蘇雷，李倩倩，劉然，王為，禹雪迪

（1.沈陽城市建設(shè)學(xué)院， 遼寧 沈陽 110167； 2.沈陽天華建筑設(shè)計有限公司，遼寧 沈陽 110085）

顆粒污泥是由棉絮狀的活性污泥經(jīng)過一系列的復(fù)雜變化過程，在適宜的環(huán)境條件下而形成的一種微生物凝聚體。按最終電子受體的不同，顆粒污泥有好氧顆粒污泥和厭氧顆粒污泥，均具有較好的沉降性和較高的微生物量。厭氧顆粒污泥的研究先于好氧顆粒污泥[1]，但處理高有機負(fù)荷廢水時出水水質(zhì)效果較差，不具有去除氮、磷的能力。受到厭氧顆粒污泥培養(yǎng)經(jīng)驗的啟發(fā)，研究者們紛紛開展好氧顆粒污泥的培養(yǎng)形成及啟動條件研究，成為目前污水生物處理領(lǐng)域的研究熱點[2-4]。本文綜述了接種污泥形式、SBR系統(tǒng)運行模式和運行周期、有機負(fù)荷、水力剪切力對好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)啟動的影響。

1 好氧顆粒污泥基本特征

與傳統(tǒng)絮狀活性污泥相比，好氧顆粒污泥是肉眼可見的顆粒，粒徑不小于0.3 mm，甚至可達(dá)到5.0 mm，外形輪廓清晰，邊緣光滑。顆粒污泥形狀呈圓形或橢圓形，顏色大部分為黃色或淡黃色。通過微生物量和沉降性指標(biāo)判定好氧顆粒污泥微生物量較高且種類多樣，沉降性能好，5 min沉降時間與30 min沉降時間得出SVI值相同，易于沉降分離而且含水率低。通過掃描電鏡觀察顆粒結(jié)構(gòu)致密，在同一好氧顆粒污泥結(jié)構(gòu)中可以實現(xiàn)同時降解有機物、脫氮和除磷的能力，還能處理高氨氮[5]、有毒有害等廢水[6]。

2 好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)啟動的培養(yǎng)方式

好氧顆粒污泥的形成是一個涉及物化、生化作用原理的復(fù)雜凝聚過程，因此環(huán)境條件的變化對好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)啟動與穩(wěn)定有著一定的影響。研究者分別從多個角度，采用多種培養(yǎng)方式對在SBR系統(tǒng)中培養(yǎng)好氧顆粒污泥的試驗研究，以加快好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)的啟動，其中包括接種污泥形式、水力剪切力、SBR系統(tǒng)運行模式和運行周期、有機負(fù)荷影響因素。

2.1 接種污泥形式

研究者發(fā)現(xiàn)，不同的種泥形式對于好氧顆粒污泥的快速形成具有重要影響。WANG[6]等在SBR反應(yīng)器中分別接種絮狀活性污泥和冷凍保存的成熟顆粒污泥作為接種污泥，培養(yǎng)好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)的形成，試驗結(jié)果表明，以冷凍儲存的顆粒污泥為種泥更能快速啟動好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)，而且形成的好氧顆粒污泥構(gòu)造緊實，輪廓清晰、光滑，混合液質(zhì)量濃度（MLSS）超過8 g·L-1，降解污水指標(biāo)COD、NH4+-N和TP效果好，去除率均超過90%。黃思琦[7]等從UASB中提取厭氧顆粒污泥，經(jīng)過篩網(wǎng)篩選（80目）、清洗、空曝預(yù)處理后作為接種污泥，采用人工模擬生活污水培養(yǎng)好氧顆粒污泥，僅用30 d成功培養(yǎng)出性能穩(wěn)定的好氧顆粒污泥。龍焙[8]等在SBR系統(tǒng)中研究分別投加接種污泥為10%、20%及30%的成熟好氧顆粒污泥（AGS）對縮短AGS形成的時間，結(jié)果表明，沉降時間為10 min時投加30%的AGS，能夠快速啟動好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)。投加金屬離子對縮短培養(yǎng)好氧污泥顆?；臅r間也有促進(jìn)作用，3個規(guī)格相同的SBR裝置分別投加50 mg·L-1Ca2+的活性污泥、50 mg·L-1Mg2+的活性污泥與普通活性污泥作對照實驗，歷時45 d試驗研究發(fā)現(xiàn)，添加鈣、鎂離子對顆粒污泥的快速形成具有一定的促進(jìn)作用，且鎂離子更能促進(jìn)細(xì)胞分泌EPS的含量[9]。王良杰[10]等通過對普通活性污泥進(jìn)行物理脫水預(yù)處理，得到物理顆粒污泥作為實驗研究的接種污泥，20 d內(nèi)實現(xiàn)顆?；勰啵?5 d時顆粒污泥MLSS值為6 300 mg·L-1。

2.2 SBR系統(tǒng)運行模式和運行周期

有研究表明[11]SBR系統(tǒng)的運行模式對縮短好氧污泥顆?；灿兄匾挠绊?。在SBR系統(tǒng)中采用交替負(fù)荷進(jìn)水，對比研究不同的反應(yīng)運行模式對好氧顆粒污泥快速形成的影響，結(jié)果表明，與S1反應(yīng)器中進(jìn)水-曝氣-沉淀-排水的運行模式相比，S2反應(yīng)器中進(jìn)水-曝氣-停曝-曝氣-停曝-曝氣-沉淀-排水縮短了好氧污泥形成顆?；臅r間，顆粒粒徑更大，微生物量更豐富，MLSS濃度更高，沉降性能更優(yōu)。另外，S2反應(yīng)器的運行模式所培養(yǎng)的好氧顆粒污泥去除總氮和磷酸鹽的效果更好些，去除率分別可達(dá)94.35%和95%。王芳[12]等研究了SBR系統(tǒng)運行模式，通過增加厭氧/好氧交替反應(yīng)階段次數(shù)運行方式縮短好氧污泥顆粒形成的時間，同時實現(xiàn)較高強度、良好脫氮性能的好氧顆粒污泥。

控制運行周期也是好氧污泥顆?；闹匾蛩刂籟13]。好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)的運行周期一般控制在4～12 h范圍內(nèi)，若超過12 h或者不足4 h，無法實現(xiàn)顆?；暮醚跷勰?。

2.3 有機負(fù)荷

研究者普遍認(rèn)為有機負(fù)荷是影響好氧污泥顆?；纬傻年P(guān)鍵影響因素之一[14]。在報道的研究中，學(xué)者們研究局限于控制適宜的有機物濃度范圍培養(yǎng)好氧顆粒污泥，很少報道調(diào)控進(jìn)水負(fù)荷手段培育好氧顆粒污泥，以加速好氧污泥顆?；疭BR系統(tǒng)的啟動。近年來，逐漸有研究者做試驗研究，主要控制有機負(fù)荷參數(shù)實現(xiàn)快速培育好氧顆粒污泥，其培養(yǎng)方式可以分為逐步提高負(fù)荷方式和交變負(fù)荷方式[15-16]。楊國靖[17]等在SBR反應(yīng)器中研究了提高有機負(fù)荷和縮短沉降時間方法促進(jìn)好氧顆粒污泥的快速形成。李慧琴[18]等采用交變負(fù)荷培養(yǎng)方法實現(xiàn)好氧顆粒污泥的SBR系統(tǒng)快速啟動，對COD和氨氮去除率可達(dá)95%和97%。李亞峰[19]等研究了進(jìn)水負(fù)荷交替變化促進(jìn)好氧顆粒污泥形成的影響。在SBR反應(yīng)器中，通過調(diào)控進(jìn)水COD、氨氮和磷酸鹽濃度值，分別以200、20、5 mg·L-1為梯度，重復(fù)周期運行。結(jié)果表明，交替式的變化進(jìn)水負(fù)荷對好氧顆粒污泥的形成具有一定促進(jìn)作用，縮短好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)的快啟時間，同時還可以實現(xiàn)性能優(yōu)質(zhì)的顆粒污泥。

2.4 水力剪切力

表觀上升氣體流速、曝氣強度等水力剪切力能夠有效促進(jìn)污泥顆?；男纬珊头€(wěn)定生長[20]。顆粒污泥為了適應(yīng)水力剪切力的變化，顆粒污泥的微生物結(jié)構(gòu)及細(xì)胞表面EPS的含量調(diào)整到與環(huán)境保持平衡動態(tài)的關(guān)系。據(jù)相關(guān)資料顯示，在SBR反應(yīng)器中表觀上升氣體流速越大越容易形成顆?；暮醚跷勰?。水力剪切力較小不能形成穩(wěn)定的好氧顆粒污泥，高水力剪切力促進(jìn)形成密實度高、外形規(guī)則及結(jié)構(gòu)緊密的顆粒污泥[21]。TAY[22]等研究發(fā)現(xiàn)上升氣流速度超過1.2 cm·s-1的反應(yīng)器中形成了致密規(guī)則的好氧顆粒污泥，然而，在0.3 cm·s-1的反應(yīng)器只能觀察到典型的絮狀污泥。CHEN[23]等在4個規(guī)格相同的SBR反應(yīng)器中分別控制上升氣流速度為0.8、 1.6、2.4、3.2 cm·s-1，研究了其對顆粒污泥形成與穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明在2.4 cm·s-1和3.2 cm·s-1的上升氣流速度下，顆?？梢员３謭怨痰慕Y(jié)構(gòu)，并具有長期運行的潛力。

曝氣量需與SBR系統(tǒng)內(nèi)微生物所要消耗的氧量相對應(yīng)，由于過高的曝氣量增大了系統(tǒng)的運行成本，而過低的曝氣量不易促進(jìn)顆粒污泥的形成且不穩(wěn)定，絲狀細(xì)菌成為優(yōu)勢菌。高曝氣量所提供足夠的水力剪切力能夠刺激胞外聚合物（EPS）的含量變化，同時還能改變細(xì)胞表面的疏水性。水力剪切力與EPS呈正相關(guān)，與疏水性呈負(fù)相關(guān)性。水力剪切力越大，EPS含量越高，細(xì)胞表面的疏水性越差，從而有利于促進(jìn)污泥凝聚形成顆粒[24]。此外，水力剪切力能夠抑制絲狀菌的過度繁殖，保持好氧顆粒污泥的穩(wěn)定性[25-26]。

3 結(jié)論與展望

接種污泥形式、有機負(fù)荷、水力剪切力、SBR系統(tǒng)運行模式和運行周期均對好氧顆粒污泥的SBR系統(tǒng)的快速啟動具有重要影響。促進(jìn)好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)啟動的影響因素眾多且復(fù)雜。到目前為止，好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)尚沒有報道統(tǒng)一、高效、穩(wěn)定的快速啟動模式。因此，要想高效啟動與穩(wěn)定運行的顆粒污泥SBR系統(tǒng)，可以從以下幾方面內(nèi)容深入開展研究：利用高通量測序、熒光原位雜交技術(shù)等現(xiàn)代高科技生物分析技術(shù)，從微觀角度監(jiān)測系統(tǒng)快速啟動中微生物相及其類型的變化，進(jìn)一步分析污泥好氧顆?；瘷C理；需要統(tǒng)一顆粒污泥的評價方法，構(gòu)建一套規(guī)范、詳細(xì)、合理的指標(biāo)體系；可復(fù)制、可對比的顆粒污泥化研究成果，為好氧顆粒污泥SBR系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用于實際工程中提供技術(shù)和理論支持。