生物除磷過程中PAOs胞內聚合物的變化規律研究

楊靖新，龍北生，劉紅波，趙　鶴，劉迅雷

(長春工程學院水利與環境工程學院，長春130012)

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生物除磷過程中PAOs胞內聚合物的變化規律研究

楊靖新，龍北生，劉紅波，趙鶴，劉迅雷

(長春工程學院水利與環境工程學院，長春130012)

采用SBR工藝，在系統穩定運行時，通過菌膠團染色、顯微鏡鏡檢的方法，考察了胞內聚β-羥基丁酸鹽(PHB)以及聚磷酸鹽(poly-P)在生物除磷過程中的變化規律。試驗結果表明，在厭氧過程中，釋磷的同時污泥菌膠團中poly-P顆粒大量減少，PHB顆粒被大量合成并貯存于胞內；在好氧過程中，吸磷的同時胞內PHB顆粒含量減少，poly-P顆粒大量增多。

釋磷；吸磷；PHB；poly-P；PAOs

水體富營養化是當今各國共同面臨的環境污染問題，磷是引起水體富營養化的主要因素之一，降低排放污水中的磷含量是有效限制水體富營養化的重要手段[1-2]。生物除磷與化學除磷相比較，具有運行費用低，節約能源，避免二次污染的特點[3]。SBR工藝由于具有工藝流程簡單，生化反應速率快，耐沖擊負荷，不易發生污泥膨脹等優點，應用越來越普遍[4-5]。本文采用該工藝，通過時間上的交替運行，控制好氧和厭氧的環境條件，達到除磷的目的[6-8]。

SBR工藝穩定運行時，采用特殊染色、顯微鏡鏡檢的方法，考察系統內的活性污泥了胞內poly-P和PHB在厭氧釋磷以及好氧吸磷過程中的變化規律，并對其進行分析。

1　試驗材料與方法

1.1試驗裝置與設備

SBR除磷系統試驗裝置如圖1所示。反應器為圓柱形，由有機玻璃制成，高60 cm，內徑20 cm，底部為圓臺形，總有效容積為12 L；反應器以小型黏砂頭作為微孔曝氣頭，采用小型充氧泵曝氣充氧，通過排水管排水閥門排水，反應器底部設有排泥放空管以及排泥閥門；反應器中設有攪拌裝置，根據需要啟動攪拌器進行厭氧釋磷作用；在反應器中設有溫控裝置，可根據需要來調節系統溫度。

1.攪拌器；2.微孔曝氣頭；3.排水閥；4.排泥閥；5.曝氣閥；6.充氧泵圖1　SBR試驗裝置

1.2SBR除磷工藝運行方式

SBR反應器為生物懸浮生長系統，反應器采用間歇進水、間歇排水并按周期運行。其一個周期內的運行過程如圖2所示。

SBR系統按瞬時充水(2～3 min)→厭氧攪拌(90 min)→好氧曝氣(90 min)→沉淀排泥、排水、閑置的工況完成運行。充水后厭氧攪拌，在厭氧環境下PAOs充分利用水中的易降解有機物進行釋磷作用；在好氧段，要注意合理的曝氣時間，使系統在曝氣過程中既能夠超量吸磷，同時又能避免硝化作用的發生。

圖2　SBR工藝一個周期內的運行過程

1.3試驗用水與檢測方法

試驗用污泥取自汽車廠污水廠二沉池的回流污泥，污泥馴化完成后，以人工合成污水為進水。人工合成污水水質穩定，并易于在試驗過程中根據需要適時調整配水的組分，有利于進行基礎研究。合成污水以NaAc和可溶性淀粉為主要成分(二者的比例約為1.4∶1)，外加少量的牛肉膏和營養鹽，采用NaHCO3調節堿度和pH值，根據需要向水中投加一定量的NH4Cl和KH2PO4來調節水中N和P的含量。水質情況見表1?？刂葡到y內的溫度為25 ℃，泥齡為5～7 d，污泥的質量濃度為4 000 mg/L左右。

表1　人工合成污水水質

1.4胞內聚合物的檢測方法

于運行狀況良好的反應器內，分別在厭氧釋磷及好氧吸磷過程中每隔30 min取適量的活性污泥混合液置于載玻片上，通過酒精燈火焰(1～2次)加熱使其固定。

1.4.1PHB的檢測方法

待涂片固定好后，用蘇丹黑B染液滴加于涂片上，染色5～10 min，沖洗并風干；在二甲苯溶液中浸沾數次以去除剩余的蘇丹黑，而后沖洗風干；再用番紅復染5～10 s，水洗風干后鏡檢[11]。

1.4.2poly-P的檢測方法

poly-P的染色采用奈瑟氏新染色法。將5 g/L的美蘭染色液滴加到制備好的涂片上，染色1 min，沖洗后自然干燥；再用奈瑟氏乙液復染1 min，清去染色液，自來水沖洗后自然干燥；顯微鏡觀察[11]。

2　試驗結果與分析

系統運行過程中，分別在厭氧30、60、90 min，好氧30、60、90 min時取樣進行胞內聚合物的染色鏡檢，不同染色方法檢測到的不同染色現象見表2。

表2　胞內聚合物的染色方法及現象

(a) 厭氧30 min

(b) 厭氧60 min

(c) 厭氧90 min(好氧開始)

(d) 好氧30 min

(e) 好氧60 min

(f) 好氧90 min圖3　典型周期內不同時間PHB染色顯微鏡成像

(a) 厭氧30 min

(b) 厭氧60 min

(c) 厭氧90 min(好氧開始)

(d) 好氧30 min

(e) 好氧60 min

(f) 好氧90 min圖4　典型周期內不同時間poly-P染色顯微鏡成像

2.1PHB的染色結果及分析

圖3中顯示的暗黑色顆粒為胞內藍黑色PHB顆粒，亮色顆粒為其亮粉色細胞質部分。圖3中(a)、(b)、(c)分別對應著厭氧階段的30、60、90 min，從這三這圖中可知，隨著時間的推移，暗黑色顆粒聚集體在厭氧條件下逐漸成為菌膠團中的主體，這說明厭氧環境中PAOs胞內發生了明顯的PHB合成作用。PAOs在厭氧環境下分解胞內的poly-P，并吸收VFAs轉化成PHB存于胞內，所以此階段PHB含量不斷增多。厭氧過程中合成的PHB對好氧吸磷過程起著至關重要的作用，厭氧段聚集的PHB越多，好氧段吸磷動力就越強，除磷效果也越好。

2.2poly-P的染色結果及分析

圖5　典型周期內-P質量濃度隨時間的變化情況

3　結語

[1] 孫雪，朱為靜，王亮，等.強化生物除磷系統主要微生物及其代謝機理研究進展[J].應用生態學報，2014(3):892-902.

[2] 王曉蓮，王淑瑩，彭永臻.A～2/O工藝強化反硝化除磷體系中微生物特性分析[J].應用與環境生物學報，2007(3):401-407.

[3] 田淑媛，李征，王景峰.厭氧—好氧交替工藝生物除磷及活性污泥特殊染色[J].工業用水與廢水，2001(1):13-15.

[4] 郭建華，彭永臻，楊慶，等.脈沖SBR處理城市污水深度脫氮的工藝特性[J].中國環境科學，2007(1):62-66.

[5] 彭永臻.SBR法的五大優點[J].中國給水排水，1993，9(2):29-31.

[6] 田立江，姚志彬.SBR工藝與CASS工藝的比較[J].江蘇環境科技，2003(2):14-15+21.

[7] 龍北生，孫大群，邊德軍，等.采用兩級SBR工藝優化除磷脫氮[J].給水排水，2003，11:34-37.

[8] 龍北生，劉紅波，肖國拾，等.兩級SBR工藝去除磷、氮及有機物效能分析[J].環境科學，2009(9):2609-2614.

[9] 曾龍云，楊春平，郭俊元，等.間歇曝氣生物濾池生物除磷性能研究[J].環境科學，2012(1):197-202.

[10] 陳洪波，王冬波，李小明，等.單級好氧生物除磷工藝處理生活污水[J].中國環境科學，2012(7):1203-1209.

[11] 葛艷輝，趙林，周艷.聚磷菌胞內聚合物的染色條件優化及染色方法比較[J].環境科學與技術，2014(2):1-6.

The Study on Intracellular Polymers of PAOs Variation Laws during Biological Phosphorus Removal Procedure

YANG Jing-xin,etc.

(SchoolofWaterConservancy&EnvironmentEngineering,ChangchunInstituteofTechnology,Changchun130012,China)

By using SBR process, the intracellular PHB and poly-P of PAOs variation laws during the biological phosphorus removal procedure by the method of dyeing zoogloea and microscopic examination under the condition of the system running steadily has been examined in this article. The results show that the poly-P particles in the zoogloea reduces a lot, and the PHB particles are synthesized in large quantities and stored in the cells when phosphorus releasing is at the anaerobic phase. At the same time, the PHB particles content in the cells reduces and the poly-P particles increases a lot when phosphorus absorbing is at the aerobic phase.

phosphorus releasing；phosphorus absorbing；PHB；poly-P；PAOs

10.3969/j.issn.1009-8984.2016.03.015

2016-05-28

吉林省科技廳重點項目(20140101161JC)

楊靖新(1991-)，男(漢)，內蒙通遼，碩士

主要研究污水生物處理技術。

X703

A

1009-8984(2016)03-0063-04