好氧颗粒污泥形成过程及形成机理的探讨

第21卷第2期2008年3月浙江万里学院学报JOUl’nalofZhejiangWanliUniversityVo1_2lNo2March2008好氧颗粒污泥形成过程及形成机理的探讨杨国靖(浙万里学院，宁波3151O0)摘要：结合近年来国内外好氧颗粒污泥技术的最新研究成果，埘好氧颗粒污泥的形成过程及形成机理进行了探讨和研究．研究表明好氧颗粒污泥的形成是一个包含物理、化：、：和生物作用的多阶段过程，取决于废水组成及操作条件的选择．同时，对其未来的研究和发展趋势作了展毕．关键词：好氧颗粒污泥；形成过程；形成机理中图分类号：X172文献标识码：A文章编号：1671—2250(2008)02—0099—04收稿日期：2007～12—10作者简介：杨国靖，浙江万里学院生物与环境学院讲师．好氧颗粒污泥是近几年来才发展起来的新型工艺，其可以被看作是具有球状外观的密实的微生物聚合体．与传统的活性污泥相比，污泥颗粒化具有以下优点¨】：1)细菌形成颗粒状的聚集体是一个微生态系统，构成颗粒污泥的生物相极其丰富，不同类型的种群组成了共生或互生体系，有利于形成细菌适宜生长的环境条件，对于减少出水中游离细菌的数目、提高出水水质也有着重要的作用；同时，大量存在的原生和后生动物可以吞食水中难以生物降解的大颗粒污染物，强化有机物的分解代谢反应，从而提高反应器的处理能力和处理效率；2)颗粒使细菌的中问产物的扩散距离大大缩短，有利于其中的细菌对营养物质的吸收，这对复杂有机物的降解具有重要的意义；3)在废水性质突然变化时，颗粒污泥能维持一个相对稳定的微环境，使代谢过程继续进行．而且，好氧颗粒污泥可用于去除城市污水中的氨氮、磷、有机酚、难降解有机物、重金属等．因此好氧颗粒污泥具有较高的研究价值和应用前景．但是由于运行条件苛刻、操作复杂等因素的限制，人们对好氧颗粒的形成过程及形成机理的了解还不够深入．本文通过查阅近年来国内外大量文献及研究成果。，对好氧颗粒污泥形成过程及其机理进行了详细剖析．1好氧颗粒污泥的形成过程好氧颗粒污泥的形成是一个长期而复杂的微生物生态学过程．首先，个体聚集形成种群；接着，在种群的基础上形成群落；然后，由群落形成微生物生态系统；最后，经过群落与环境的相互作用，生态系统逐渐进化并达到相对稳定．具体来说，在好氧颗粒污泥形成、发展和成熟的过程中，经历了细胞聚集、胚胎颗粒污泥成长为初生颗粒污泥以及结构和功能相对稳定等阶段，根据国内外最新研究成果，可将好氧污泥颗粒化过程归纳为4个阶段【7：1)物理作用导致最初细菌向细菌或细菌向基质表面的运动．这里的基质可以是污泥中已经存在的细菌聚合体，也可以是惰性有机或无机物质．细胞向基质迁移主要是以下一种或多种作用的结果：布朗运动产生的扩散作用，水流、气流扰动及沉淀产生的对流作用，细胞运动造成的主动迁移等，如图1所示．2)物理和化学作用导致细菌一固体表面和细胞一细胞问可逆的吸附．如图2所示．这些作用力包括：物理作用力、化学作用力和生化作用力．这里需要强调的是细胞表面的疏水性在生物膜或颗粒污泥的形成中起到了重要的作用，根据热动力学原理，细胞表面疏水性的增加将导敛表面Gibbs8aft9降低，从而提高细胞间的相作用力，并进一步成为了驱使凝聚成团的细菌脱离水相的动力．3)微生物作用使细菌一细菌及细菌一基质问的吸附不再可逆，细菌的聚集体逐渐成熟，见图2．微生物作用包括胞外聚合物如外多聚糖等的产生、细胞聚集体的生长、由环境引起的代谢变化和遗传作用等，这些都有利于加强细胞间的相百作维普资讯http://www.cqvip.coml00浙江万里学院学报2008年3月甩，形成高密度的细胞聚集体．4)细胞不断增殖，在水力剪切力作用下形成稳定的具有三维结构的微生物絮团，微生物絮团的外形和大小最终由菌团和水力剪切作用力间的相互作用强度和形式、微生物种属、底物负荷等决定(图2)．主动迁移扩用用‘一’·⋯：．·’《、蔓图1细胞想基础迁移的不同机制【。一_．_．．xjx／~．g(a)细菌问的可逆吸附变为非可逆的吸附(b)细胞分裂(c)形成细菌群(d)细菌群内细胞分裂并从基质中补充新的细菌而形成颗粒图2污泥颗粒化的过程示意图⋯2好氧颗粒污泥的形成机理颗粒污泥的形成是一个包含物理、化学和生物作用的复杂过程，这个过程可以看作是在流体动力条件下，微生物自固定作用所形成的生物体聚团现象．由于操作条件、反应器类型、进水水质、培养目的不同，国内外学者在各自研究的基础之上提出的好氧颗粒污泥的形成机理并不能诠释所有的颗粒污泥形成情况．目前流行的颗粒污泥形成机理主要有以下几种[13-17j：2．1晶核假说早期对于颗粒污泥形成机理的研究主要是针对厌氧颗粒污泥进行的，但由于好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥均是在相类似的上流式水力体系中形成，因此采用厌氧颗粒污泥的形成机理解释好氧