好氧顆粒污泥(aerobic granular sludge,AGS)是微生物在好氧環(huán)境中自凝聚形成的一種形狀規則、結構緊密的顆粒狀活性污泥。相比傳統好氧工藝,具有更好的沉降性能、污染物去除能力以及對金屬陽(yáng)離子的吸附能力等,具有廣泛的應用前景,而AGS的形成所需時(shí)間較長(cháng)是工程應用的一大挑戰,其造粒機理也成為了國內外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。諸多研究表明,金屬陽(yáng)離子對AGS造粒有明顯的影響,能夠加快污泥顆粒的形成,促進(jìn)胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)的分泌,改變活性污泥微生物結構等。而AGS技術(shù)也已經(jīng)應用于紡織、電鍍、皮革、電池制備、電器產(chǎn)生、采礦等各類(lèi)含有金屬陽(yáng)離子的廢水中,同時(shí)也取得了良好的處理效果。目前,針對具體種類(lèi)金屬陽(yáng)離子對好氧污泥造粒的影響已有相關(guān)研究,但缺少金屬陽(yáng)離子對AGS影響的綜合分析。本文總結了常見(jiàn)金屬陽(yáng)離子對AGS造粒及穩定性的影響,分析了造粒機理以及微生物群落的變化情況,旨在為金屬陽(yáng)離子加快AGS造粒以及對顆粒穩定性影響提供理論依據。

1 金屬陽(yáng)離子對造粒的影響

金屬陽(yáng)離子通過(guò)影響靜電作用直接影響細菌黏附,在絮體污泥形成顆粒污泥上起著(zhù)不可或缺的作用。不同的金屬陽(yáng)離子呈不同價(jià)態(tài),對微生物附著(zhù)有不同的影響。不同金屬陽(yáng)離子參與顆粒污泥內部生理生化作用也不同。如表1所示,歸納了幾種可以加快AGS形成的金屬陽(yáng)離子,包括金屬陽(yáng)離子的投加量、進(jìn)水水質(zhì)、接種污泥以及反應器類(lèi)型等。不同金屬陽(yáng)離子在相同濃度條件下對絮體污泥的促進(jìn)作用不同,如Ca²⁺、Mg²⁺;相同的金屬陽(yáng)離子,在不同濃度作用下,對絮體污泥造粒影響也有差異,如Zn²⁺、Mo⁶⁺;同一種金屬陽(yáng)離子在不同價(jià)態(tài)時(shí),對絮體污泥造粒也有不一樣的影響作用,如Fe₃O₄、Fe²⁺、Fe³⁺。根據表1,許多金屬陽(yáng)離子促進(jìn)污泥造粒的試驗均在序批式反應器(sequencing batch reactor,SBR)反應器中進(jìn)行,SBR具有良好的抗沖擊負荷能力,大多數AGS都是在SBR中培養出來(lái)的。

1.1 常見(jiàn)的金屬陽(yáng)離子(Ca2+、Mg2+)

Ca²⁺、Mg²⁺是最常見(jiàn)的影響好氧污泥造粒的金屬陽(yáng)離子,且在污泥造粒中發(fā)揮的作用不同。在培養顆粒污泥過(guò)程中,添加Ca²⁺更有利于縮短活性污泥顆?；倪M(jìn)程,顆粒污泥結構更緊密,形狀較為規則,并且粒徑也較大,具有更好的沉降性能,表現出更優(yōu)越的物理特性。另外,添加Ca²⁺形成的AGS中含有高含量的多糖(polysaccharide,PS),可以形成黏性顆粒。早有研究表明,添加Mg²⁺后AGS造粒更快且污泥更緊密、沉降性更好、胞外PS含量更高。劉倩倩研究Mg²⁺對AGS培養的影響時(shí)發(fā)現,添加Mg²⁺能夠促進(jìn)微生物的生長(cháng)和PS的產(chǎn)生,但對蛋白質(zhì)(protein,PN)沒(méi)有明顯影響。關(guān)于Mg²⁺對EPS中PN和PS的影響,Sajjad等得出了不一樣的結論,添加Mg²⁺則獲得了高含量的PN,產(chǎn)生更致密的顆粒污泥。Mg²⁺的加入使得成熟污泥顆粒中微生物的群落更加豐富,底物的生物降解能力更強,且對EPS的產(chǎn)生有更積極的影響?？傮w來(lái)說(shuō),不管是單獨添加Ca²⁺或者M(jìn)g²⁺都會(huì )促進(jìn)污泥的造粒過(guò)程,促進(jìn)PS和PN的增長(cháng)。在成熟的顆粒中,Ca²⁺主要分布在外圍,而Mg²⁺主要分布在內部。添加Mg²⁺更有利于細胞核的形成,而添加Ca²⁺更有利于顆粒的生長(cháng)和結構的穩定。且在相同質(zhì)量濃度(40 mg/L)條件下,Ca²⁺比Mg²⁺促進(jìn)造粒的速度更快。

值得注意的是,雖然Ca²⁺、Mg²⁺已被證實(shí)可以促進(jìn)污泥造粒,但離子濃度對污泥造粒的影響也不可以忽視,濃度過(guò)高可能帶來(lái)負面效應。Jiang等發(fā)現,100 mg/L的Ca²⁺條件下培養的顆粒污泥形成時(shí)間比不加Ca²⁺縮短了16 d,100 mg/L的Ca²⁺加快了污泥顆粒的形成。但Ca²⁺濃度并非越高越好,過(guò)高會(huì )破壞顆粒內部環(huán)境。顆粒內Ca2+的含量隨外界Ca2+增加而增加,顆粒中溶解氧和基質(zhì)傳遞主要靠擴散運輸,傳質(zhì)阻力受到無(wú)機物含量的影響,過(guò)高的無(wú)機物容易破壞顆粒內環(huán)境從而使得顆粒中心形成死區,使顆粒難以形成。因此,Ca²⁺需控制在適宜濃度,才能更好維持顆粒污泥的穩定。研究發(fā)現,10 mg/L的Mg²⁺比100 mg/L的Mg²⁺對污泥造粒促進(jìn)作用更加明顯,平均粒徑更大。Ca²⁺、Mg²⁺有助于豐富顆粒污泥的微生物多樣性,但高濃度的Ca²⁺、Mg²⁺可能會(huì )抑制微生物酶的活性,考慮對活性污泥的脫氫酶活性和比耗氧率等的影響,Mg2+質(zhì)量濃度在5～20 mg/L時(shí)對污泥活性有促進(jìn)作用。另外,大多數AGS造粒都是在試驗規模中進(jìn)行的,使用真實(shí)廢水快速好氧造粒是反應系統一大挑戰。在實(shí)際廢水處理中,Liu等使用養豬廢水迅速培養出具有優(yōu)異沉降性的AGS,其廢水中25.4 mg/L的Ca²⁺對好氧造粒起到了關(guān)鍵的促進(jìn)作用,Ca²⁺加速了微生物聚集。不同于先進(jìn)水再出水的常規選擇壓模式下的SBR,Barros等研究100 mg/L的Ca²⁺在同時(shí)進(jìn)水/出水低選擇壓模式下SBR對AGS形成的影響,結果表明,在這種低選擇壓模式(0.92 m/h)的情況下,Ca2+并不會(huì )加速顆粒的形成,如果Ca²⁺要促進(jìn)造粒,可能需要更高的選擇壓。目前,大部分研究都是模擬廢水中投入針對性的Ca²⁺、Mg²⁺進(jìn)行金屬陽(yáng)離子對造粒影響的研究,對于含有大量Ca²⁺、Mg²⁺的實(shí)際廢水對污泥造粒影響還值得進(jìn)一步探討。

1.2 Fe、Fe²⁺、Fe³⁺

Fe在一定濃度下是微生物各種生化和生理功能所必需的營(yíng)養素,而較高濃度的Fe會(huì )抑制污泥活性,導致生物處理系統的故障。研究表明,Fe可以與PN或PS螯合,形成一種可以有效地攜帶氧氣的輔酶,這種輔酶還可以刺激EPS的形成。因此,廢水中的含Fe無(wú)機物顯然有利于微生物聚集的加速。添加納米零價(jià)鐵(nZVI)會(huì )影響EPS的含量。AGS分泌的松散型胞外聚合物(loosely bound extracellular polymeric substance,LB-EPS)與緊密型胞外聚合物(tightly bound extracellular polymeric substance,TB-EPS)含量隨 nZVI 投加量的增加呈現此消彼長(cháng)的現象,TB-EPS的增加更有利于提高污泥的絮凝能力,相反,LB-EPS不利于生物絮凝、沉降及脫水。Agridiotis等研究發(fā)現30 mg/L的Fe2+有利于絲狀絮凝污泥轉化為致密結構,從而顯著(zhù)提高污泥沉降性,有利于顆粒的形成。持續投加Fe²⁺更有利于生物質(zhì)的增長(cháng),除了能形成物理結構穩定的AGS之外,還表現出對有機物和總磷更高去除率。Fe²⁺也能夠加速顆粒的形成,但EPS沒(méi)有明顯增加。此外,低質(zhì)量濃度(2 mg/L)的Fe2+更有利于A(yíng)GS中污泥微生物附著(zhù)。劉頭水在A(yíng)GS晶核假說(shuō)基礎上,以Fe(OH)₃絮體作為造粒晶核培養AGS,低質(zhì)量分數(3%、5%)的Fe(OH)₃絮體可促進(jìn)污泥微生物活性,高質(zhì)量分數(7%)則會(huì )抑制微生物活性。也有研究表明,Fe³⁺對AGS的形成并無(wú)促進(jìn)作用,但是能夠促進(jìn)顆粒污泥分泌EPS并影響污泥顆粒的形態(tài),低質(zhì)量濃度的Fe3+(1 mg/L)可增加微生物多樣性,高質(zhì)量濃度(10 mg/L)卻抑制污泥顆粒的產(chǎn)生。而磁鐵粉(Fe3O4)可以很好地促進(jìn)污泥造粒,形成較大顆粒,沉降性能更好。

1.3 常見(jiàn)的重金屬陽(yáng)離子(Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Cr⁶⁺)

Cu2+、Zn2+、Pb2+作為常見(jiàn)的重金屬,其生物毒性大小順序為Pb2+>Cu2+>Zn2+,3種金屬離子的加入會(huì )使得AGS粒徑變小,其中Pb2+對污泥微生物的抑制作用最為明顯。Pb2+對微生物的毒性作用較大,目前沒(méi)有相關(guān)Pb2+可以促進(jìn)污泥造粒的報道。Cu作為微生物生長(cháng)必需的微量元素,低質(zhì)量濃度(0.5～3.0 mg/L)的Cu2+可提高AGS的沉降性能,進(jìn)水Cu2+質(zhì)量濃度的逐步上升(0～10 mg/L)導致顆粒污泥更致密,沉降性增強。值得注意的是,Cu2+會(huì )干擾微生物的正常代謝,導致脂質(zhì)過(guò)氧化、PN損傷和酶活性抑制,從而對微生物有害,而Cu2+對顆粒污泥穩定性和結構的作用機制尚不清楚。Wei等研究EPS與Zn2+之間的相互作用,表明了AGS可作為處理重金屬的有效生物吸附劑,是EPS-PN物質(zhì)與Zn2+結合起到了重要作用。肖蓬蓬在研究生活廢水處理中Zn2+對AGS形成的影響時(shí)發(fā)現,添加0～100 mg/L的Zn2+均可成功培養形成AGS。1～50 mg/L的Zn2+可以促進(jìn)顆粒形成,但當質(zhì)量濃度大于100 mg/L時(shí),形成的顆粒不穩定或不能形成顆粒。而Zheng等研究Zn2+對成熟AGS長(cháng)期影響時(shí)發(fā)現,Zn2+會(huì )影響AGS反應系統的污染物去除性能,Zn2+質(zhì)量濃度達到10 mg/L就會(huì )影響污泥形態(tài),使其結構松散,污泥沉降性能下降,最終導致污泥濃度降低。Marques等也得出相似的結論,在Zn2+存在的情況下,COD、氮和磷的去除均受到負面影響。Cr和Cr3+是重要的微量元素,而Cr6+是致癌物,對人和其他動(dòng)物以及生態(tài)都造成危害。鄭曉英等研究不同質(zhì)量濃度(0、1、3、5、10 mg/L)Cr6+對AGS穩定性的影響。結果表明,AGS對3 mg/L以下的Cr6+具有良好的抵御機制,而5 mg/L以上Cr6+則嚴重威脅AGS的穩定性,使其結構趨于扁平化并逐漸解體。同時(shí),Cr6+也可被AGS中的微生物還原成毒性較小的Cr3+。Yang等考察了成熟藻類(lèi)-細菌AGS對廢水中Cr6+的生物吸附效應,發(fā)現藻類(lèi)-細菌AGS上負載的Cr主要位于微生物細胞和礦物顆粒中,或者不存在于EPS中。暫無(wú)研究表明Cr6+能促進(jìn)造粒,而Cr6+的加入甚至對成熟的AGS有一定的毒害作用。

1.4 其他重金屬陽(yáng)離子(Mn2+、Mo6+、Cd2+、Ni2+)

Mn2+是細胞長(cháng)所需的微量元素,有助于微生物活動(dòng)。以葡萄糖作為唯一的碳源時(shí),低質(zhì)量濃度的Mn2+(10 mg/L)可以增強COD和氨氮的去除,并促進(jìn)細胞活性和增加微生物群落的多樣。在20 mg/L Mn2+存在下,造粒過(guò)程會(huì )受到輕微抑制,可歸因于接種污泥代謝不適應高濃度重金屬的負面影響。此外,Mn2+還可以與AGS結合,形成Mn-AGS處理其他廢水,He等通過(guò)向AGS反應器中投加了10～40 mg/L的Mn2+,40 d便形成了Mn-AGS。形成的Mn-AGS用以處理含As3+、Sb3+以及Cr6+的金屬廢水和有機廢水。Mo有+2、+4、+6價(jià)3個(gè)價(jià)態(tài),其氧化態(tài)非常容易發(fā)生變化。研究發(fā)現,1～10 mg/L的Mo6+促進(jìn)了AGS的形成,其中2.5 mg/L Mo6+的效果更為明顯,然而添加25 mg/L Mo6+形成的顆粒污泥不穩定。當Cd2+質(zhì)量濃度低于1 mg/L時(shí),對AGS的影響不大;但高于5 mg/L時(shí),對AGS有明顯的毒害作用;當質(zhì)量濃度繼續增加至40 mg/L以上時(shí),顆粒污泥嚴重解體,出水水質(zhì)惡化,工藝穩定性遭到破壞。Ni2+廣泛存在于采礦、冶煉、電鍍、印染等工業(yè)廢水中,其質(zhì)量濃度大多高于10 mg/L。而印染廢水中大量存在的Cu2+和Ni2+,其濃度較高時(shí)會(huì )使得AGS活性顯著(zhù)下降。0～2 mg/L Ni2+可提高AGS活性,使污泥結構更加緊實(shí),沉降性能更好,但質(zhì)量濃度過(guò)高(>5 mg/L)時(shí)會(huì )嚴重影響污泥系統,甚至完全抑制某些微生物的生長(cháng)。相比100 mg/L的Ca2+能促進(jìn)造粒,Ni2+超過(guò)5 mg/L就會(huì )影響污泥系統,抑制微生物生長(cháng),這可能也跟金屬陽(yáng)離子的性質(zhì)差異有關(guān),考慮到重金屬離子的較強毒性,許多學(xué)者在投加金屬陽(yáng)離子促進(jìn)污泥造粒的試驗中,更青睞于輕金屬陽(yáng)離子(Ca2+、Mg2+)。

2 金屬陽(yáng)離子對污泥造粒的影響機理

AGS的形成是一個(gè)復雜的過(guò)程,由物理、化學(xué)和生物共同作用形成。關(guān)于好氧污泥顆?；倪^(guò)程,國內外學(xué)者做了大量的研究,但并無(wú)統一的顆?；瘷C理。金屬陽(yáng)離子對造粒的影響是復雜的,對于金屬陽(yáng)離子促進(jìn)造粒的機理也尚未統一。目前主要有以下2種被廣大學(xué)者認可:(1)金屬陽(yáng)離子誘導核假說(shuō);(2)金屬陽(yáng)離子促進(jìn)EPS分泌。

2.1 金屬陽(yáng)離子誘導核假說(shuō)

該假說(shuō)認為污泥以進(jìn)水中的金屬離子形成無(wú)機鹽沉淀作為誘導核,微生物在誘導核上附著(zhù)生長(cháng),最終形成了成熟的顆粒污泥,而誘導核的存在可以加快污泥好氧顆?；倪M(jìn)度,機理如圖1所示。有研究發(fā)現,Ca2+分布在顆粒污泥中心,證實(shí)了該假說(shuō)。Ca2+的陽(yáng)離子架橋作用對AGS的成長(cháng)過(guò)程有非常重要的作用,Ca2+作為誘導核能夠加速微生物凝聚,同時(shí)在顆粒表面形成離子鍵以及EPS-PS,通過(guò)架橋作用促進(jìn)細菌凝聚形成顆粒。+2價(jià)和+3價(jià)離子(如Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+)還可以通過(guò)中和、吸附與帶負電荷的細胞結合以形成微生物核,促進(jìn)微生物聚集。因此,許多學(xué)者嘗試在反應系統中投加金屬陽(yáng)離子來(lái)加快污泥造粒速度。

2.2 金屬陽(yáng)離子促進(jìn)EPS分泌

EPS是在一定環(huán)境條件下由微生物(主要是細菌)分泌于體外的一些高分子聚合物。EPS可以通過(guò)黏附單個(gè)細菌細胞增強微生物聚集,并促進(jìn)聚集細胞形成顆粒。EPS與微生物細胞之間還可以通過(guò)離子橋接相互作用,疏水相互作用和聚合物纏結使細胞緊密結合來(lái)誘導細菌細胞的附著(zhù),從而增強和促進(jìn)微生物顆粒的形成。作為EPS的主要成分,PN與PS在促進(jìn)污泥造粒過(guò)程中有不一樣的作用,PN可以與帶正電荷的離子反應,以保護微生物免受惡劣環(huán)境的影響,且AGS造粒受PN影響比PS更大,在好氧顆粒的形成和穩定中起著(zhù)更重要的促進(jìn)作用,顆粒的最小沉降速度、疏水性、表面電荷均隨PN含量的增加而增大。而PS可改善顆粒內部黏附性以固定微生物和有機質(zhì),防止生物質(zhì)流失,從而提高AGS的結構剛性。PN、PS作為EPS的主要成分,顆粒PN/PS對AGS的穩定性有很大的影響。顆粒PN/PS較高時(shí)能夠分泌更多的胞外蛋白,能更好維持顆粒的內部結構,提高AGS的穩定性。也有研究表明,PN/PS在2.3～4.5時(shí),AGS結構穩定。金屬陽(yáng)離子可以通過(guò)促進(jìn)EPS,特別是PN、PS的分泌從而達到促進(jìn)AGS形成的目的。由于EPS表面有許多官能團,包括-COO-、磷酸、-NH2和-OH等,EPS被認為是顆粒污泥吸附重金屬的主要途徑之一,在維持AGS結構穩定性和機械強度方面起著(zhù)重要作用。相關(guān)研究發(fā)現,金屬陽(yáng)離子的存在會(huì )對EPS產(chǎn)生影響,可以通過(guò)EPS橋接細胞表面上帶負電荷的基團來(lái)促進(jìn)造粒過(guò)程。金屬陽(yáng)離子與細菌表面PS上的負電荷基團相結合,從而作為促進(jìn)細菌聚集的橋梁。此外,金屬陽(yáng)離子(如Ca2+、Mg2+、K+和Zn2+等)還通過(guò)降低污泥表面EPS的帶電特性,誘導EPS生成,從而有助于顆粒間黏附,以形成粒徑較大的顆粒。不同濃度的金屬陽(yáng)離子對EPS的影響也有所不同,顆粒污泥中相對較高濃度的EPS可以結合更多的金屬陽(yáng)離子,同時(shí)可以降低金屬陽(yáng)離子帶來(lái)的毒性。以Ca2+、Mg2+為例,金屬陽(yáng)離子促進(jìn)EPS分泌的機制如圖2所示,金屬陽(yáng)離子與羰基(-C=O-)、-COO-、-NH2、-OH等PN、PS基團結合,促進(jìn)TB-EPS、LB-EPS分泌,從而達到促進(jìn)AGS造粒的目的。Mg2+與PN基團有更強的相互作用,更容易與PN結合;而Ca2+通過(guò)與-OH、-NH2等基團結合附著(zhù)于PS上,它們與PS結合的阻力小于PN。LB-EPS包含更多的PS,TB-EPS含有更多的PN,這也是Ca2+分布在顆粒外圍,而Mg2+分布在顆粒內部的主要原因。

其他金屬陽(yáng)離子也有類(lèi)似的作用機理,Fe2+可以作為橋接離子與EPS形成網(wǎng)絡(luò ),也可以S2-結合形成沉淀物以吸收細胞。此外Al3+、Fe2+等離子也可與微生物或EPS中的負電基團連接,在微生物間起到架橋作用,促進(jìn)微生物的聚集。在A(yíng)GS反應系統中,Cu2+質(zhì)量濃度在0～10 mg/L時(shí),PN水平上升了13.7%,而PS水平下降了22.3%。而有研究得出了不一樣的結論,添加Cu2+(4 mg/L)可使得EPS中PN與PS均增加。這可能是由于重金屬離子在不同的有機負荷條件對污泥的影響有差異,但總體上EPS是增加的。Mo6+也可促進(jìn)EPS-PN的分泌,在一定程度上,Mo6+的添加促進(jìn)了AGS的脫氫酶活性,使其對有機質(zhì)的利用得到提高。Mn2+由于對微生物具有一定的毒性作用,向反應系統投加Mn2+會(huì )降低污泥造粒速度,刺激EPS分泌,導致酪氨酸樣蛋白、色氨酸樣蛋白和腐殖質(zhì)樣物質(zhì)增加。另外,對于成熟的AGS,Zn2+的介入會(huì )使得AGS中EPS中PS/PN增加,表明成熟的AGS對Zn2+有一定的承受能力。Ni2+作為某些水解酶的激活劑,適量Ni2+(0～2 mg/L)可提高相對應的酶活性,刺激微生物產(chǎn)生更多的EPS,進(jìn)而提高成熟AGS的活性。不難看出,目前的研究已經(jīng)證實(shí)金屬陽(yáng)離子可以通過(guò)影響EPS分泌,尤其是對PN、PS的影響,進(jìn)而影響AGS的形成。然而在實(shí)際工業(yè)廢水中,通常有多種陽(yáng)離子共存,濃度范圍也較大,目前尚缺少此類(lèi)實(shí)際廢水中陽(yáng)離子對AGS長(cháng)期穩定性的影響研究。

其他金屬陽(yáng)離子也有類(lèi)似的作用機理,Fe2+可以作為橋接離子與EPS形成網(wǎng)絡(luò ),也可以S2-結合形成沉淀物以吸收細胞。此外Al3+、Fe2+等離子也可與微生物或EPS中的負電基團連接,在微生物間起到架橋作用,促進(jìn)微生物的聚集。在A(yíng)GS反應系統中,Cu2+質(zhì)量濃度在0～10 mg/L時(shí),PN水平上升了13.7%,而PS水平下降了22.3%。而有研究得出了不一樣的結論,添加Cu2+(4 mg/L)可使得EPS中PN與PS均增加。這可能是由于重金屬離子在不同的有機負荷條件對污泥的影響有差異,但總體上EPS是增加的。Mo6+也可促進(jìn)EPS-PN的分泌,在一定程度上,Mo6+的添加促進(jìn)了AGS的脫氫酶活性,使其對有機質(zhì)的利用得到提高。Mn2+由于對微生物具有一定的毒性作用,向反應系統投加Mn2+會(huì )降低污泥造粒速度,刺激EPS分泌,導致酪氨酸樣蛋白、色氨酸樣蛋白和腐殖質(zhì)樣物質(zhì)增加。另外,對于成熟的AGS,Zn2+的介入會(huì )使得AGS中EPS中PS/PN增加,表明成熟的AGS對Zn2+有一定的承受能力。Ni2+作為某些水解酶的激活劑,適量Ni2+(0～2 mg/L)可提高相對應的酶活性,刺激微生物產(chǎn)生更多的EPS,進(jìn)而提高成熟AGS的活性。不難看出,目前的研究已經(jīng)證實(shí)金屬陽(yáng)離子可以通過(guò)影響EPS分泌,尤其是對PN、PS的影響,進(jìn)而影響AGS的形成。然而在實(shí)際工業(yè)廢水中,通常有多種陽(yáng)離子共存,濃度范圍也較大,目前尚缺少此類(lèi)實(shí)際廢水中陽(yáng)離子對AGS長(cháng)期穩定性的影響研究。

其他金屬陽(yáng)離子也有類(lèi)似的作用機理,Fe2+可以作為橋接離子與EPS形成網(wǎng)絡(luò ),也可以S2-結合形成沉淀物以吸收細胞。此外Al3+、Fe2+等離子也可與微生物或EPS中的負電基團連接,在微生物間起到架橋作用,促進(jìn)微生物的聚集。在A(yíng)GS反應系統中,Cu2+質(zhì)量濃度在0～10 mg/L時(shí),PN水平上升了13.7%,而PS水平下降了22.3%。而有研究得出了不一樣的結論,添加Cu2+(4 mg/L)可使得EPS中PN與PS均增加。這可能是由于重金屬離子在不同的有機負荷條件對污泥的影響有差異,但總體上EPS是增加的。Mo6+也可促進(jìn)EPS-PN的分泌,在一定程度上,Mo6+的添加促進(jìn)了AGS的脫氫酶活性,使其對有機質(zhì)的利用得到提高。Mn2+由于對微生物具有一定的毒性作用,向反應系統投加Mn2+會(huì )降低污泥造粒速度,刺激EPS分泌,導致酪氨酸樣蛋白、色氨酸樣蛋白和腐殖質(zhì)樣物質(zhì)增加。另外,對于成熟的AGS,Zn2+的介入會(huì )使得AGS中EPS中PS/PN增加,表明成熟的AGS對Zn2+有一定的承受能力。Ni2+作為某些水解酶的激活劑,適量Ni2+(0～2 mg/L)可提高相對應的酶活性,刺激微生物產(chǎn)生更多的EPS,進(jìn)而提高成熟AGS的活性。不難看出,目前的研究已經(jīng)證實(shí)金屬陽(yáng)離子可以通過(guò)影響EPS分泌,尤其是對PN、PS的影響,進(jìn)而影響AGS的形成。然而在實(shí)際工業(yè)廢水中,通常有多種陽(yáng)離子共存,濃度范圍也較大,目前尚缺少此類(lèi)實(shí)際廢水中陽(yáng)離子對AGS長(cháng)期穩定性的影響研究。

3 結語(yǔ)

大部分二價(jià)金屬陽(yáng)離子可以促進(jìn)污泥造粒,如Ca2+、Mg2+、Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Ni2+等。10 mg/L的Mg2+、Cu2+就能有效促進(jìn)污泥造粒,Mn2+質(zhì)量濃度超過(guò)20 mg/L會(huì )抑制造粒過(guò)程,Fe2+質(zhì)量濃度達到30 mg/L也能促進(jìn)顆粒的形成,50 mg/L的Zn2+可以促進(jìn)顆粒污泥形成,但當Zn2+質(zhì)量濃度大于100 mg/L時(shí)形成的顆粒不穩定或不能形成顆粒。而Ca2+表現出更強的促進(jìn)造粒的能力,質(zhì)量濃度高達100 mg/L時(shí)也能有效加快污泥造粒。另外,低質(zhì)量濃度(小于2 mg/L)的Ni2+可提高AGS活性,超過(guò)5 mg/L后會(huì )嚴重影響污泥系統,甚至完全抑制某些微生物的生長(cháng);而不常見(jiàn)的金屬陽(yáng)離子Mo6+也能促進(jìn)了AGS的形成,但質(zhì)量濃度超過(guò)25 mg/L形成的顆粒污泥不穩定。Pb2+、Cr6+、Cd2+暫未被證明可以促進(jìn)污泥造粒,甚至對成熟的AGS有一定的毒害作用。

金屬陽(yáng)離子對AGS造粒的影響機理主要歸結于2種可能:一方面,微生物以金屬陽(yáng)離子(如Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+)為誘導核,微生物在核上附著(zhù)生長(cháng),形成成熟的顆粒污泥,加快污泥顆?；倪M(jìn)度;另一方面,金屬陽(yáng)離子會(huì )誘導微生物分泌EPS,使EPS-PN、EPS-PS含量發(fā)生變化,從而進(jìn)一步影響好氧污泥造粒。

目前,金屬陽(yáng)離子對AGS造粒影響的研究主要以模擬廢水、投加單一離子等形式展開(kāi),針對實(shí)際工業(yè)廢水中的金屬廢水對AGS造粒影響的研究較少,也存在一定的挑戰。本文通過(guò)綜述常見(jiàn)的幾種金屬陽(yáng)離子對AGS造粒的影響,旨在為研究金屬陽(yáng)離子對造粒影響提供一定的參考,后續可重點(diǎn)關(guān)注實(shí)際污水中多種金屬陽(yáng)離子共存對AGS造粒以及長(cháng)期穩定性的影響。