好氧颗粒污泥颗粒化到稳定性的研究进展

好氧颗粒污泥具有结构致密、抗冲击能力强、沉降性能优、生物活性高等特点,在污废水处理领域具有独特的优势。能用于处理高浓度有机废水、高含盐度废水及许多工业废水。但好氧颗粒污泥存在颗粒化困难、颗粒稳定性差两大难题,制约了其工业化普及的进程。本文从污泥颗粒化影响因素、快速造粒的方法和颗粒稳定性的影响因素、提高污泥稳定性的策略进行综合阐述,提出了目前存在的问题以及未来发展趋势。     

胞外聚合物对好氧颗粒污泥影响的研究进展

结合国内外对胞外聚合物和好氧颗粒污泥技术的最新研究进展,本文简要介绍了胞外聚合物的提取和测定方法;着重分析了影响EPS含量的主要因素,包括有机负荷、水力剪切力、沉降时间、废水水质等;详细论述了其主要成分蛋白质和多糖以及其对好氧颗粒污泥的形成、结构稳定性作用机理,探讨了EPS对颗粒污泥传质的影响;并提出了建立EPS标准提取方法、EPS组分对污泥沉降性的影响机制以及EPS中其它组分如腐殖质和通过共价、絮凝作用等结合的无机物对好氧颗粒化过程所起的作用进行深入的研究将会是今后的研究重点,进一步的研究有望揭示EPS对好氧颗粒污泥形成和稳定影响的作用机制。     

好氧颗粒污泥形成的微生物学机理分析

从微生物的角度出发,阐述好氧污泥颗粒化过程中的微生物自固定现象。分析表明,颗粒微生物胞外多聚物可以促进细胞间的聚合和粘连,是形成颗粒污泥并维持其稳定性的重要因素。微生物细胞的表面疏水性增加是微生物自聚集的重要的推动力,污泥表面电荷的下降有利于污泥粒子间相互接近聚集形成稳定的颗粒结构。认为好氧颗粒污泥的培养过程是一个包含物理、化学和生物作用的复杂的微生物生态系统形成的过程。     

强化好氧颗粒污泥稳定性的研究进展

系统回顾了有关好氧颗粒污泥稳定性方面的研究进展,简要介绍了好氧颗粒污泥的形成机理,主要包括“丝状菌假说”、“胞外聚合物假说”、“选择压驱动假说”、“自凝聚假说”;着重分析了影响好氧颗粒污泥稳定性的主要因素有温度、pH值、有机负荷率与氨氮浓度、溶解氧与颗粒粒径、饱食-饥饿期、水力剪切力、污泥龄和有毒有害物质等;详细论述了抑制丝状膨胀、促进胞外聚合物的分泌、富集慢速增长的微生物和强化颗粒内核等措施可以强化好氧颗粒污泥的稳定性,并提出了对好氧颗粒污泥的形成机理以及功能菌群进行更深入的研究将会是今后的研究重点,进而为好氧颗粒污泥的工业化应用作铺垫。     

提取方法对好氧颗粒污泥胞外聚合物组分的影响

采用超声-热提法和超声-阳离子交换树脂法（CER）提取好氧污泥颗粒化过程中不同层级的胞外聚合物（EPS），对比分析了反应器不同时期EPS的蛋白质和多糖质量分数、官能团和组分以及提取前后污泥的粒径分布。研究结果表明：超声可以有效提取不同性质污泥的疏松型EPS(LB-EPS)。热提法提取的TB-EPS质量分数相比CER法较多，但提取后余泥受热膨胀，粒径不降反增。无论采用何种提取方法，污泥颗粒化过程中TB-EPS的蛋白、多糖质量分数和二者比值的变化规律均一致。傅里叶红外光谱和三维荧光光谱分析显示，CER法提取的TB-EPS与二价阳离子关系更为密切，热提法所得的TB-EPS含有较多腐殖酸类物质。     

好氧污泥颗粒化的影响因素

好氧污泥颗粒化是近几年发现的在好氧条件下自发形成的细胞自身固定化过程,是生物膜特殊的生长形式.与传统活性污泥法处理废水相比,好氧颗粒污泥具有良好的沉降性能,较高的生物量和很强的抗冲击负荷能力.文章总结并分析了影响好氧污泥颗粒化的几个主要因素,如进水底物、COD负荷、水力剪切力、溶解氧浓度、选择压、温度、pH、饥饿期、进水中的金属离子等.     

好氧颗粒污泥的研究现状

近几年来,好氧颗粒污泥的研究得到人们的广泛关注,但其研究规模主要局限于小试,还很少有工业应用的报道.回顾了好氧颗粒污泥的研究成果,分析了好氧颗粒污泥的形成机理及应用,并探讨了好氧颗粒污泥的特征及其颗粒化过程的主要影响因素.指出,好氧颗粒污泥是近期发现的在有氧条件下自发的细胞自固定化过程,是生物膜的特殊生长形式,具有良好的沉降性能、较高的生物量和生物活性.     

信号分子在好氧污泥颗粒化中的作用及其控制策略

信号分子是细胞间和细胞内信息传递的介质,在好氧污泥颗粒化和污泥颗粒稳定中发挥重要作用。简述了信号分子在好氧颗粒污泥中的分布特点,分析了不同类型信号分子对好氧污泥颗粒化和颗粒稳定性的影响,并对信号分子的调控方法进行了阐述,以期为今后的相关研究和应用提供参考。     

好氧颗粒污泥中的胞外聚合物及其应用的研究进展

胞外聚合物是好氧颗粒污泥的重要组分，与好氧颗粒污泥的造粒过程和维持颗粒稳定性密不可分。然而胞外聚合物的组成非常复杂，其在生物处理过程中的确切作用有待深入研究。回顾了近年来国内外关于好氧颗粒污泥中胞外聚合物方面的研究进展；列举了常用的胞外聚合物的提取和表征方法，总结了不同方法的优缺点；介绍了胞外聚合物的组成结构及其在好氧污泥颗粒的形成及维持污泥颗粒稳定中的作用；并讨论了好氧颗粒污泥中胞外聚合物的调控方法；此外，对好氧颗粒污泥中胞外聚合物进行高附加值产品回收有利于实现废水处理的资源化利用，简述了胞外聚合物回收及在各个领域中的利用；最后对胞外聚合物的研究方向做了展望，以期为胞外聚合物的实际工业应用提供理论支持。     

胞外多聚物对污泥的调理

采用NaOH法、加热法、蒸汽法、离子交换法4种方法分别提取啤酒厂的剩余活性污泥的胞外多聚物(EPS),并研究其絮凝性能及对污泥的调理作用。结果表明NaOH法提取剩余污泥的EPS絮凝率45.4%,EPS能改善污泥沉降性能,且NaOH法提取的EPS可以使污泥的比阻下降15.2%,加快污泥的过滤速度,从而利于污泥的脱水性能。     

好氧颗粒污泥吸附氨氮性能

在水温（25±1）℃、0.1 mol·L^-1 Trise-HCl缓冲液为反应体系并不断通入高纯氮气的厌氧条件下,以小试SBR反应器培养的好氧颗粒污泥为吸附剂,考察了好氧颗粒污泥对氨氮的吸附作用及其影响因素。好氧颗粒污泥表现出比絮体活性污泥更大的对氨氮的吸附容量。当初始氨氮浓度为30 mg·L^-1时,颗粒污泥与絮体污泥的吸附容量分别为1.83 mg NH₄⁺-N·（g VSS）^-1和1.18 mg NH₄⁺-N·（g VSS）^-1。由于细胞之间的遮蔽效应,污泥对氨氮的吸附容量随污泥浓度的升高而降低。盐度（NaCl）显著影响颗粒污泥对氨氮的吸附效果：盐度越高,污泥吸附容量越小。试验结果表明,污泥对氨氮的吸附作用不可忽略且需要进一步深入研究。     

低有机负荷下不同载体对好氧污泥颗粒化的影响

针对活性污泥在低有机负荷下难以实现颗粒化的现状,通过在不同序批式活性污泥（sequencing batch reactor activated sludge process,SBR）反应器中微生物生长的对数期分别投加聚合硫酸铁、硫酸铝和硅藻土来强化好氧颗粒污泥的形成,并对比分析了不同载体的强化造粒机制。结果表明：投加聚合硫酸铁、硅藻土和硫酸铝后,污泥特性得到明显提高,污泥颗粒化所需时间分别提前了11d、7d和4d,而且与对照组的提前解体相比,载体强化后所形成颗粒污泥的结构更为密实,均具有良好的稳定性。而不同于聚合硫酸铁和硅藻土,投加硫酸铝后,污泥胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）含量明显增加,由之前的171.31mg/gMLVSS升高至223.47mg/gMLVSS,蛋白（PN）可达205.69mg/gMLVSS,且蛋白（PN）/多糖（PS）可达10以上,这就说明通过刺激污泥EPS的分泌来促进微生物聚集也是硫酸铝强化颗粒污泥形成的作用方式之一。另外,三维荧光光谱分析结果显示,载体的投加能够对污泥EPS的结构产生影响,这也可能在一定程度上促进了污泥的颗粒化进程。     

聚合氯化铝投加时间对好氧颗粒污泥的形成和胞外聚合物的影响

通过在好氧颗粒污泥培养过程中分别在第1～7天和第8～14天投加聚合氯化铝(PAC)的方式,分析颗粒的形成过程,并研究胞外聚合物总量及其各组分的含量变化和空间分布。研究发现:第8～14天投加PAC的反应器形成颗粒时间提前了6天,且形成的颗粒外形规则,大小均匀,去除污染物性能良好;反应器中胞外多聚物和蛋白质含量总体较多,且随颗粒的形成而增加,之后略有下降并在颗粒成熟后维持稳定,蛋白质/多糖的值在颗粒形成期均增加超过2.5倍,有利于颗粒污泥的形成;多重荧光染色表明:两个反应器中PAC投加时间不同,β-D-呋喃葡萄糖、脂类和活细胞均呈现不同的分布情况,但对蛋白质和α-呋喃葡萄糖、α-甘露糖分布的影响较小。     

污泥中胞外聚合物（EPS）的研究进展

本文介绍了污水处理厂剩余污泥中胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances,EPS）的产生和组成（多糖、蛋白质、DNA、腐殖酸等）;通过对影响EPS的因素研究发现：基质类型、溶解氧（DO）、污泥停留时间（SRT）和有机负荷率是最主要的影响因素;胞外聚合物在污泥处理系统中对污泥的絮凝性能、沉降性能、脱水性能及重金属吸附性能的影响,及其本身的生物降解性。胞外聚合物在废水生物处理中发挥着重要作用。     

废水生物处理系统中胞外多聚物的研究进展

胞外多聚物（extracellular polymeric substances,EPS）是一类具有特殊形态和结构的高分子化合物。EPS普遍存在于生物聚集体内,是生物聚集体形成与稳定的关键性物质,对废水生物处理系统的稳定运行具有重要作用。文章归纳总结了EPS的组分、结构特性、可生物降解性及其吸附特性等方面的研究成果;重点从EPS的主要组成物质胞外蛋白（extracellular protein,PN）和胞外多糖（extracellular polysaccharide,PS）以及结构特性中紧密附着型EPS（tightly bound EPS,TB-EPS）和松散附着型EPS（loosely bound EPS,LB-EPS）的研究出发,论述了EPS对生物聚集体的影响,适当升高PN和PS的含量有助于污泥絮凝,然而过多的PS含量将可能对污泥的沉降与脱水性能起负面影响。文章还分析了其影响机理,PN和PS能够有效促进污泥絮凝可能是由于PN表面电负性和高疏水性的影响以及PS的生物凝胶特性和吸附架桥作用。     

Distribution characteristics of extracellular polymeric substances and cells of aerobic granules cultivated in a continuous‐flow airlift reactor

BACKGROUND: Most studies on the cultivation of aerobic granules to date have been based on the sequencing batch reactor (SBR). A continuous flow airlift fluidized bed reactor (CAFB) was set up, and the operating conditions which promoted granulation in the SBR were not controlled. The distribution characteristics of extracellular polymeric substances (EPS) and cells of the aerobic granules were studied under these operating conditions. RESULTS: Cells, polysaccharide and protein were all distributed uniformly throughout the granules, confirmed by both confocal laser scanning microscopy and scanning electron microscopy observations. However, for the granules in the SBR, the core of the granules was usually composed of protein and dead cells, and living cells survived only in their outer layers. Such a distribution of granules in the CAFB was confirmed to be related to the advanced oxygen transfer ability and strong shear force in the CAFB. Even microbial cells in the center were supplied with sufficient food to maintain bioactivity. Thus, the CAFB performed COD removal very efficiently. CONCLUSION: Cells and EPS in the aerobic granules of a CAFB were more uniformly distributed compared with those in granules of the reported SBR reactors, owing to the particular operating conditions of the CAFB. © 2012 Society of Chemical Industry     

电渗透-过硫酸铵协同污泥脱水过程中胞外聚合物的变化

为了研究电渗透-过硫酸盐协同污泥深度脱水的机制,利用自制装置对市政污水处理厂的污泥进行了脱水研究,系统研究了在过硫酸铵投加量、电压梯度、污泥厚度和机械压力的操作条件下,污泥中胞外聚合物的组分（蛋白质和多糖）变化情况及对污泥脱水效果的影响。结果表明,在过硫酸铵投加量为30mg/gDS、电压为25V/cm、污泥厚度为2.0cm、机械压力为23.1kPa条件下,污泥含水率可以降低至57.4%。不同脱水条件均会造成胞外聚合物组分变化,其中过硫酸铵加量和电压是影响胞外聚合物组分以及污泥脱水效果的主要因素。