污水生物處理中的好好氧顆粒污泥的形成機理

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(yōu)點(diǎn)。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(chǎng)的平均耗能水平低58%~63%，其出水水質(zhì)可以達到傳統活性污泥法工藝的出水水質(zhì)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(guò)程，其中既有微生物的作用，也包含物理、化學(xué)等方面的作用，國內外學(xué)者對于好氧顆粒污泥的形成進(jìn)行了長(cháng)期研究，主要形成以下幾種學(xué)說(shuō)。

1、 微生物自凝聚原理

自凝聚是一種在適當條件下自發(fā)產(chǎn)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(jìn)過(guò)程，通過(guò)各種影響力進(jìn)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(shuō)

在好氧顆粒污泥的培養過(guò)程中，接種污泥的微生物主要以絲狀菌為優(yōu)勢菌種。反應器中培養出的顆粒污泥種類(lèi)不同，絲狀菌在顆粒形成過(guò)程中所起到的作用也不同。

有研究通過(guò)對所培養出的不同顏色顆粒污泥進(jìn)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(tài)結構都有所區別。總體來(lái)說(shuō)，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(shuō)

根據熱力學(xué)理論，細胞表面疏水性上升會(huì )減少細胞表面多余的吉布斯能，進(jìn)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(guò)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(zhù)的重要親合力，對于好氧顆粒污泥的形成起到關(guān)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(jìn)一步將細菌緊密地結合在一起。

4、選擇壓驅動(dòng)假說(shuō)

有研究表明，通過(guò)控制沉降時(shí)間進(jìn)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(shí)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(jìn)好氧顆粒污泥的形成。

在一定范圍內，提高選擇壓會(huì )導致好氧顆粒污泥的粒徑變大。縮短沉降時(shí)間可顯著(zhù)提高細胞多糖的產(chǎn)量、細胞表面疏水性及微生物活性，進(jìn)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(shuō)

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(zhì)。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(huán)境中生存和適應的一種現象，通過(guò)QS，細菌可以對種群密度進(jìn)行監測，同時(shí)激活細菌生長(cháng)的基因表達。

研究表明，在好氧顆粒污泥周?chē)�松散附�?zhù)的EPS是造粒過(guò)程的重要因素，主要由其中的蛋白質(zhì)所決定。

EPS的形成取決于反應器內的運行方式及環(huán)境，控制好相關(guān)參數有利于EPS的適量產(chǎn)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(zhù)性EPS（bond EPS，BEPS），BEPS又分為松散附著(zhù)性EPS（loosely bond EPS，LEPS）和緊密附著(zhù)性EPS（tightly bond EPS，TEPS）。

6、階段形成假說(shuō)

階段形成假說(shuō)將好氧顆粒污泥的形成分為4個(gè)階段，每一階段由不同的作用力或物質(zhì)發(fā)揮影響，促進(jìn)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(fā)生的物理運動(dòng)來(lái)促進(jìn)顆粒化，如水動(dòng)力、擴散力等；

第二階段，由物理、化學(xué)及生物方面的各種吸引力來(lái)維持固體細胞表面和多個(gè)細胞之間的穩定連接，如范德華力、化學(xué)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(chǎn)生、菌群的增長(cháng)等過(guò)程均在此階段；

第四階段，通過(guò)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(gè)形成過(guò)程。