某市污水处理工艺单元中PHB合成与营养相关性研究

康瑞琴，苏文辉，胡梦锦

(安阳工学院，河南 安阳 455000)

目前，随着工业生产的发展、城市人口的增加迅速，城市工业废水和生活污水的排放量增加明显。为保证城市环境和生态平衡，对污水进行适当的处理十分必要。在当前污水处理技术领域中，活性污泥法是应用最为广泛的技术之一[1]。在活性污泥法处理污水的过程中会产生一种特殊废弃物剩余污泥，其产量非常大已经对社会造成很大的负担[2]，每年政府便需要投入大量的资金进行治理，制约着国家经济的建设和发展。剩余污泥还会造成大量营养的浪费，并且对地下水环境安全有着一定的威胁[3]。而PHB不但是一种热塑性高分子材料，更是一种生物可降解材料，有可能部分会替代化学合成塑料消除白色污染；PHB具有压缩性，可生产快餐盒和包装材料等一次性用品；PHB还可以作为药物缓释控制材料，如：手术缝台线和人造血管等，不但不会引起人体过敏反应，而且还能在体内进行缓慢降解[4]。因此本课题以某市污水处理厂为研究对象，采用紫外分光光度法测定首创各工艺单元中PHB的合成量，从而观察到在实际情况中营养条件对PHB在不同单元中合成量多少的影响，为PHB的合成脱离实验室提供数据支持，为PHB的合成实现工业化提供理论依据，为后续研究提供基础资料。

1 实验材料

本实验采用的是某市污水处理厂各个水处理工艺单元厌氧池，好氧池，脱氮除磷厌氧区，脱氮除磷缺氧区，脱氮除磷好氧区和回流区中的污泥，连续进行取样，每次分别测定出各单元中PHB的含量，以及每个单元中BOD，COD，总氮，总磷的值。

1.1 实验试剂

本实验所用的主要试剂列于表1。

表1 实验试剂

1.2 实验仪器

本实验所用的主要仪器设备列于表2。

表2 实验仪器

2 实验方法

2.1 实验原理

100℃水浴条件下，将PHB溶解在浓硫酸中，可以转化为巴豆酸，而巴豆酸在235 nm处有最大吸收峰值，并且其中存在定量的转化关系，根据巴豆酸的吸光值计算细胞中的PHB浓度[5]。TN、TP、COD的测定方法参照国家环保局《水和废水监测分析方法》[6]。

2.2 样品测定

(1)取8 mL待测样品，在4000 r/min条件下离心10min，除去上清液，将沉淀物经水洗-离心-弃上清液-丙酮洗-离心-弃上清液-再水洗-离心-弃上清液。

(2)然后移入50mL离心管中，再加入5 mL NaClO溶液和10 mL氯仿，用移液器枪吸打将菌体与氯仿充分混合，然后将瓶口认真的密封好。置于37℃摇床中，150 r/min萃取150min。

(3)将萃取后的混合液静置分层，小心从氯仿层中吸取2mL混有PHB的氯仿溶液置于50mL三角瓶中，在105℃下烘干去除氯仿。之后加入10 mL浓H2SO4，用封口膜密封100℃下水浴10min。冷却并混和均匀，在λ=235 nm处测定其吸光度，再根据标准曲线确定PHB浓度。

3 结果与分析

PHB在各工艺单元的含量及变化趋势见图1。由图1可以看出，在回流池中PHB含量最大，其含量平均达到8.094 mg/L，且在两个工艺阶段中在好氧初期PHB的含量为最大。由于在两个工艺阶段中好氧初期的PHB含量分别为6.06 mg/L和7.573 mg/L，但在回流池汇合，且明显在回流池中PHB含量降低，可以看出在好氧池内有PHB的分解。同时从可以观察到在缺氧区也有PHB的合成。

1为厌氧池，2为好氧池，3为脱氮厌氧池，4脱氮缺氧池，5为脱氮好氧池

图1 污水处理工艺单元

化学需氧量COD在好氧初期达到最大，而化学需氧量COD愈高，表示水中有机污染物越多，而PHB的含量也在好氧初期达到最大，PHB随着COD浓度的增加而增加，在回流池中COD的浓度达到2919.3 mg/L，而在所有工艺单元中回流中PHB含量最多，进而说明水中有机污染物越多，PHB的含量越大。生化需氧量BOD在好氧初期达到最大，生化需氧量BOD愈高，表示水中有机污染物愈多。而PHB的含量也在好氧初期达到最大，可以知道BOD对PHB有着一定的影响，PHB随着BOD浓度的增加而增加，在所有工艺单元中回流中PHB含量最多。在脱氮除磷的工艺中在好氧初期TN明显降低，因为在缺氧条件下进行反硝化脱氮，且PHB含量随着TN浓度的减少而增加，说明在缺氧中含有合成PHB的菌种。由于厌氧释磷的原因TP在好氧初期达到最大，PHB也是随着总磷的增加而增加，同时在好氧初期可以看到PHB的合成量最多。在回流中PHB的含量及TP浓度增加幅度明显变小。PHB随着COD浓度和BOD浓度的增加而增加，在两个工艺阶段中好氧初期PHB合成量最大，且磷的浓度在好氧初期为最大，PHB也是随着总磷的增加而增加。在好氧初期氮的含量降低，PHB合成量最大，PHB含量随着总氮浓度的减少而增加。

[1]俞苗新,潘 杨,黄 勇,等.活性污泥法合成PHB的研究进展[J].水处理技术,2012,38(6):1-6.

[2]林东恩,张逸伟.外加碳源的活性污泥合成生物降解塑料PHAs的试验[J].环境科学,2003,24(2):97-101.

[3]陈银广,陈 坚,堵国成,等.生物可降解塑料PHB提取的进展研究[J].化工进展,1998,27(1):41-45.

[4]钱永雨,赵 敏,潘俊波,等.新型可降解塑料聚羟基丁-酸(PHB)的研究进展[J].黑龙江医药，2010,23(6):895-898.

[5]王 婧.利用剩余污泥生物合成PHB的工艺条件探讨[D].厦门:厦门大学,2007.

[6]国家环保局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].3版.北京:中国环境科学出版社,1989.