郝桂珍，趙 勇，徐 利，范宇成，盧炳珩

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000； 2.河北省水質(zhì)工程與水資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 張家口 075000)

1 引言

隨著社會、城市化的發(fā)展以及人民生活水平的提高，造成的水體污染問題愈發(fā)嚴(yán)重，同時國家與地方政府對污水排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，形勢依然嚴(yán)峻[1，2]。近年來，好氧顆粒污泥(AGS)因具有良好的沉降性能，豐富的生物量，結(jié)構(gòu)密實(shí)以及抗沖擊負(fù)荷等優(yōu)勢成為了國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)[3]，被認(rèn)為是目前最具有發(fā)展前景的新型污水處理技術(shù)之一[4]。由于AGS的形成機(jī)理尚未明確，啟動周期耗時過長(1～2月)和運(yùn)行不穩(wěn)定以及顆?；M(jìn)程中受到多種因素的影響等限制了該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的發(fā)展[5，6]。

大部分研究主要是圍繞AGS的快速培養(yǎng)和顆粒運(yùn)行失穩(wěn)問題。過去10年里研究發(fā)表的關(guān)于強(qiáng)化AGS的培養(yǎng)中，通常是投加金屬離子、惰性載體等方法強(qiáng)化AGS 的形成。極少有針對生物強(qiáng)化、投加有機(jī)物質(zhì)以及群感效應(yīng)(QS)對好氧污泥造粒的影響。對于該問題本文對近些年的研究成果進(jìn)行綜合評述，將有助于理解造粒機(jī)理和加快AGS實(shí)際大規(guī)模的應(yīng)用[7]。

2 強(qiáng)化造粒培養(yǎng)

2.1 添加微生物強(qiáng)化劑

AGS是微生物自凝聚形成的顆粒物，所以微生物群落在AGS的形成過程中發(fā)揮重要的作用，不同菌體的特的代謝和功能，導(dǎo)致其絮凝性能不同[8]。細(xì)胞之間的聚集是不同基因的菌株之間的細(xì)胞間粘附，促進(jìn)信號流動，生物膜生長，為微生物提供生態(tài)位，進(jìn)而影響AGS的微生物群落結(jié)構(gòu)[9]。理論上，選擇合適的菌株強(qiáng)化好AGS是一種有效的方法。早在2006年，Jiang等[10]投加PG-2和PG-8菌株來強(qiáng)化AGS降解苯酚，發(fā)現(xiàn)投加二種菌株的反應(yīng)器內(nèi)第7 d出現(xiàn)顆粒污泥，第23 d顆粒污泥成熟，且具有良好的降解苯酚效果。宋志偉等[11]向反應(yīng)器中投加絮凝菌株，與對照組對比，AGS形成時間提前了1周。

MBF是一種新型的生物絮凝劑，其是微生物的代謝產(chǎn)物，擁有較高的微生物親和性、絮凝性以及生物降解性等特點(diǎn)，所以得到越來越多的關(guān)注和研究[12]。梁梓軒等[13]在投加MBF加速AGS研究中，MBF組在第38 d培養(yǎng)成功；與對照組相比，MBF組出現(xiàn)了明顯的聚集體的絮凝現(xiàn)象。由于微生物聚合物的官能團(tuán)(蛋白質(zhì)等)能直接被微生物利用，而不是水解。所以還需要進(jìn)一步分析微生物聚合物官能團(tuán)以及可利用的生物量等。

以生物質(zhì)(菌絲球)作為載體在好氧顆粒污泥的研究較少，菌絲球是由絲狀真菌經(jīng)過發(fā)酵過程，相互纏繞形成球狀的的微生物顆粒[14]。Geng M等[15]投加菌絲球與活性污泥質(zhì)量之比為1∶10至反應(yīng)器，運(yùn)行第22 d左右，污泥完成了顆?；?平均粒徑為0.5 mm)，較對照組提前了18 d；菌絲球的投加避免了前期大量生物質(zhì)的流失，提高了污泥沉降性能；菌絲球明顯加速了污泥顆?；要?dú)特的孔道結(jié)構(gòu)，有更好的除污能力以及分泌更多的胞外多糖，尤其是胞外蛋白。尹志文等[16]投加50 g菌絲球的反應(yīng)器在第12 d成功實(shí)現(xiàn)好氧污泥顆?；?平均粒徑0.2 mm)，且微生物活性高，具有較強(qiáng)的的生物促進(jìn)作用。

2.2 添加有機(jī)物質(zhì)

殼聚糖是不溶于水的陽離子聚合物，由于環(huán)保無污染、可降解性特點(diǎn)，比合成的陽離子聚合物和多價的金屬離子更受歡迎[17]。目前已經(jīng)在強(qiáng)化厭氧顆粒污泥研究中有所進(jìn)展，其加速污泥顆?；脑蚴菤ぞ厶蔷哂形健㈦姾芍泻鸵约邦w粒間的架橋作用[18]。Jinte Zou等[19]投加殼聚糖基污泥團(tuán)聚體，在10天內(nèi)迅速實(shí)現(xiàn)了完全造粒。在AGS系統(tǒng)快速啟動時，避免了大量生物量的流失，促進(jìn)了AGS的形成；此外，培養(yǎng)過程中絲狀菌和念珠菌的豐度和胞外聚合物含量的增加也有助于AGS的形成。

Junguo He等[20]低溫(10 ℃)下采用三聚氰胺骨架(MF)強(qiáng)化造粒，70 d內(nèi)成功培養(yǎng)出沉降性能良好、顆粒穩(wěn)定的AGS。前期在三聚氰胺骨架內(nèi)植入接種污泥，避免污泥大量的流失，為后期的顆粒污泥提供骨架支撐，同時，顆?；^程中胞外多糖含量顯著增加，提高AGS的穩(wěn)定性，有效的加快污泥顆粒化。

近年來新興微污染物，例如抗生素甲氧芐啶(TMP)、磺胺甲惡唑(SMX)等通常存在于廢水中甚至地表水中，對環(huán)境污染問題造成威脅。Du等[21]指出SMX (1 mg/L)的存在下，觀察到更多的絲狀菌分泌EPS。Ant^onio Ricardo Mendes Barros等[22]評估TMP和SMX對污泥造粒影響；發(fā)現(xiàn)高劑量TMP和SMX(200mg/L)作用下生成的AGS具有良好的沉降性，加速造粒時間不理想。玉良斌等[23]研究表明投加TC有利于加速顆粒污泥(90 d)的形成，改善了污泥的相對疏水性和絮凝性；投加2 mg/L TC的反應(yīng)器較對照組提前了10 d形成顆粒污泥，且污泥對TC有一定的去除效果，主要以吸附為主。

2.3 群感效應(yīng)的影響

EPS是微生物為了適應(yīng)環(huán)境變化在特定條件下分泌在細(xì)胞表面的有機(jī)大分子物質(zhì)，主要包括蛋白質(zhì)(PN)、多糖(PS)、腐殖酸等，被認(rèn)為是一種生物細(xì)胞凝聚的黏合劑，對顆粒污泥的形成和穩(wěn)定性具有重要的作用[24]。

群體感應(yīng)(QS)是由感知信號分子，調(diào)節(jié)細(xì)胞間的相互作用，并在其濃度達(dá)到臨界點(diǎn)時實(shí)現(xiàn)基因的表達(dá)[25]。QS系統(tǒng)和細(xì)胞信號分子在污泥顆粒化過程中起著重要作用，能加速胞外聚合物的合成，提高微生物的表面附著能力[26]。信號分子不僅能促進(jìn)EPS的分泌，而且能間接地影響AGS系統(tǒng)的運(yùn)行性能和污泥特性。研究信號分子對AGS的形成及顆?；臋C(jī)理至關(guān)重要[27]。目前AGS中主要存在的信號分子有AHLs、AIPs、AI-2和C-di-GMP。

信號分子對顆粒污泥造粒的影響主要在于EPS的分泌、ATP以及污泥沉降性能的影響。研究表明信號分子通過調(diào)節(jié)EPS的濃度來加速細(xì)菌聚集并形成顆粒。Ma等[28]在AGS實(shí)驗(yàn)中加入AHLs，結(jié)果表明AHLs濃度與EPS的含量呈正相關(guān)。Li等[29]得出信號分子AHLs能夠促進(jìn)EPS的分泌，提高細(xì)胞表面疏水性，強(qiáng)化細(xì)菌體之間的聚集。ATP是微生物新陳代謝的主要能量來源。研究表明ATP可以調(diào)節(jié)微生物中群感效應(yīng)誘導(dǎo)信號分子的生成，同時群感效應(yīng)也會影響ATP的生成[30]。上知AHLs失活會使EPS的含量降低，從而破壞了顆粒結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致顆粒污泥密度較小，又因?yàn)锳HLs含量與EPS中的PN含量呈正相關(guān)，因此，信號分子介導(dǎo)的群感效應(yīng)可以調(diào)節(jié)EPS的含量影響微生物之間的粘附，從而影響顆粒污泥沉降性能。

3 討論

目前使用特殊菌株進(jìn)行接種好氧顆粒污泥強(qiáng)化AGS的研究依然很少；筆者認(rèn)為主要原因是特殊菌株的分離過程復(fù)雜，以及最終進(jìn)入環(huán)境中菌株的安全性問題。MBF的來源有多種，其中從微生物的代謝產(chǎn)物中提取微生物絮凝劑是研究最多的。該方法無污染，環(huán)保是促進(jìn)好氧污泥顆?；罾硐敕椒?，同時為剩余污泥資源化開啟了新方向；菌絲球作為載體材料在促進(jìn)好氧污泥顆?；M(jìn)程中有明顯的效果，并且菌絲球沉降性能良好，易于成球，營養(yǎng)需求簡單，生產(chǎn)成本低，相比于其他載體材料，具有生物相容性，粘附能力方面的優(yōu)勢，在強(qiáng)化AGS的研究具有美好的前景。

有機(jī)類聚合物類如殼聚糖基泥、三聚氰胺骨架等前期通過截留豐富生物質(zhì)，增加污泥濃度，促進(jìn)顆粒污泥的形成，自身無污染；不像抗生素類物質(zhì)TMP、SMX、TC，在促進(jìn)顆粒污泥的同時，自身作為新的污染物質(zhì)進(jìn)水水中，形成的顆粒污泥對其去除率較低，往往需要其他介質(zhì)的輔助作用，達(dá)到較高的去除率。

4 結(jié)論

本文總結(jié)了投加生物菌體、有機(jī)天然物質(zhì)以及QS強(qiáng)化AGS的方法，一般是將AGS的形成時間控制在30 d內(nèi)，甚至在10 d以內(nèi)，是解決AGS啟動時間慢問題的替代方法。不同類型的強(qiáng)化方法雖然對AGS的形成機(jī)理不盡相同，但大多是依賴生物量的增加，或者引起微生物分泌的胞外蛋白和多糖的含量以及微生物群落的變化，間接影響顆粒污泥的粒徑大小和沉降性能。