磷酸鹽生物強化MBR工藝對微生物特性的影響

趙佳佳　余海霞　何　平　董翠維

（杭州市環境監測中心站浙江杭州310007）

磷酸鹽生物強化MBR工藝對微生物特性的影響

趙佳佳余海霞何平董翠維

（杭州市環境監測中心站浙江杭州310007）

微生物生長離不開合成代謝的物質，例如有機碳、無機碳、氧氣、氮、磷和微量元素。試驗中膜生物反應器進水水質較好，有機物及氨氮含量較低，這對于反應器中微生物的生長較為不利，使得飲用水處理中的MBR生物量明顯少于污水處理工藝，因而微生物作用效果相對較差，出水水質不理想。為提高MBR工藝的處理效率，對該工藝中的微生物進行必要的強化是提高工藝處理效果的有效的方法之一。

磷酸鹽生物強化；MBR；微生物特性；EPS；SMP

1　引言

管網中常常投加一定濃度的磷酸鹽來抑制管壁腐蝕，然而帶來的不利后果是細菌加快繁殖生長，但也由此看出，磷元素有助于微生物的生長。日本和芬蘭有研究指出，供水管網中對微生物起到抑制作用的是磷而不是有機碳[1]。細胞需要吸收磷酸鹽來生長、運動以及進行正常的日常活動。當缺乏磷時，微生物可以以其他元素替代，但是這僅僅在某一特定情況下才會發生。環境中的磷元素通常分為有機磷和無機磷，在水中常常以磷酸鹽作為研究對象[1]。

磷是微生物生長必不可少的元素。試驗原水中磷酸鹽濃度小于0.1 mg L-1，微生物生長受到抑制[1]，勢必會抑制MBR反應器中微生物的生長，影響生物活性和多樣性。為了改善現有MBR中微生物的不良生長狀況，試驗中采用直接向反應柱中投加磷酸鹽的方式來提高反應器中磷的濃度，促進微生物生長，強化其對微污染原水中污染物質的代謝。

2　EPS和SMP的變化

胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物產物（SMP）是表征膜生物反應器中污泥特性的重要指標。EPS是微生物在一定條件下所分泌出的一些高分子聚合物，以含水凝結狀態與微生物粘結在一起。而SMP則被認為是水中溶解性TOC的主要成分，主要來自于微生物基質的分解過程和內源呼吸過程。EPS和SMP的主要組成均為多糖和蛋白質。

試驗中采用投加磷酸鹽營養液來強化膜生物反應器中微生物對有機物的利用。活性污泥中EPS和SMP在一定程度上與微生物活性及其生長代謝相關。當微生物長期處于貧營養狀態時，微生物的內源呼吸加劇，導致大量死亡，對反應器中EPS、SMP和活性污泥微生物自身均會有很大影響。從蛋白質的角度研究分析，EPS中的蛋白質組分屬于胞外酶，水中營養物質的生化降解將會產生高濃度的胞外酶，當原水中營養物質不足時，活性污泥中的微生物進行內源呼吸。

圖1　不同強化階段反應器中污泥EPS熒光光譜

試驗中采用熒光光譜分析提取出的EPS和SMP，直觀的對比了磷酸鹽強化前后不同組分濃度的變化，進而分析磷酸鹽對微生物活性的作用。

裝置穩定運行的不同階段中，EPS的熒光光譜情況見圖1。由圖可知，磷酸鹽投加情況下，EPS呈下降趨勢。說明在磷酸鹽強化過程中，微生物細胞活性增大，代謝旺盛，底物消耗加快，當微生物處于貧營養狀態時，對代謝產物有了一定的降解能力，因而EPS中能生物降解的多糖和蛋白質被微生物作為碳源所利用。

圖2為不同強化階段反應器中污泥SMP熒光光譜圖。從圖中可以看出，投加磷酸鹽后，反應器中SMP呈上升趨勢，可能是少量細胞自溶[2]。

圖2　不同強化階段反應器中污泥SMP熒光光譜

3　結語

微生物強化后，活性污泥的EPS降低，SMP略有升高，EPS中可生物利用組分進一步被去除。由于貧營養狀態，雖然微生物降解有機物能力有所提高，但有限的營養物質不能滿足微生物活性提高所需的營養物質濃度，使得部分微生物進入內源呼吸階段，比耗氧速率有所降低。

[1]常海慶,梁恒,高偉.膜生物反應器與預處理聯用凈化微污染引黃水庫水.哈爾濱工業大學學報,2012,Vol.44(12):25-31.

[2]黃興,孫寶盛,孫井梅,et al.,貧營養條件下EPS、SMP和微生物多樣性的研究.環境科學,2009,Vol.30(5):1465-1474.

趙佳佳（1984—），女，溫州蒼南人，本科，工程師，主要研究方向：環境監測與管理。