紫外線及溫度對(duì)好氧顆粒污泥穩(wěn)定性影響研究

杜江　黃璇卿　程媛媛

摘 要：研究了不同紫外輻照時(shí)間及不同溫度下好氧顆粒污泥（AGS）的穩(wěn)定性變化，為極端環(huán)境下AGS穩(wěn)定性維持提供數(shù)據(jù)支持。結(jié)果表明紫外輻照及高溫均會(huì)嚴(yán)重破壞AGS的三維結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致AGS大范圍解體。隨著紫外輻照時(shí)間的延長(zhǎng)（10～60 min），前20 min內(nèi)EPS含量由42.86 mg/g MLSS增大至62.10 mg/g MLSS，30～50 min內(nèi)EPS整體呈減小趨勢(shì)（44.52～25.02 mg/g MLSS），而60 min時(shí)EPS突然上升至38.82 mg/g MLSS；隨著溫度的升高（-4～80℃），EPS含量整體呈升高趨勢(shì)，最終穩(wěn)定在57.70 mg/g MLSS。紫外輻照及高溫對(duì)AGS均有滅活作用，但高溫對(duì)AGS中微生物具有更強(qiáng)的殺滅作用。隨著輻照時(shí)間的延長(zhǎng)（10～60 min），前20 min內(nèi)SOUR略有升高（18.72～22.16 mg O2/g MLSS h），此后整體呈減小趨勢(shì)，60 min時(shí)達(dá)到最小值9.21 mg O2/g MLSS h；隨著溫度的升高（-4～80℃），SOUR整體呈減小趨勢(shì)，由17.06 mg/g MLSS幾乎下降至零。結(jié)果表明AGS對(duì)于紫外及高溫具有一定的耐受能力，為極端環(huán)境下污水治理提供了一種新思路。

關(guān)鍵詞：好氧顆粒污泥；紫外；溫度；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；活性

好氧顆粒污泥（aerobic granular sludge， AGS）是微生物在特殊的流體環(huán)境下自凝聚形成的顆粒狀聚集物[1]，具有同步脫氮除磷、高生物量、較低的剩余污泥產(chǎn)量、高耐毒性、強(qiáng)耐沖擊負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，已成為廢水高效生物處理的研究熱點(diǎn)。目前，有關(guān)AGS的各種研究報(bào)道層出不窮，其中，AGS針對(duì)有毒有害廢水的無(wú)害化處]格外吸引眼球，畢竟常規(guī)生物處理技術(shù)處理這類廢水時(shí)往往難以取得較好的效果。與活性污泥相比，AGS的顆粒狀結(jié)構(gòu)使其在毒害環(huán)境中更具有優(yōu)異的抵抗能力和生存能力，這一優(yōu)勢(shì)從活性污泥及AGS對(duì)含苯酚類廢水（公認(rèn)的高毒度、難降解廢水）的耐受能力對(duì)比上可以得到充分體現(xiàn)，即AGS常能承受活性污泥耐受極限以上更高濃度的有毒污染物沖擊、并保持良好的污染物去除效果。因此，AGS的特殊結(jié)構(gòu)為極端環(huán)境下的污染治理提供了一種新思路。

研究表明：AGS針對(duì)極端環(huán)境有很好的抗逆性能，其中，溫度是對(duì)AGS穩(wěn)定性存在顯著影響。暴瑞玲等[2]在20 ℃下成功培養(yǎng)出AGS的，但溫度升高至26 ℃后出現(xiàn)了顆粒解體；Song等發(fā)現(xiàn)30 ℃下培養(yǎng)成熟的AGS與25 ℃、35 ℃培養(yǎng)對(duì)比具有更加優(yōu)良的沉降性能和致密結(jié)構(gòu)。此外，隨著技術(shù)的發(fā)展，各種紫外輻照?qǐng)鏊絹?lái)越多，并被大量應(yīng)用于滅殺微生物。目前，幾乎未見(jiàn)有關(guān)紫外輻照對(duì)AGS的穩(wěn)定性影響的研究報(bào)道。因此，為考察AGS對(duì)極端環(huán)境的耐受力，研究了紫外輻照及不同溫度對(duì)AGS的穩(wěn)定性影響，為AGS的應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1材料與方法

1.1AGS

AGS取自實(shí)驗(yàn)室內(nèi)小試SBR，大部分為不規(guī)則的黃褐色顆粒、少量為光滑規(guī)則的黃色顆粒，其SV30/SV5& SVI分別為0.92及35.74 mL/g、 MLVSS為0.54，PN/PS & EPS分別為0.57及46.16 mg/g MLSS，SOURH/SOURN& SOUR分別為4.46及23.33 mg O2/g MLSS h，平均粒徑為1.23 mm。

1.2紫外線輻照

取實(shí)驗(yàn)室內(nèi)成熟AGS混合液100 mL，沉淀1 min后去上清液、用自來(lái)水清洗三次后轉(zhuǎn)移至500 mL燒杯中（共6組，1#～6#），每組泥水混合液體積控制在100 mL。將6組污泥樣品置于S系列潔凈工作臺(tái)（型號(hào)VS-1300L-U，照度≥300Lx，波長(zhǎng)253.7 nm）上，分別暴露在紫外線下10 min（1#）、20 min（2#）、30 min（3#）、40 min（4#）、50 min（5#）、60 min（6#）后用于理化指標(biāo)測(cè)試。

1.3溫度對(duì)AGS穩(wěn)定性的影響

取實(shí)驗(yàn)室內(nèi)成熟AGS混合液100 mL，沉淀1 min后去上清液、用自來(lái)水清洗三次后轉(zhuǎn)移至500 mL燒杯中（共5組，7#～11#），每組泥水混合液體積控制在100 mL。將污泥樣品分別置于-4 ℃冰箱冷藏室（7#）和25℃（8#）、40 ℃（9#）、60 ℃（10#）、80 ℃（11#）水浴鍋中反應(yīng)60 min后用于理化指標(biāo)測(cè)試。

1.4分析項(xiàng)目及測(cè)試方法

利用數(shù)碼相機(jī)記錄污泥形態(tài)變化。污泥的胞外聚合物（extracellular polymeric substances， EPS）采用熱提取法，取10 mL泥水混合物置于離心管中，4000 r/min下離心15 min后去除上清液，磷酸鹽緩沖液補(bǔ)全至10 mL，反復(fù)以上操作3次后，將離心管置于80℃恒溫水浴鍋中水浴1 h后取出，12000 r/min下離心30 min，取上清液過(guò)濾后進(jìn)行測(cè)定。EPS主要包括蛋白質(zhì)（PN）與多糖（PS），分別采用考馬斯亮藍(lán)試劑法及硫酸-苯酚法測(cè)定。比好氧速率（specific oxygen uptake rate， SOUR）的測(cè)定采用OCHOA等推薦的方法，SOUR為自養(yǎng)菌活性（SOURN）及異養(yǎng)菌活性（SOURH）之和。

2結(jié)果與討論

2.1紫外線對(duì)AGS穩(wěn)定性影響

2.1.1 污泥形態(tài)變化

觀察發(fā)現(xiàn)，隨著紫外輻照時(shí)間的延長(zhǎng)，混合液中絮體比例不斷增加，且照射時(shí)間越長(zhǎng)絮體的體積越大，其覆蓋包裹在AGS表面面積亦越大。此現(xiàn)象在60 min 最為明顯，觀察到完整的AGS表面基本被絮體覆蓋，表明AGS的三維結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重不可逆破壞。

2.1.2 EPS及PN/PS變化

EPS是微生物細(xì)胞為抵抗外界不利影響而分泌的粘性物質(zhì)，它有利于細(xì)胞之間相互聚集及粘附，并影響污泥的絮凝沉降性能、脫水性能、表面特性等，并對(duì)AGS的穩(wěn)定性有重要影響。

2.2溫度對(duì)AGS穩(wěn)定性影響

2.2.1 污泥形態(tài)變化

觀察發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高（-4 ℃～80℃），AGS外表面絮體量逐漸增加，且溫度越高絮體的體積越大，覆蓋包裹面積越廣、板結(jié)現(xiàn)象越嚴(yán)重。

2.2.2 EPS及PN/PS變化

不同溫度水浴后水相中EPS及PN/PS變化經(jīng)分析可知，隨著溫度的升高，EPS含量整體呈升高趨勢(shì)，最終穩(wěn)定在57.70 mg/g MLSS，這表明加熱過(guò)程會(huì)破壞AGS的結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致EPS溶出。PN/PS亦隨溫度的升高而呈增大趨勢(shì)（0.09～0.71），結(jié)合污泥形態(tài)變化可知：PN對(duì)于AGS的穩(wěn)定性發(fā)揮了更重要的作用。

3、結(jié)論

（1）紫外輻照及高溫（≥40 ℃）均會(huì)破壞AGS的結(jié)構(gòu)完整性，隨著輻照時(shí)間的延長(zhǎng)及溫度的升高，AGS解體趨勢(shì)俞加明顯并伴隨著EPS結(jié)構(gòu)破壞，輻照時(shí)間在10 min以內(nèi)時(shí)會(huì)刺激微生物分泌更多的EPS，但超過(guò)10 min時(shí)則會(huì)導(dǎo)致EPS的明顯減小；溫度的升高會(huì)破壞AGS的EPS結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致大量PN及PS溶出。

（2）紫外輻照及高溫（≥40 ℃）均會(huì)導(dǎo)致AGS的活性下降，隨著輻照時(shí)間延長(zhǎng)至60 min后SOUR減小至最小值9.21 mg O2/g MLSS h，溫度升高至80 ℃、AGS的SOUR幾乎降至零，表明高溫對(duì)AGS中微生物具有更強(qiáng)的殺滅作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]Adav S S， Lee D J， Show K Y， et al. Aerobic granular sludge： Recent advances[J]. Biotechnology Advances，2008，26（5）：411-423.