例及形態結構都有所區別。總體來說，絲狀菌對好氧顆粒污泥的形成及穩定起到重要作用。
3、細胞表面疏水性假說
根據熱力學理論，細胞表面疏水性上升會減少細胞表面多余的吉布斯能，進而增加細胞間的相互作用形成致密的穩定結構。
有研究表明，在3周的好氧顆粒污泥形成過程中，污泥的疏水性由接種污泥的39%上升到73%，由此證明細胞表面疏水性是細胞自身聚集和附著的重要親合力，對于好氧顆粒污泥的形成起到關鍵作用。疏水性對于細胞間的相互作用具有重要意義，這可能引起微生物的初始自身穩定，并進一步將細菌緊密地結合在一起。
4、選擇壓驅動假說
有研究表明，通過控制沉降時間進而控制選擇壓是序批式反應器(SBR)中好氧顆粒污泥形成的決定性因素。縮短沉降時間有助于洗出沉降性能差的絮體污泥，造成相對較強的選擇壓，促進好氧顆粒污泥的形成。
在一定范圍內，提高選擇壓會導致好氧顆粒污泥的粒徑變大。縮短沉降時間可顯著提高細胞多糖的產量、細胞表面疏水性及微生物活性，進而利于好氧顆粒污泥的形成。對選擇壓的控制和深入研究有助于更好地了解好氧顆粒污泥的形成機制。
5、胞外聚合物假說
胞外聚合物(EPS)是在一定的適宜條件下由微生物分泌于細胞表面的大分子有機物質。自誘導體(autoinducer，AI)(信號分子)形成后釋放，可以在群體感應(Quorum sensing，QS)中被細菌探測到。QS是細菌在不斷變化的環境中生存和適應的一種現象，通過QS，細菌可以對種群密度進行監測，同時激活細菌生長的基因表達。
研究表明，在好氧顆粒污泥周圍松散附著的EPS是造粒過程的重要因素，主要由其中的蛋白質所決定。
EPS的形成取決于反應器內的運行方式及環境，控制好相關參數有利于EPS的適量產生，從而形成穩定的好氧顆粒污泥。根據結合程度的不同，EPS可分為溶解性EPS(soluble EPS，SEPS)和附著性EPS(bond EPS，BEPS)，BEPS又分為松散附著性EPS(loosely bond EPS，LEPS)和緊密附著性EPS(tightly bond EPS，TEPS)。
6、階段形成假說
階段形成假說將好氧顆粒污泥的形成分為4個階段，每一階段由不同的作用力或物質發揮影響，促進接種污泥逐步形成顆粒污泥。
第一階段，由接種污泥表面細菌之間發生的物理運動來促進顆粒化，如水動力、擴散力等；
第二階段，由物理、化學及生物方面的各種吸引力來維持固體細胞表面和多個細胞之間的穩定連接，如范德華力、化學鍵及細胞膜融合等；
第三階段，微生物促使聚集的細菌成熟，EPS的產生、菌群的增長等過程均在此階段；
第四階段，通過水力剪切力形成穩定的三維結構。該形成機理是目前比較全面的一種顆粒污泥形成理論，但因各種因素間的相互影響，仍難以完整涵蓋好氧顆粒污泥整個形成過程。
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