投加有效聚磷菌對強化 SBR 系統中活性污泥性能的影響

程波濤 吳琳

摘要：從海口市白沙門污水處理廠的污泥中分離篩選出的1株高效聚磷菌（PAOs），以直接的形式投加到SBR內，與空白對照進行比較，研究其對活性污泥性能及含磷廢水處理效果的影響。結果表明，在30℃，pH 6，進水含磷濃度50 mg/L的條件下，投加有效聚磷菌（PAOs）量為0.1%的SBR系統間歇處理12 d，活性污泥增殖相對穩定。靜置30 min時活性污泥SV30為13%，SVI為70 mL/g，絮凝時間縮短且無污泥膨脹現象。投加有效聚磷菌（PAOs）的SBR系統中，最佳除磷率為98.6%，與空白對照的SBR系統相比去除率提高了1.12倍。說明投加有效聚磷菌（PAOs）后活性污泥性能增強，去除廢水磷處理效率提高。

關鍵詞：高效聚磷菌（PAOs），活性污泥性能，含磷廢水

隨著現代人們生活方式的轉變和經濟的快速發展，人類向水體中排入大量的氮、磷等營養物，造成嚴重的水體富營養化，已經發展成為一個國際性的環境污染問題。通過功能微生物超量富集廢水中的磷，去除效果理想，環境友好，富集磷的活性污泥經過處理實現磷資源的回收，具有很高的應用價值[1]。近年來有有關SBR除磷研究主要集中在以下兩方面：（1）功能菌株的篩選分離，越來越多的微生物發現有聚集磷酸鹽的功能，如藍藻根瘤菌、匹式不動桿菌、蠟狀芽孢桿菌，等[2-4]; （2）SBR活性污泥內的馴化及影響因素研究[5-8]。

本研究選取蔥白沙門污水處理廠污泥中分離的1株高效聚磷菌，構建1套SBR污水處理系統，以不投菌的SBR作為對照組，考察菌劑對廢水的去除情況，并對除磷率條件進行優化，以期為后期應用提供科學依據。

1 實驗部分

1.1供測菌劑和活性污泥

本實驗所用菌種為海口市白沙門污水處理廠的污泥中分離篩選出的1株高效聚磷菌。SBR反應器中接種的污泥來自海口市白沙門污水處理廠二沉池。

1.2供測廢水

供測廢水見表1。

1.3實驗裝置

實驗裝置見圖1。實驗采用SBR裝置結構見圖2。SBR尺寸為600 mm（長） × 330 mm（寬） × 20 mm（高），有效體積約為40 L。

1.4 污泥培養馴化與投菌

本實驗設置2個SBR，每個有效容積40L，在兩個SBR中同時接種污泥10L的活性污泥，進行馴化、培養，使兩個反應器中污泥SV30值達到15-30%，MLSS達到1500-2000 mg/L，SVI值達到50-150 mL/g左右，兩者SV30、MLSS、SVI相差不大，并且顏色呈黃褐色，即可投加菌液進行實驗。

向其中一個SBR中投加已活化的菌液（約占進水量的0.1%[9]，每隔一周向其中投加一次菌液），形成PAOs-SBR反應器，作為實驗組，另一組未投加菌液的SBR作為對照組。SBR運行操作見表2。

1.5 PAOs菌種除磷條件的優化

實驗過程中，控制pH在5-7，好氧階段DO濃度在2 mg/L左右、厭氧階段DO濃度在0.2 mg/L以下，溫度為室溫（約30℃），測定污泥的SV30、SVI等指標。選取初始的pH值和曝氣時間來考察PAOs菌種對模擬廢水的除磷情況。在SBR反應器中添加等量體積的試供廢水和活性污泥，將反應初始的pH值調節為5.0，6.0，7.0，8.0，9.0，等系統穩定運行后，測定TP除磷率，每個處理設置三個平行樣。分別設定曝氣時間為2h， 4h， 6h， 8h，考察定TP除磷率。

1.6分析方法

根據水質分析方法采用《水和廢水監測分析方法》（第四版）[10]，測定TP指標。

污泥指標測定： SV30測定采用體積法， MLSS的測定采用重量法，SVI測定根據SV30與MLSS的比值得出。

2結果與討論

2.1SBR除磷過程SV30和SVI的變化

污泥培養期SBR和PAOs-SBR中污泥的沉降比（SV30）和污泥體積指數（SVI）隨時間變化情況見圖3。投加PAOs后，第5天開始，PAOs-SBR中的污泥SV30值開始增加，至第6天達到峰值，然后PAOs-SBR下降中的SV30趨于穩定。PAOs-SBR相比對照組SV30數值SBR低，最終穩定在13%。的SVI值隨著投加菌液PAOs的變化出現浮動，最后穩定于70 mL/g。上述實驗說明投加聚磷菌可以改善污泥的沉降效果，泥水分離效果得到改善。

2.2進水pH值對SBR系統的除磷率的影響

pH對微生物的生命活動有這顯著的影響，關系著SBR系統的穩定性，進水pH值對 SBR和PAOs-SBR除磷率的影響見圖4。由圖4可以看出當pH為6.0時，TP去除率最高可以達到98.6%，當pH值為5.0和9.0時，TP去除率下降，且以對照組的影響更大，分析可能是過酸或過堿會對酶的活性影響，不利于廢水的降解[11]，但是PAOs的最適pH在5-6或7-8，所以PAOs-SBR保持相對穩定的除磷率。

2.3 曝氣時間對SBR系統的除磷率的影響

曝氣時間對TP除磷率的影響見圖5。在不同曝氣時間下，在SBR和PAOs-SBR，PAOs-SBR對TP的除磷率均高于SBR。隨著曝氣時間的延長，兩者對TP的去除率都呈增長趨勢，但PAOs-SBR可以在4 h內即達到98%左右的最高去除率，SBR在曝氣4 h只能達到90%的除磷率，在6 h內才達到94%左右的最高去除率。

2.4 SBR體系除磷效果的周期性變化

SBR體系運行除磷率如圖6所示。在PAOs-SBR穩定運行后，第14個周期出現了除磷率下降的情況，其原因有可能如下：菌液隨出水流失和菌種退化[10];聚糖菌與聚磷菌存在競爭關系，過度生長導致除磷率下降[12-14]。PAOs-SBR比未添加菌劑的對照組除磷率高;第10個周期后進入穩定期，最高除磷率為98.6%，相比對照組提高1.12倍。上述實驗表明，從海口市白沙門污水處理廠的污泥中分離篩選出的高效聚磷菌應用在SBR中，不僅可以提高TP的去除率，而且可以縮短曝氣時間，從而減少曝氣能耗。

3結論

本研究將1株高效聚磷菌劑投加到SBR反應器中，構建強化生物反應系統，考察菌劑對TP去除率效果。結果表明，該高效聚磷菌應用于SBR，有良好的TP去除率，可進一步提高成熟的應用于生活廢水處理活性污泥的TP去除率提高了12%，其最佳的TP去除條件為：pH值為6.0，曝氣時間為4h，廢水可以獲得較好的絮凝、連續穩定的效果，為菌劑的工程化應用奠定了基礎。

參考文獻：

[1] 郎龍麒， 萬俊鋒， 王杰， 等. 生物除磷技術在水處理中的應用和研究進展[J]. 水處理技術， 2013， 39（12）： 11.

[2] Hagemann M， M?ke F， Springer A， et al. Cyanobacterium Nodularia spumigena strain CCY9414 accumulates polyphosphate under long-term P-limiting conditions[J]. Aquatic Microbial Ecology， 2019， 82（3）： 265-274.

[3 ]Wan W， Qin Y， Wu H， et al. Isolation and characterization of phosphorus solubilizing bacteria with multiple phosphorus sources utilizing capability and their potential for lead immobilization in soil[J]. Frontiers in microbiology， 2020， 11.

[4] Acosta-Cortés A G， Martinez-Ledezma C， López-Chuken U J， et al. Polyphosphate recovery by a native Bacillus cereus strain as a direct effect of glyphosate uptake[J]. The ISME journal， 2019， 13（6）： 1497-1505.

[5] 成敏. 高效除磷活性污泥中功能菌解析及其除磷基因組學基礎研究[D]. 西安建筑科技大學， 2018.

[6]彭黨聰， 樊香妮， 張玲， 等. 溫度對生物除磷系統微生物種群關系及動力學的影響[J]. 環境工程學報， 2017， 11（4）： 2091-2096.

[7] Wang Y， Guo G， Wang H， et al. Long-term impact of anaerobic reaction time on the performance and granular characteristics of granular denitrifying biological phosphorus removal systems[J]. Water research， 2013， 47（14）： 5326-5337.

[8] Liu S， Li J. Accumulation and isolation of simultaneous denitrifying polyphosphate-

accumulating organisms in an improved sequencing batch reactor system at low temperature[J]. International Biodeterioration & Biodegradation， 2015， 100： 140-148.

[9] 王建芳， 趙慶良， 張雁秋. 等. 投加有效微生物強化SBR和SBBR除污效果的研究[J]. 中國給水排水， 2007， 23（9）： 57-59.

[10] 國家環境保護總局. 水和廢水監測分析方法（第4版）[M]. 北京： 中國環境科學出版社， 2002： 243-247.

[11]代鵬飛， 邵燕， 張煒銘， 等. 微生物菌劑強化 SBR 工藝處理化工園區綜合廢水的研究[J]. 環境科技， 2015，28（5）： 29-32.

[12] Carlos M. Lopez-Vazquez， Christine M. Hooijmans， Damir Brdjanovic， et al. Temperature effects on glycogen accumulating organisms[J]. Water Research， 2009， 43（11）： 2852-2864.

[13] 王建輝， 趙鑫， 林爽， 等. 影響聚磷菌和聚糖菌競爭的若干因素分析[J]. 吉林農業大學學報， 2019， 41（3）： 303-307.

[14] Kong Yunhong， Xia Yun， Nielsen J L， et al. Ecophysiology of a group of uncultured Gammaproteobacterial glycogen accumulating organisms in full-scale enhanced biological phosphorus removal wastewater treatment plants[J]. Environmental Microbiology ，2006， 8（3）： 479-489.

基金：海南省自然科學基金（417146）;海南省大學生創新創業訓練項目（2017089）

作者簡介：程波濤，男，碩士，研究方向微生物處理

通訊作者：吳琳，女，碩士，研究方向微生物

（海南醫學院熱帶醫學與檢驗學院?海南醫學院?海南海口?571199）