探究反硝化聚磷菌馴化篩選及效能的研究進展

王春雷

摘 要：當前水污染治理的重點關注問題之一就是水體富營養化。各種人為因素導致在生產生活等諸多領域向水體中排放的氮磷元素越來越多，使得水體中氮磷含量高的問題日益嚴重。近年來隨著相關研究的發展，利用反硝化聚磷菌來進行脫氮除磷的反硝化除磷工藝為生物脫氮除磷提供了新的方向。本文將對低溫反硝化聚磷菌的馴化篩選原理及其脫氮除磷的效能機制的研究進展進行探究分析。

關鍵詞：反硝化聚磷菌 馴化篩選 多聚磷酸鹽

中圖分類號：X172 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（a）-0101-02

水資源是人類賴以生存的非常重要的資源之一，現階段人類對于水資源的消耗逐漸擴大，水資源短缺的同時也帶來了水體富營養化的問題。隨著經濟快速的發展，氮、磷逐漸增長為水體中的主要污染物對于水體富營養化的治理，關鍵之處在于對水體中氮磷元素的去除。微生物技術隨著科學技術的逐漸發展快速走進人們的視野，該技術具有成本低廉、無二次污染等優點，逐漸成為解決水體富營養化的主要途徑之一[1]。本文將對低溫反硝化聚磷菌的馴化篩選原理及其脫氮除磷的效能機制的研究進展進行探究分析。

1 反硝化聚磷菌

反硝化聚磷菌是一種微生物，其具有反硝化脫氮和聚磷兩種機能。其具有碳源的轉化功能，當期處于厭氧條件下時，其污水中外碳源經過其物質作用的轉化可以變為胞內碳源，轉化完畢的物質在細胞內進行儲存。當期處于缺氧階段時，此時胞內的碳源就起到了作用，其體內的相關物質對其進行利用，進而進行反硝化脫氮和吸磷，對資源的利用效率有顯著的提高作用[2]。對于實際中的污水處理，有反硝化聚磷菌應用的污水處理技術不僅對于低碳污水處理中碳源不足的矛盾可以有效加以解決，對污泥生產量的降低也有較好的效果。不同類型微生物對泥齡存在一定的矛盾，反硝化聚磷菌也可以對此加以解決，并且同時減少耗能。但是在其有著良好作用的同時，反硝化聚磷菌在脫氮除磷過程中，厭氧段碳源轉化能力、胞內胞外碳源對脫氮除磷的影響等基礎信息的相關研究目前還不甚明確[3]。

2 低溫反硝化聚磷菌的馴化篩選原理

在相關的反硝化聚磷菌的馴化篩選實驗中，菌種的分離方法一般采取的是稀釋平板劃線法，吸磷實驗、硝酸鹽還原產氣反應實驗在此過程中扮演重要角色，革蘭氏染色、類脂肪顆粒染色和異染顆粒染色實驗也被應用到此過程中，可篩選得到相應具有吸附氮磷元素的反硝化聚磷菌。將具有吸附氮磷元素作用的菌株接種在平板上培養，挑取純菌株進行革蘭氏染色、類脂肪顆粒染色及異染顆粒染色實驗[4]。篩選出的菌株在類脂肪顆粒染色和異染顆粒染色實驗中均有顯色，而其他菌株類脂肪顆粒染色無顯色，說明不具有類脂肪顆粒。而異染顆粒在微生物體內普遍存，其主要的組成物質為多聚磷酸鹽，而該種物質主要來自于ATP的分解，它的存在代表微生物吸磷作用的代表之一就是其發生作用的結果；類脂物質是微生物體內常見的碳源儲存物，主要是PHA，其的主要作用是為脫氮除磷反應提供碳源和能量。通過這些因素可以對相應菌株是反硝化聚磷菌的可能性進行排除，最終確定反硝化聚磷菌的種類[5]。

3 反硝化聚磷菌脫氮除磷的效能機制

作為氮素生物地球化學循環中非常重要的一部分，反硝化細菌在自然界中存在的范圍十分廣闊。其可以通過催化作用將水體中的溶解性氮還原為可返回至大氣中的正常氮。反硝化除磷機理與厭氧/缺氧交替運行條件下利用聚磷菌除磷具有較為相似的反應機理[6]。能量中的一大部分用在對自身細胞的合成中，另外一部分用于吸收污水中的磷酸鹽。因此可以通過反硝化聚磷菌一種物質同時得以實現脫氮除磷兩種效果，是一種新型的處理技術，解決了傳統脫氮除磷工藝中反硝化細菌和聚磷菌對于碳源的爭奪，具有“一碳兩用”的優點。

4 反硝化聚磷菌的國內外研究進展

1992 年以NO3-N為電子受體的反硝化聚磷菌被篩選出來。隨后研究表明，經過各個階段，反硝化聚磷菌可以占到總聚磷菌的一半左右。后續通過模擬廢水和A/O工藝中的污泥進行試驗研究，發現NO3-N的確可以作為反硝化聚磷菌電子受體，但是在吸磷效率方面，其低于氧氣作為電子受體時，下降的比例約為24%。后來采用雙污泥系統對合成廢水進行處理，從中分離出了反硝化聚磷菌，此過程的數學模型也得以建立[7]。

5 結語

傳統的脫氮除磷工藝存在一定的弊端，使得利用的效率并不高，隨著近年來對于反硝化脫氮除磷工藝的開發，此些弊端得以有效的解決。在損耗方面，有機物的消耗量及供氧量方面均有很大的降低少，同時大氣CO2排放量以及剩余的污泥量也大幅度降低，地自然環境有一定的保護作用。目前由于我國水資源污染的問題較為嚴重，因此在需求的影響下，此工藝應運而生并且憑借其顯著的優勢成為近年來研究分析應用的熱點所在，其的優質高效的處理技術獲得的認可度非常高[8]。雖然反硝化脫氮除磷技術截至目前發展的歷史已經較為悠久，但是還有一部分問題未達到有效解決。與發展的悠久歷史相對應的是，在我國當前，對于反硝化聚磷菌的研究還不是很深入，相關專業技術研究人員的匱乏及實踐應用的缺少等多種原因導致研究還處于初級的階段，對于菌群的特性沒有一個完整的定論，從原理至應用的過程不甚成熟。因此需要進行進一步的深入探討、分析相關參數的控制情況等，爭取得到最佳的應用效果。雖然存在一定的問題，但是其發展的前景向好。

參考文獻

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[4] 劉艷萍，樸哲，李玉敏，等.反硝化除磷系統的馴化及反硝化聚磷菌的篩選[J].安徽農業科學，2011，39（18）：11040-11042.

[5] 李小義，王麗萍，杜雅萍，等.好氧反硝化微生物多樣性及其反硝化功能初步研究[J].氨基酸和生物資源，2016，38（2）：37-45.

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[8] Arnz P， Arnold E， Wilderer P A. Enhanced biological phosphorus removal in a semi full-scale SBBR.[J]. Water Science & Technology A Journal of the International Association on Water Pollution Research， 2001，43（3）：167.