紫外線及溫度對好氧顆粒污泥穩定性影響研究

杜江　黃璇卿　程媛媛

摘 要：研究了不同紫外輻照時間及不同溫度下好氧顆粒污泥（AGS）的穩定性變化，為極端環境下AGS穩定性維持提供數據支持。結果表明紫外輻照及高溫均會嚴重破壞AGS的三維結構，從而導致AGS大范圍解體。隨著紫外輻照時間的延長（10～60 min），前20 min內EPS含量由42.86 mg/g MLSS增大至62.10 mg/g MLSS，30～50 min內EPS整體呈減小趨勢（44.52～25.02 mg/g MLSS），而60 min時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，最終穩定在57.70 mg/g MLSS。紫外輻照及高溫對AGS均有滅活作用，但高溫對AGS中微生物具有更強的殺滅作用。隨著輻照時間的延長（10～60 min），前20 min內SOUR略有升高（18.72～22.16 mg O2/g MLSS h），此后整體呈減小趨勢，60 min時達到最小值9.21 mg O2/g MLSS h；隨著溫度的升高（-4～80℃），SOUR整體呈減小趨勢，由17.06 mg/g MLSS幾乎下降至零。結果表明AGS對于紫外及高溫具有一定的耐受能力，為極端環境下污水治理提供了一種新思路。

關鍵詞：好氧顆粒污泥；紫外；溫度；結構穩定性；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、較低的剩余污泥產量、高耐毒性、強耐沖擊負荷等優點，已成為廢水高效生物處理的研究熱點。目前，有關AGS的各種研究報道層出不窮，其中，AGS針對有毒有害廢水的無害化處]格外吸引眼球，畢竟常規生物處理技術處理這類廢水時往往難以取得較好的效果。與活性污泥相比，AGS的顆粒狀結構使其在毒害環境中更具有優異的抵抗能力和生存能力，這一優勢從活性污泥及AGS對含苯酚類廢水（公認的高毒度、難降解廢水）的耐受能力對比上可以得到充分體現，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的特殊結構為極端環境下的污染治理提供了一種新思路。

研究表明：AGS針對極端環境有很好的抗逆性能，其中，溫度是對AGS穩定性存在顯著影響。暴瑞玲等[2]在20 ℃下成功培養出AGS的，但溫度升高至26 ℃后出現了顆粒解體；Song等發現30 ℃下培養成熟的AGS與25 ℃、35 ℃培養對比具有更加優良的沉降性能和致密結構。此外，隨著技術的發展，各種紫外輻照場所越來越多，并被大量應用于滅殺微生物。目前，幾乎未見有關紫外輻照對AGS的穩定性影響的研究報道。因此，為考察AGS對極端環境的耐受力，研究了紫外輻照及不同溫度對AGS的穩定性影響，為AGS的應用提供技術支持。

1材料與方法

1.1AGS

AGS取自實驗室內小試SBR，大部分為不規則的黃褐色顆粒、少量為光滑規則的黃色顆粒，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

取實驗室內成熟AGS混合液100 mL，沉淀1 min后去上清液、用自來水清洗三次后轉移至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（型號VS-1300L-U，照度≥300Lx，波長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#）后用于理化指標測試。

1.3溫度對AGS穩定性的影響

取實驗室內成熟AGS混合液100 mL，沉淀1 min后去上清液、用自來水清洗三次后轉移至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60 min后用于理化指標測試。

1.4分析項目及測試方法

利用數碼相機記錄污泥形態變化。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，磷酸鹽緩沖液補全至10 mL，反復以上操作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，取上清液過濾后進行測定。EPS主要包括蛋白質（PN）與多糖（PS），分別采用考馬斯亮藍試劑法及硫酸-苯酚法測定。比好氧速率（specific oxygen uptake rate， SOUR）的測定采用OCHOA等推薦的方法，SOUR為自養菌活性（SOURN）及異養菌活性（SOURH）之和。

2結果與討論

2.1紫外線對AGS穩定性影響

2.1.1 污泥形態變化

觀察發現，隨著紫外輻照時間的延長，混合液中絮體比例不斷增加，且照射時間越長絮體的體積越大，其覆蓋包裹在AGS表面面積亦越大。此現象在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的三維結構遭到嚴重不可逆破壞。

2.1.2 EPS及PN/PS變化

EPS是微生物細胞為抵抗外界不利影響而分泌的粘性物質，它有利于細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AGS的穩定性有重要影響。

2.2溫度對AGS穩定性影響

2.2.1 污泥形態變化

觀察發現，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、板結現象越嚴重。

2.2.2 EPS及PN/PS變化

不同溫度水浴后水相中EPS及PN/PS變化經分析可知，隨著溫度的升高，EPS含量整體呈升高趨勢，最終穩定在57.70 mg/g MLSS，這表明加熱過程會破壞AGS的結構，從而導致EPS溶出。PN/PS亦隨溫度的升高而呈增大趨勢（0.09～0.71），結合污泥形態變化可知：PN對于AGS的穩定性發揮了更重要的作用。

3、結論

（1）紫外輻照及高溫（≥40 ℃）均會破壞AGS的結構完整性，隨著輻照時間的延長及溫度的升高，AGS解體趨勢俞加明顯并伴隨著EPS結構破壞，輻照時間在10 min以內時會刺激微生物分泌更多的EPS，但超過10 min時則會導致EPS的明顯減小；溫度的升高會破壞AGS的EPS結構，導致大量PN及PS溶出。

（2）紫外輻照及高溫（≥40 ℃）均會導致AGS的活性下降，隨著輻照時間延長至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AGS中微生物具有更強的殺滅作用。

參考文獻：

[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.