生物選擇器的抑菌機(jī)理及應(yīng)用！

水處理網(wǎng)訊:一、生物選擇器的作用機(jī)理：

1、生物選擇器的定義

為了促進(jìn)快速生長菌(非絲狀菌)的生長，抑制慢速生長菌(絲狀菌)的生長而在曝氣池的入口處設(shè)置的旨在維持較高的底物濃度的一段區(qū)域。 根據(jù)在生物選擇器內(nèi)曝氣與否，一般將其分為好氧、缺氧和厭氧三類。

2、動力學(xué)選擇機(jī)理

污泥中活性微生物的增長都符合Monod方程：

式中：

大多數(shù)絲狀菌的Ks和μmax值比菌膠團(tuán)細(xì)菌 低。按照Monod方程具有低Ks和μmax值的絲狀菌 在低基質(zhì)濃度條件下具 有高的增長速率 ，而具有較Ks和μmax值的菌膠團(tuán)細(xì)菌在高基質(zhì)濃度條件下才占優(yōu)勢。

在基質(zhì)濃度高時菌膠團(tuán)的基質(zhì)利用速率要高于絲狀菌，故可以利用基質(zhì)推動力選擇性的培養(yǎng)菌膠團(tuán)細(xì)菌而限制絲狀菌的增長。根據(jù)這一原理可以在曝氣池前設(shè)生物選擇器，通過選擇器對微生物進(jìn)行選擇性培養(yǎng)以防止污泥膨脹的發(fā)生.根據(jù)生物選擇器中曝氣與否可將其分為好氧、缺氧、厭氧選擇器。具體方法是在曝氣池首端劃出一格或幾格設(shè)置高負(fù) 荷接觸區(qū),將全部污水引入第一個 間格并 使整個系統(tǒng)中不存在濃度梯度(進(jìn)行攪拌使污泥和污水充分混合接觸 )。在好 氧選擇器內(nèi)需對污水進(jìn)行曝氣充氧 ，而缺氧 、厭氧選擇器只攪拌不曝氣。

好氧選擇器防止污泥膨脹的機(jī)理是提供一個氧源和食料充足的高負(fù)荷區(qū)，讓菌膠團(tuán)細(xì)菌率先搶占有機(jī)物而不給絲狀菌過度繁殖的機(jī)會。

缺氧選擇器和厭氧選擇器的構(gòu)造完全一樣，其功能取決于活性污泥的泥齡。當(dāng)泥齡較長時會發(fā)生較完全的硝化，選擇器內(nèi)會含有很多硝酸鹽，此時為缺氧選擇器；當(dāng)泥齡較短時選擇器內(nèi)既無溶解氧又無硝酸鹽，此時為厭氧選擇器。缺氧選擇器控制污泥膨脹的主要原理是絕大部分菌膠團(tuán)細(xì)菌能夠利用選擇器內(nèi)硝酸鹽中的化合態(tài)氧作氧源進(jìn)行生長繁殖，而絲狀菌沒有此功能，因而其在選擇器內(nèi)受到抑制，大大降低了污泥膨脹的可能性。厭氧選擇器控制污泥膨脹的主要原理是絕大部分種類的絲狀菌都是好氧的，在厭氧狀態(tài)下將受到抑制，而絕大部分的菌膠團(tuán)細(xì)菌為兼性菌，在厭氧條件下將進(jìn)行厭氧代謝，繼續(xù)增殖。但應(yīng)注意厭氧選擇器的設(shè)置會增大產(chǎn)生絲硫菌污泥膨脹的可能性(菌膠團(tuán)細(xì)菌的厭氧代謝產(chǎn)生的硫化氫為絲狀菌的繁殖提供條件)，故厭氧選擇器的水力停留時間不宜過長。

3、生物吸收機(jī)理

在介紹吸收作用之前需澄清一個概念：吸附作用(adsorption)和吸收作用 (absorption)。吸附作用是指污水和污泥接觸的初期，污水中顆粒狀和膠體狀的非溶解態(tài)有機(jī)物被活性較強(qiáng)的污泥吸附在表面，從而使混合液中的 BOD迅速下降，在胞外水解酶的作用下吸附在污泥顆粒表面的非溶解態(tài)有機(jī)物被水解成可溶性小分子而回到混合液中，從而使水中的 BOD又開始上升，即存在釋放現(xiàn)象；而吸收作用是指混合液中溶解性小分子有機(jī)物穿過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，以前人們認(rèn)為吸收作用對水 中 BOD 的去除不會很快，但最近的研究表明，菌膠團(tuán)細(xì)菌在負(fù)荷為 150 mgCOD／gMLSS的情況下，最初 30 min內(nèi) 對混合液中可降解 的溶解性 COD 的去 除率 > 65％，一般認(rèn)為由吸收作用引起的初期去除不會存在釋放現(xiàn)象。 一般認(rèn)為絮體菌比絲狀菌對底物具有較高的吸收能力，在選擇器內(nèi)高底物濃度條件下，絮體菌吸收了較多的有機(jī)物并貯存在體內(nèi)，進(jìn)入主曝氣區(qū)后利用這部分有機(jī)物繼續(xù)生長，使絮體菌占優(yōu)勢，從而控制了污泥膨脹。

二、生物選擇器的類型：

生物選擇器分為三種基本類型,即好氧選擇器、缺氧選擇器和厭氧選擇器。好氧選擇器屬于動力型選擇器( Kinetic Selector)，因為它是利用兩種細(xì)菌(絲狀菌和絮狀菌) 不同的動力學(xué)反應(yīng)速率來工作的；而缺氧選擇器和厭氧選擇器屬于代謝型選擇器(metabolic Selector)，因為它們是依靠選擇不同的電子受體( Elect ron Acceptor) 來工作的,下面將分別論述。

（1）好氧選擇器

好氧選擇器(Aerobic Selector) 的機(jī)理如圖所示，屬于動力型選擇器( Kinetic Selector)，因為它是利用兩種細(xì)菌(絲狀菌和絮狀菌) 不同的動力學(xué)反應(yīng)速率來工作的：

絮狀菌與絲狀菌生長率對比圖

當(dāng)?shù)孜餄舛雀邥r；例如S1，絮狀菌的比生長速率大于絲狀菌(即μ絮> μ絲)，絮狀菌在競爭中占優(yōu)勢；反之，當(dāng)?shù)孜餄舛鹊蜁r，例如S2，絲狀菌的比生長速率大于絮狀菌(即μ絲> μ絮)，絲狀菌在競爭中占優(yōu)勢。這里說的底物既指有機(jī)物，又指氮、磷等營養(yǎng)元素和溶解氧，因此可以看出，絲狀菌更“饑餓”，對惡劣環(huán)境更具有抵抗能力。正是利用以上原理開發(fā)出好氧生物選擇器，引入濃度梯度的概念，使得選擇器進(jìn)水端具有較高的污泥負(fù)荷(即處于S1附近) 。

（2）缺氧選擇器與缺氧池

屬于代謝型選擇器(metabolic Selector)，因為它是依靠選擇不同的電子受體( Elect ron Acceptor) 來工作的。

缺氧選擇器(Anoxic Selector) 與系統(tǒng)反硝化所設(shè)計的缺氧池的重大區(qū)別在于兩者的目的不同:設(shè)置選擇器的目的在于控制系統(tǒng)污泥膨脹，改善污泥的沉降性能；而缺氧池是為了實現(xiàn)反硝化，降低出水中的硝酸鹽氮濃度。在缺氧選擇器中，反硝化細(xì)菌利用易降解有機(jī)物作為電子供體( Elect ron Donor ), 利用硝酸鹽(NO-3)作為電子受體，獲得迅速增殖，該過程稱作反硝化(Denit rification) 。大多數(shù)絲狀菌能有效地利用易降解有機(jī)物，但不能利用硝酸鹽(NO-3) 作為電子受體，所以，如果污水中所含有的易降解有機(jī)物在缺氧段被去除，則絲狀菌的生長將被抑制。由于反硝化細(xì)菌屬于絮狀菌，因此，該過程控制了污泥膨脹的發(fā)生。

（3）厭氧選擇器與厭氧池

厭氧選擇器(Anaerobic Se2lector) 業(yè)屬于代謝型選擇器，其目的是通過有效去除(此處是吸附) 易降解有機(jī)物，達(dá)到控制污泥膨脹的目的；而厭氧池的目的是為了除磷。

在厭氧選擇器中，聚磷菌( PAO) 釋放體內(nèi)的聚磷作為能源，迅速吸附進(jìn)水中的易降解有機(jī)物，特別是揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)，而絲狀菌和其他的異養(yǎng)菌則沒有這項功能；在后面的好氧環(huán)境下，有機(jī)物濃度降低，在同其他細(xì)菌的競爭中，聚磷菌由于吸附了大量的有機(jī)物，從而處于絕對優(yōu)勢。由于PAO 也屬于絮狀菌,因此厭氧選擇器具有控制污泥膨脹的作用。同缺氧選擇器一樣，厭氧選擇器也是代謝型選擇器，所不同的是聚磷菌在選擇器內(nèi)只是完成了吸附過程，其增殖過程是在后面的主反應(yīng)區(qū)(好氧區(qū))完成的。

由于聚磷菌對溶解性有機(jī)物的吸附速度較快，因此厭氧選擇器可設(shè)計成較小的容積，以泥齡計為0.5～1.0 d ,設(shè)計中有時以水力停留時間來計算，為40～60 min。作為選擇器來說，希望磷過剩，此時選擇效果好。該過程反應(yīng)快，所需池容小。而作為厭氧池，希望有機(jī)物過剩，此時，出水磷濃度較低。由于城市污水成分復(fù)雜，厭氧池泥齡的選擇受進(jìn)水水質(zhì)的限制，若進(jìn)水中含有大量VFAs，則PAO對VFAs 的吸附可迅速完成，此時，厭氧池需要較短的泥齡；而如果進(jìn)水中僅有一部分VFAs，則需要有機(jī)物在厭氧段進(jìn)行發(fā)酵反應(yīng)產(chǎn)生VFAs，由于發(fā)酵反應(yīng)速度慢，因此發(fā)酵反應(yīng)成為厭氧段泥齡設(shè)計的控制因素。在20 ℃時，若所需要的VFAs 存在于進(jìn)水中，則厭氧泥齡可短至0.5 d； 若進(jìn)水中不含有VFAs,但含有的易降解有機(jī)物通過發(fā)酵反應(yīng)足以產(chǎn)生所需要的VFAs,則厭氧泥齡大約為1.5 d；若進(jìn)水中含有部分VFAs，但仍需要部分發(fā)酵，則泥齡為0.5～1.5d，這取決于VFAs含量。另一方面，若易降解物質(zhì)數(shù)量不充足，則慢速降解有機(jī)物尚需要水解反應(yīng)，再通過發(fā)酵反應(yīng)生成VFAs，此時厭氧泥齡更長，約2.5～3d。

原標(biāo)題:絲狀菌克星！生物選擇器的抑菌機(jī)理及應(yīng)用！