馬放教授,哈爾濱工業(yè)大學(xué)

城市每天都會產(chǎn)生大量的污水,未經(jīng)處理的污水直接排放入自然界中,會對自然環(huán)境產(chǎn)生巨大危害,危及各種生物的生命安全,其中也包括我們?nèi)祟愖陨怼?/p>

過去的一百多年來,我們始終借用微生物之手幫我們處理城市中產(chǎn)生的生活污水,這種工藝被稱為活性污泥法?；钚晕勰喾ㄗ钪饕暮诵木褪腔钚晕勰?這是由不同種類的巨量的細(xì)菌、真菌等微生物組成的復(fù)雜體系,由于在水中分散時的狀態(tài)看起來像是泥土在水中的樣子,而其本身又具有生物活性,故被稱為活性污泥。

好氧活性污泥法自1914年誕生以來,經(jīng)歷過幾次技術(shù)的改進(jìn),但核心物質(zhì)活性污泥的角色始終沒產(chǎn)生大的變化。1991年,來自日本的研究人員在運(yùn)行好氧升流式污泥床時首次發(fā)現(xiàn)了普通活性污泥在特定的運(yùn)行條件下自發(fā)團(tuán)聚形成的形狀不一的小顆粒,其粒徑大小分布在2～8mm之間,研究人員將之命名為好氧顆粒污泥。

好氧顆粒污泥是一種由普通絮狀活性污泥經(jīng)過特定的馴化培養(yǎng),經(jīng)過污泥中微生物的篩選、優(yōu)勢種群的確立、由微生物間相互交聯(lián)依附最終形成的具有一定自我平衡能力的微生物自凝聚體。其在普通絮狀活性污泥所具備的對污染物的處理能力之上,還具備更加優(yōu)異的沉降性能、耐沖擊性能以及在重金屬污染物、難降解有機(jī)物等特殊污染物處置上的優(yōu)異效果及開發(fā)潛能。好氧顆粒污泥相較于傳統(tǒng)絮狀污泥,具有許多優(yōu)勢,但是其較為復(fù)雜的形成條件和較苛刻的運(yùn)行方式導(dǎo)致其無法迅速鋪開從而取代傳統(tǒng)絮狀污泥進(jìn)行大范圍應(yīng)用。當(dāng)前的污水廠中,曝氣單元以方形曝氣池占絕大多數(shù),這對活性污泥的顆粒化不利,若想推進(jìn)好氧顆粒污泥的規(guī)?；瘧?yīng)用,需要對當(dāng)前的曝氣池進(jìn)行全面改造,這將是一項花費(fèi)巨大的工程,在好氧顆粒污泥技術(shù)尚未完全成熟的情況下,大規(guī)模的鋪開應(yīng)用為時尚早,還需等待更全面的技術(shù)升級。

生活污水中所含有的氨氮、COD、總磷以及其他營養(yǎng)物質(zhì)的濃度,對好氧顆粒污泥的形成有著極大的影響。好氧顆粒污泥的產(chǎn)生過程從微觀角度分析,與普通絮狀污泥中胞外聚合物(EPS)產(chǎn)量較多的細(xì)菌在細(xì)菌總體中的占比增加有直接關(guān)系。最直接的證據(jù)就是在當(dāng)前的研究中,好氧顆粒污泥中EPS的相對含量是普通絮狀污泥的數(shù)倍,且通過分析顆粒污泥與絮狀污泥中的細(xì)菌種類及數(shù)量分布,可以發(fā)現(xiàn)主導(dǎo)細(xì)菌種群呈現(xiàn)顯著區(qū)別。活性污泥中菌落組成的改變,主要是由于外部環(huán)境中各種營養(yǎng)物質(zhì)的不同而產(chǎn)生。例如,反應(yīng)器進(jìn)水中的碳源濃度增加,菌落中對碳源需求旺盛的菌種將會得到極大的促進(jìn),從而占據(jù)主導(dǎo)地位;而當(dāng)內(nèi)環(huán)境中碳源濃度降低,對碳源需求旺盛的菌種將會由于營養(yǎng)物質(zhì)水平受限而被限制生長繁衍,而造成在總體群落中的占比下降。

目前,大量污水處理廠處理的污水其碳源與氮源的比例普遍較低,這對好氧顆粒污泥的形成不利;且污水中的碳源種類駁雜,還會有多種毒性物質(zhì)存在的可能,水質(zhì)較不穩(wěn)定,如雨季與旱季的水質(zhì)就差別極大,這在極大程度上阻礙了好氧顆粒污泥的形成以及穩(wěn)態(tài)維持。以當(dāng)前的技術(shù),直接利用實際污水大規(guī)?？焖?、高效培養(yǎng)好氧顆粒污泥還存在技術(shù)瓶頸,很多時候會采用人工配制模擬污水的方式來強(qiáng)化培養(yǎng),這在提高了技術(shù)應(yīng)用成本的同時,也限制了好氧顆粒污泥的產(chǎn)量。

好氧顆粒污泥的出現(xiàn),源自于普通絮狀活性污泥,是通過特定條件下的培養(yǎng)而轉(zhuǎn)化得來的,所以從根源上說,二者本是一家。絮狀活性污泥可以向好氧顆粒污泥轉(zhuǎn)變,自然好氧顆粒污泥也可以在某些情況下變回絮狀污泥。好氧顆粒污泥系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行一直也是這項技術(shù)關(guān)注的重點和難點。

當(dāng)前對于好氧顆粒污泥的研究,處在由實驗室推廣至現(xiàn)場工程的關(guān)鍵階段,全球多個高校、研究所的研究人員都在對好氧顆粒污泥的實際應(yīng)用工程進(jìn)行探索攻關(guān)。受限于好氧顆粒污泥的穩(wěn)定運(yùn)行體系條件較為苛刻,目前規(guī)模化處理實際生活污水的工程,僅有來自荷蘭DHV公司采用自有的Nereda工藝,在全球范圍內(nèi)建成了約30座采用好氧顆粒污泥為主體的污水處理廠。我國在規(guī)?；瘧?yīng)用好氧顆粒污泥方面,尚未有成熟的技術(shù)推向市場,但我國也有多個高校在進(jìn)行規(guī)?；闹性?并也已有多篇文獻(xiàn)發(fā)表于國際知名期刊。

相信隨著對好氧顆粒污泥形成機(jī)理的分析逐步深入,好氧顆粒污泥的快速規(guī)模化培養(yǎng)將不再成為限制此技術(shù)推廣的關(guān)鍵問題。而后續(xù)的穩(wěn)定性運(yùn)行則需要更多的研究者參與其中,只有使顆?；纬煞€(wěn)定循環(huán),方可保證好氧顆粒污泥在處理單元中始終處于絕對優(yōu)勢地位,從而最大程度上發(fā)揮出好氧顆粒污泥的種種優(yōu)點,降低污水處理成本,為我們的青山綠水做出更大的貢獻(xiàn)。