生物除磷过程中PAOs胞内聚合物的变化规律研究

杨靖新，龙北生，刘红波，赵　鹤，刘迅雷

(长春工程学院水利与环境工程学院，长春130012)



生物除磷过程中PAOs胞内聚合物的变化规律研究

杨靖新，龙北生，刘红波，赵鹤，刘迅雷

(长春工程学院水利与环境工程学院，长春130012)

采用SBR工艺，在系统稳定运行时，通过菌胶团染色、显微镜镜检的方法，考察了胞内聚β-羟基丁酸盐(PHB)以及聚磷酸盐(poly-P)在生物除磷过程中的变化规律。试验结果表明，在厌氧过程中，释磷的同时污泥菌胶团中poly-P颗粒大量减少，PHB颗粒被大量合成并贮存于胞内；在好氧过程中，吸磷的同时胞内PHB颗粒含量减少，poly-P颗粒大量增多。

释磷；吸磷；PHB；poly-P；PAOs

水体富营养化是当今各国共同面临的环境污染问题，磷是引起水体富营养化的主要因素之一，降低排放污水中的磷含量是有效限制水体富营养化的重要手段[1-2]。生物除磷与化学除磷相比较，具有运行费用低，节约能源，避免二次污染的特点[3]。SBR工艺由于具有工艺流程简单，生化反应速率快，耐冲击负荷，不易发生污泥膨胀等优点，应用越来越普遍[4-5]。本文采用该工艺，通过时间上的交替运行，控制好氧和厌氧的环境条件，达到除磷的目的[6-8]。

SBR工艺稳定运行时，采用特殊染色、显微镜镜检的方法，考察系统内的活性污泥了胞内poly-P和PHB在厌氧释磷以及好氧吸磷过程中的变化规律，并对其进行分析。

1　试验材料与方法

1.1试验装置与设备

SBR除磷系统试验装置如图1所示。反应器为圆柱形，由有机玻璃制成，高60 cm，内径20 cm，底部为圆台形，总有效容积为12 L；反应器以小型黏砂头作为微孔曝气头，采用小型充氧泵曝气充氧，通过排水管排水阀门排水，反应器底部设有排泥放空管以及排泥阀门；反应器中设有搅拌装置，根据需要启动搅拌器进行厌氧释磷作用；在反应器中设有温控装置，可根据需要来调节系统温度。

1.搅拌器；2.微孔曝气头；3.排水阀；4.排泥阀；5.曝气阀；6.充氧泵图1　SBR试验装置

1.2SBR除磷工艺运行方式

SBR反应器为生物悬浮生长系统，反应器采用间歇进水、间歇排水并按周期运行。其一个周期内的运行过程如图2所示。

SBR系统按瞬时充水(2～3 min)→厌氧搅拌(90 min)→好氧曝气(90 min)→沉淀排泥、排水、闲置的工况完成运行。充水后厌氧搅拌，在厌氧环境下PAOs充分利用水中的易降解有机物进行释磷作用；在好氧段，要注意合理的曝气时间，使系统在曝气过程中既能够超量吸磷，同时又能避免硝化作用的发生。

图2　SBR工艺一个周期内的运行过程

1.3试验用水与检测方法

试验用污泥取自汽车厂污水厂二沉池的回流污泥，污泥驯化完成后，以人工合成污水为进水。人工合成污水水质稳定，并易于在试验过程中根据需要适时调整配水的组分，有利于进行基础研究。合成污水以NaAc和可溶性淀粉为主要成分(二者的比例约为1.4∶1)，外加少量的牛肉膏和营养盐，采用NaHCO3调节碱度和pH值，根据需要向水中投加一定量的NH4Cl和KH2PO4来调节水中N和P的含量。水质情况见表1。控制系统内的温度为25 ℃，泥龄为5～7 d，污泥的质量浓度为4 000 mg/L左右。

表1　人工合成污水水质

1.4胞内聚合物的检测方法

于运行状况良好的反应器内，分别在厌氧释磷及好氧吸磷过程中每隔30 min取适量的活性污泥混合液置于载玻片上，通过酒精灯火焰(1～2次)加热使其固定。

1.4.1PHB的检测方法

待涂片固定好后，用苏丹黑B染液滴加于涂片上，染色5～10 min，冲洗并风干；在二甲苯溶液中浸沾数次以去除剩余的苏丹黑，而后冲洗风干；再用番红复染5～10 s，水洗风干后镜检[11]。

1.4.2poly-P的检测方法

poly-P的染色采用奈瑟氏新染色法。将5 g/L的美兰染色液滴加到制备好的涂片上，染色1 min，冲洗后自然干燥；再用奈瑟氏乙液复染1 min，清去染色液，自来水冲洗后自然干燥；显微镜观察[11]。

2　试验结果与分析

系统运行过程中，分别在厌氧30、60、90 min，好氧30、60、90 min时取样进行胞内聚合物的染色镜检，不同染色方法检测到的不同染色现象见表2。

表2　胞内聚合物的染色方法及现象

(a) 厌氧30 min

(b) 厌氧60 min

(c) 厌氧90 min(好氧开始)

(d) 好氧30 min

(e) 好氧60 min

(f) 好氧90 min图3　典型周期内不同时间PHB染色显微镜成像

(a) 厌氧30 min

(b) 厌氧60 min

(c) 厌氧90 min(好氧开始)

(d) 好氧30 min

(e) 好氧60 min

(f) 好氧90 min图4　典型周期内不同时间poly-P染色显微镜成像

2.1PHB的染色结果及分析

图3中显示的暗黑色颗粒为胞内蓝黑色PHB颗粒，亮色颗粒为其亮粉色细胞质部分。图3中(a)、(b)、(c)分别对应着厌氧阶段的30、60、90 min，从这三这图中可知，随着时间的推移，暗黑色颗粒聚集体在厌氧条件下逐渐成为菌胶团中的主体，这说明厌氧环境中PAOs胞内发生了明显的PHB合成作用。PAOs在厌氧环境下分解胞内的poly-P，并吸收VFAs转化成PHB存于胞内，所以此阶段PHB含量不断增多。厌氧过程中合成的PHB对好氧吸磷过程起着至关重要的作用，厌氧段聚集的PHB越多，好氧段吸磷动力就越强，除磷效果也越好。

2.2poly-P的染色结果及分析

图5　典型周期内-P质量浓度随时间的变化情况

3　结语

[1] 孙雪，朱为静，王亮，等.强化生物除磷系统主要微生物及其代谢机理研究进展[J].应用生态学报，2014(3):892-902.

[2] 王晓莲，王淑莹，彭永臻.A～2/O工艺强化反硝化除磷体系中微生物特性分析[J].应用与环境生物学报，2007(3):401-407.

[3] 田淑媛，李征，王景峰.厌氧—好氧交替工艺生物除磷及活性污泥特殊染色[J].工业用水与废水，2001(1):13-15.

[4] 郭建华，彭永臻，杨庆，等.脉冲SBR处理城市污水深度脱氮的工艺特性[J].中国环境科学，2007(1):62-66.

[5] 彭永臻.SBR法的五大优点[J].中国给水排水，1993，9(2):29-31.

[6] 田立江，姚志彬.SBR工艺与CASS工艺的比较[J].江苏环境科技，2003(2):14-15+21.

[7] 龙北生，孙大群，边德军，等.采用两级SBR工艺优化除磷脱氮[J].给水排水，2003，11:34-37.

[8] 龙北生，刘红波，肖国拾，等.两级SBR工艺去除磷、氮及有机物效能分析[J].环境科学，2009(9):2609-2614.

[9] 曾龙云，杨春平，郭俊元，等.间歇曝气生物滤池生物除磷性能研究[J].环境科学，2012(1):197-202.

[10] 陈洪波，王冬波，李小明，等.单级好氧生物除磷工艺处理生活污水[J].中国环境科学，2012(7):1203-1209.

[11] 葛艳辉，赵林，周艳.聚磷菌胞内聚合物的染色条件优化及染色方法比较[J].环境科学与技术，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

吉林省科技厅重点项目(20140101161JC)

杨靖新(1991-)，男(汉)，内蒙通辽，硕士

主要研究污水生物处理技术。

X703

A

1009-8984(2016)03-0063-04