金屬陽離子對好氧顆粒污泥造粒影響研究進展

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(guī)則、結(jié)構(gòu)緊密的顆粒狀活性污泥。相比傳統(tǒng)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離子的吸附能力等,具有廣泛的應(yīng)用前景,而AGS的形成所需時間較長是工程應(yīng)用的一大挑戰(zhàn),其造粒機理也成為了國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。諸多研究表明,金屬陽離子對AGS造粒有明顯的影響,能夠加快污泥顆粒的形成,促進胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)的分泌,改變活性污泥微生物結(jié)構(gòu)等。而AGS技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用于紡織、電鍍、皮革、電池制備、電器產(chǎn)生、采礦等各類含有金屬陽離子的廢水中,同時也取得了良好的處理效果。目前,針對具體種類金屬陽離子對好氧污泥造粒的影響已有相關(guān)研究,但缺少金屬陽離子對AGS影響的綜合分析。本文總結(jié)了常見金屬陽離子對AGS造粒及穩(wěn)定性的影響,分析了造粒機理以及微生物群落的變化情況,旨在為金屬陽離子加快AGS造粒以及對顆粒穩(wěn)定性影響提供理論依據(jù)。

1 金屬陽離子對造粒的影響

金屬陽離子通過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不可或缺的作用。不同的金屬陽離子呈不同價態(tài),對微生物附著有不同的影響。不同金屬陽離子參與顆粒污泥內(nèi)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形成的金屬陽離子,包括金屬陽離子的投加量、進水水質(zhì)、接種污泥以及反應(yīng)器類型等。不同金屬陽離子在相同濃度條件下對絮體污泥的促進作用不同,如Ca2+、Mg2+;相同的金屬陽離子,在不同濃度作用下,對絮體污泥造粒影響也有差異,如Zn2+、Mo6+;同一種金屬陽離子在不同價態(tài)時,對絮體污泥造粒也有不一樣的影響作用,如Fe3O4、Fe2+、Fe3+。根據(jù)表1,許多金屬陽離子促進污泥造粒的試驗均在序批式反應(yīng)器(sequencing batch reactor,SBR)反應(yīng)器中進行,SBR具有良好的抗沖擊負荷能力,大多數(shù)AGS都是在SBR中培養(yǎng)出來的。

1.1 常見的金屬陽離子(Ca2+、Mg2+)

Ca2+、Mg2+是最常見的影響好氧污泥造粒的金屬陽離子,且在污泥造粒中發(fā)揮的作用不同。在培養(yǎng)顆粒污泥過程中,添加Ca2+更有利于縮短活性污泥顆粒化的進程,顆粒污泥結(jié)構(gòu)更緊密,形狀較為規(guī)則,并且粒徑也較大,具有更好的沉降性能,表現(xiàn)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(yǎng)的影響時發(fā)現(xiàn),添加Mg2+能夠促進微生物的生長和PS的產(chǎn)生,但對蛋白質(zhì)(protein,PN)沒有明顯影響。關(guān)于Mg2+對EPS中PN和PS的影響,Sajjad等得出了不一樣的結(jié)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來說,不管是單獨添加Ca2+或者Mg2+都會促進污泥的造粒過程,促進PS和PN的增長。在成熟的顆粒中,Ca2+主要分布在外圍,而Mg2+主要分布在內(nèi)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和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。且在相同質(zhì)量濃度(40 mg/L)條件下,Ca2+比Mg2+促進造粒的速度更快。

值得注意的是,雖然Ca2+、Mg2+已被證實可以促進污泥造粒,但離子濃度對污泥造粒的影響也不可以忽視,濃度過高可能帶來負面效應(yīng)。Jiang等發(fā)現(xiàn),100 mg/L的Ca2+條件下培養(yǎng)的顆粒污泥形成時間比不加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,過高會破壞顆粒內(nèi)部環(huán)境。顆粒內(nèi)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)阻力受到無機物含量的影響,過高的無機物容易破壞顆粒內(nèi)環(huán)境從而使得顆粒中心形成死區(qū),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(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn),10 mg/L的Mg2+比100 mg/L的Mg2+對污泥造粒促進作用更加明顯,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時對污泥活性有促進作用。另外,大多數(shù)AGS造粒都是在試驗規(guī)模中進行的,使用真實廢水快速好氧造粒是反應(yīng)系統(tǒng)一大挑戰(zhàn)。在實際廢水處理中,Liu等使用養(yǎng)豬廢水迅速培養(yǎng)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)鍵的促進作用,Ca2+加速了微生物聚集。不同于先進水再出水的常規(guī)選擇壓模式下的SBR,Barros等研究100 mg/L的Ca2+在同時進水/出水低選擇壓模式下SBR對AGS形成的影響,結(jié)果表明,在這種低選擇壓模式(0.92 m/h)的情況下,Ca2+并不會加速顆粒的形成,如果Ca2+要促進造粒,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+進行金屬陽離子對造粒影響的研究,對于含有大量Ca2+、Mg2+的實際廢水對污泥造粒影響還值得進一步探討。

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養(yǎng)素,而較高濃度的Fe會抑制污泥活性,導(dǎo)致生物處理系統(tǒng)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F(xiàn)e無機物顯然有利于微生物聚集的加速。添加納米零價鐵(nZVI)會影響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(xiàn)此消彼長的現(xiàn)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(xiàn)30 mg/L的Fe2+有利于絲狀絮凝污泥轉(zhuǎn)化為致密結(jié)構(gòu),從而顯著提高污泥沉降性,有利于顆粒的形成。持續(xù)投加Fe2+更有利于生物質(zhì)的增長,除了能形成物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的AGS之外,還表現(xiàn)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沒有明顯增加。此外,低質(zhì)量濃度(2 mg/L)的Fe2+更有利于AGS中污泥微生物附著。劉頭水在AGS晶核假說基礎(chǔ)上,以Fe(OH)3絮體作為造粒晶核培養(yǎng)AGS,低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(3%、5%)的Fe(OH)3絮體可促進污泥微生物活性,高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(7%)則會抑制微生物活性。也有研究表明,Fe3+對AGS的形成并無促進作用,但是能夠促進顆粒污泥分泌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)可以很好地促進污泥造粒,形成較大顆粒,沉降性能更好。

1.3 常見的重金屬陽離子(Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cr6+)

Cu2+、Zn2+、Pb2+作為常見的重金屬,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,目前沒有相關(guān)Pb2+可以促進污泥造粒的報道。Cu作為微生物生長必需的微量元素,低質(zhì)量濃度(0.5～3.0 mg/L)的Cu2+可提高AGS的沉降性能,進水Cu2+質(zhì)量濃度的逐步上升(0～10 mg/L)導(dǎo)致顆粒污泥更致密,沉降性增強。值得注意的是,Cu2+會干擾微生物的正常代謝,導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化、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(wěn)定性和結(jié)構(gòu)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(jié)合起到了重要作用。肖蓬蓬在研究生活廢水處理中Zn2+對AGS形成的影響時發(fā)現(xiàn),添加0～100 mg/L的Zn2+均可成功培養(yǎng)形成AGS。1～50 mg/L的Zn2+可以促進顆粒形成,但當(dāng)質(zhì)量濃度大于100 mg/L時,形成的顆粒不穩(wěn)定或不能形成顆粒。而Zheng等研究Zn2+對成熟AGS長期影響時發(fā)現(xiàn),Zn2+會影響AGS反應(yīng)系統(tǒng)的污染物去除性能,Zn2+質(zhì)量濃度達到10 mg/L就會影響污泥形態(tài),使其結(jié)構(gòu)松散,污泥沉降性能下降,最終導(dǎo)致污泥濃度降低。Marques等也得出相似的結(jié)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(wěn)定性的影響。結(jié)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(yán)重威脅AGS的穩(wěn)定性,使其結(jié)構(gòu)趨于扁平化并逐漸解體。同時,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-細菌AGS對廢水中Cr6+的生物吸附效應(yīng),發(fā)現(xiàn)藻類-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。暫無研究表明Cr6+能促進造粒,而Cr6+的加入甚至對成熟的AGS有一定的毒害作用。

1.4 其他重金屬陽離子(Mn2+、Mo6+、Cd2+、Ni2+)

Mn2+是細胞長所需的微量元素,有助于微生物活動。以葡萄糖作為唯一的碳源時,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,造粒過程會受到輕微抑制,可歸因于接種污泥代謝不適應(yīng)高濃度重金屬的負面影響。此外,Mn2+還可以與AGS結(jié)合,形成Mn-AGS處理其他廢水,He等通過向AGS反應(yīng)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3個價態(tài),其氧化態(tài)非常容易發(fā)生變化。研究發(fā)現(xiàn),1～10 mg/L的Mo6+促進了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(wěn)定。當(dāng)Cd2+質(zhì)量濃度低于1 mg/L時,對AGS的影響不大;但高于5 mg/L時,對AGS有明顯的毒害作用;當(dāng)質(zhì)量濃度繼續(xù)增加至40 mg/L以上時,顆粒污泥嚴(yán)重解體,出水水質(zhì)惡化,工藝穩(wěn)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+,其濃度較高時會使得AGS活性顯著下降。0～2 mg/L Ni2+可提高AGS活性,使污泥結(jié)構(gòu)更加緊實,沉降性能更好,但質(zhì)量濃度過高(>5 mg/L)時會嚴(yán)重影響污泥系統(tǒng),甚至完全抑制某些微生物的生長。相比100 mg/L的Ca2+能促進造粒,Ni2+超過5 mg/L就會影響污泥系統(tǒng),抑制微生物生長,這可能也跟金屬陽離子的性質(zhì)差異有關(guān),考慮到重金屬離子的較強毒性,許多學(xué)者在投加金屬陽離子促進污泥造粒的試驗中,更青睞于輕金屬陽離子(Ca2+、Mg2+)。

2 金屬陽離子對污泥造粒的影響機理

AGS的形成是一個復(fù)雜的過程,由物理、化學(xué)和生物共同作用形成。關(guān)于好氧污泥顆?；倪^程,國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究,但并無統(tǒng)一的顆?；瘷C理。金屬陽離子對造粒的影響是復(fù)雜的,對于金屬陽離子促進造粒的機理也尚未統(tǒng)一。目前主要有以下2種被廣大學(xué)者認可:(1)金屬陽離子誘導(dǎo)核假說;(2)金屬陽離子促進EPS分泌。

2.1 金屬陽離子誘導(dǎo)核假說

該假說認為污泥以進水中的金屬離子形成無機鹽沉淀作為誘導(dǎo)核,微生物在誘導(dǎo)核上附著生長,最終形成了成熟的顆粒污泥,而誘導(dǎo)核的存在可以加快污泥好氧顆粒化的進度,機理如圖1所示。有研究發(fā)現(xiàn),Ca2+分布在顆粒污泥中心,證實了該假說。Ca2+的陽離子架橋作用對AGS的成長過程有非常重要的作用,Ca2+作為誘導(dǎo)核能夠加速微生物凝聚,同時在顆粒表面形成離子鍵以及EPS-PS,通過架橋作用促進細菌凝聚形成顆粒。+2價和+3價離子(如Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+)還可以通過中和、吸附與帶負電荷的細胞結(jié)合以形成微生物核,促進微生物聚集。因此,許多學(xué)者嘗試在反應(yīng)系統(tǒng)中投加金屬陽離子來加快污泥造粒速度。

2.2 金屬陽離子促進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可以通過黏附單個細菌細胞增強微生物聚集,并促進聚集細胞形成顆粒。EPS與微生物細胞之間還可以通過離子橋接相互作用,疏水相互作用和聚合物纏結(jié)使細胞緊密結(jié)合來誘導(dǎo)細菌細胞的附著,從而增強和促進微生物顆粒的形成。作為EPS的主要成分,PN與PS在促進污泥造粒過程中有不一樣的作用,PN可以與帶正電荷的離子反應(yīng),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(wěn)定中起著更重要的促進作用,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(nèi)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(jié)構(gòu)剛性。PN、PS作為EPS的主要成分,顆粒PN/PS對AGS的穩(wěn)定性有很大的影響。顆粒PN/PS較高時能夠分泌更多的胞外蛋白,能更好維持顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu),提高AGS的穩(wěn)定性。也有研究表明,PN/PS在2.3～4.5時,AGS結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。金屬陽離子可以通過促進EPS,特別是PN、PS的分泌從而達到促進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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機械強度方面起著重要作用。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),金屬陽離子的存在會對EPS產(chǎn)生影響,可以通過EPS橋接細胞表面上帶負電荷的基團來促進造粒過程。金屬陽離子與細菌表面PS上的負電荷基團相結(jié)合,從而作為促進細菌聚集的橋梁。此外,金屬陽離子(如Ca2+、Mg2+、K+和Zn2+等)還通過降低污泥表面EPS的帶電特性,誘導(dǎo)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(jié)合更多的金屬陽離子,同時可以降低金屬陽離子帶來的毒性。以Ca2+、Mg2+為例,金屬陽離子促進EPS分泌的機制如圖2所示,金屬陽離子與羰基(-C=O-)、-COO-、-NH2、-OH等PN、PS基團結(jié)合,促進TB-EPS、LB-EPS分泌,從而達到促進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(jié)合;而Ca2+通過與-OH、-NH2等基團結(jié)合附著于PS上,它們與PS結(jié)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(nèi)部的主要原因。

其他金屬陽離子也有類似的作用機理,Fe2+可以作為橋接離子與EPS形成網(wǎng)絡(luò),也可以S2-結(jié)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,促進微生物的聚集。在AGS反應(yīng)系統(tǒng)中,Cu2+質(zhì)量濃度在0～10 mg/L時,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(jié)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EPS-PN的分泌,在一定程度上,Mo6+的添加促進了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(yīng)系統(tǒng)投加Mn2+會降低污泥造粒速度,刺激EPS分泌,導(dǎo)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(yīng)的酶活性,刺激微生物產(chǎn)生更多的EPS,進而提高成熟AGS的活性。不難看出,目前的研究已經(jīng)證實金屬陽離子可以通過影響EPS分泌,尤其是對PN、PS的影響,進而影響AGS的形成。然而在實際工業(yè)廢水中,通常有多種陽離子共存,濃度范圍也較大,目前尚缺少此類實際廢水中陽離子對AGS長期穩(wěn)定性的影響研究。

其他金屬陽離子也有類似的作用機理,Fe2+可以作為橋接離子與EPS形成網(wǎng)絡(luò),也可以S2-結(jié)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,促進微生物的聚集。在AGS反應(yīng)系統(tǒng)中,Cu2+質(zhì)量濃度在0～10 mg/L時,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(jié)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EPS-PN的分泌,在一定程度上,Mo6+的添加促進了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(yīng)系統(tǒng)投加Mn2+會降低污泥造粒速度,刺激EPS分泌,導(dǎo)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(yīng)的酶活性,刺激微生物產(chǎn)生更多的EPS,進而提高成熟AGS的活性。不難看出,目前的研究已經(jīng)證實金屬陽離子可以通過影響EPS分泌,尤其是對PN、PS的影響,進而影響AGS的形成。然而在實際工業(yè)廢水中,通常有多種陽離子共存,濃度范圍也較大,目前尚缺少此類實際廢水中陽離子對AGS長期穩(wěn)定性的影響研究。

其他金屬陽離子也有類似的作用機理,Fe2+可以作為橋接離子與EPS形成網(wǎng)絡(luò),也可以S2-結(jié)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,促進微生物的聚集。在AGS反應(yīng)系統(tǒng)中,Cu2+質(zhì)量濃度在0～10 mg/L時,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(jié)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EPS-PN的分泌,在一定程度上,Mo6+的添加促進了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(yīng)系統(tǒng)投加Mn2+會降低污泥造粒速度,刺激EPS分泌,導(dǎo)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(yīng)的酶活性,刺激微生物產(chǎn)生更多的EPS,進而提高成熟AGS的活性。不難看出,目前的研究已經(jīng)證實金屬陽離子可以通過影響EPS分泌,尤其是對PN、PS的影響,進而影響AGS的形成。然而在實際工業(yè)廢水中,通常有多種陽離子共存,濃度范圍也較大,目前尚缺少此類實際廢水中陽離子對AGS長期穩(wěn)定性的影響研究。

3 結(jié)語

大部分二價金屬陽離子可以促進污泥造粒,如Ca2+、Mg2+、Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Ni2+等。10 mg/L的Mg2+、Cu2+就能有效促進污泥造粒,Mn2+質(zhì)量濃度超過20 mg/L會抑制造粒過程,Fe2+質(zhì)量濃度達到30 mg/L也能促進顆粒的形成,50 mg/L的Zn2+可以促進顆粒污泥形成,但當(dāng)Zn2+質(zhì)量濃度大于100 mg/L時形成的顆粒不穩(wěn)定或不能形成顆粒。而Ca2+表現(xiàn)出更強的促進造粒的能力,質(zhì)量濃度高達100 mg/L時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5 mg/L后會嚴(yán)重影響污泥系統(tǒng),甚至完全抑制某些微生物的生長;而不常見的金屬陽離子Mo6+也能促進了AGS的形成,但質(zhì)量濃度超過25 mg/L形成的顆粒污泥不穩(wěn)定。Pb2+、Cr6+、Cd2+暫未被證明可以促進污泥造粒,甚至對成熟的AGS有一定的毒害作用。

金屬陽離子對AGS造粒的影響機理主要歸結(jié)于2種可能:一方面,微生物以金屬陽離子(如Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+)為誘導(dǎo)核,微生物在核上附著生長,形成成熟的顆粒污泥,加快污泥顆?；倪M度;另一方面,金屬陽離子會誘導(dǎo)微生物分泌EPS,使EPS-PN、EPS-PS含量發(fā)生變化,從而進一步影響好氧污泥造粒。

目前,金屬陽離子對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,針對實際工業(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(zhàn)。本文通過綜述常見的幾種金屬陽離子對AGS造粒的影響,旨在為研究金屬陽離子對造粒影響提供一定的參考,后續(xù)可重點關(guān)注實際污水中多種金屬陽離子共存對AGS造粒以及長期穩(wěn)定性的影響。