（环境工程专业论文）复合底物对颗粒化ebpr系统稳定过程影响机制研究.pdf

q l l l l lllll i l ll l l l l ll l l l l l l l lilllllli l l l y 2 0 7 0 3 8 5 复合底物对颗粒化e b p r 系统稳定过程影响机制研究 摘要 近几年，颗粒污泥因其良好的沉降性能，较高的处理负荷和较强的脱氮 除磷能力等优点受到国内外研究者的重视。目前，将颗粒污泥技术与强化生 物除磷( e n h a n c e db i o l o g i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a l ，e b p r ) 技术相结合的研究尚 少。本研究以接种成熟的颗粒污泥为基础，基于获得的最佳混合碳源配比( 乙 酸丙酸= l ：3 ，摩尔比) ，运用p c r d g g e 、克隆测序等1 6 sr d n a 分子生物 学技术和荧光原位杂交( f l u o r e s c e n c ei ns i t uh y b r i d i z a t i o n ，f i s h ) 技术，并结 合胞内聚合物( p o l y h y d r o x y a l k a n o a t e s ，p h a ) 、胞外聚合物( e x t r a c e l l u l a r p o l y m e r s ，e p s ) 、颗粒粒径及常规水质指标等测定的实验方法探索了复合底 物对颗粒化e b p r 系统稳定过程的影响机制。复合底物条件试验研究由两部 分组成，即由三因素( c n p ) 三水平组成的正交试验和冲击负荷( 碳源) 试 验。 复合底物对颗粒化e b p r 系统稳定过程的影响试验( 正交试验) 运行了 4 0d 左右，结果表明，各系统的沉降性能、颗粒形态、颗粒粒径、系统除磷 效率、c o d 去除率及微生物群落结构等方面均发生了明显的变化。2 拌( c n p = 4 0 0 ：1 0 ：5 ) 、3 拌( c n p = 6 0 0 ：1 0 ：1 0 ) 、5 拌( c n p = 4 0 0 ：2 0 ：1 5 ) 系统发生了丝状菌颗 粒污泥膨胀；6 群( c n p = 6 0 0 ：2 0 ：5 ) 系统在运行过程中因出现了大量颗粒碎片而 导致沉降性能变差，待颗粒碎片排出系统后，系统的沉降性能恢复正常；9 # ( c n p = 6 0 0 ：3 0 ：1 5 ) 系统沉降性能变好，颗粒结构亦变得致密。各系统颗粒污泥 浙江工商大学硕士学位论文 的粒径均有逐渐下降的趋势，尤其是3 j 6 i 、8 j f j ! 和9 拌系统，试验末期平均颗粒粒 径仅o 3m m 。l 群( c n p - - 2 0 0 ：1 0 ：1 5 ) 、4 拌( c n p = 2 0 0 ：2 0 ：l o ) 和7 撑( c n p = 2 0 0 ： 3 0 ：5 ) 系统在厌氧段消耗了9 5 的c o d c ，( 下同) ，释磷吸磷速率分别在6 0 1 0 0m g ( g h ) 、6 0 , - - - ，8 0m g ( g h ) 、4 0 - - - - 6 0m g ( g h ) 的范围内波动，并且相对稳 定，但其余系统的c o d 由主要在厌氧段消耗逐渐变为在好氧段消耗，释磷 吸磷速率也逐渐下降，甚至有系统下降至0m g ( g h ) 。l 群9 存系统的磷酸盐平 均去除率分别是8 3 5 、5 2 8 、7 1 、9 6 7 、1 9 7 、7 2 2 、7 9 7 、2 8 1 和4 8 7 。 e p s 中蛋白质含量占5 0 左右，颗粒污泥的稳定性与蛋白质在e p s 中的 高含量有关。当系统发生颗粒污泥膨胀后，多糖和d n a 含量减少，各系统的 p n p s 均呈先上升后下降的趋势，表明各系统颗粒污泥均经历了从不稳定到 稳定的过程。 应用f i s h 技术检测发现，1 群、4 f 、6 f 和7 f 系统中p a o s 比例占5 0 以上， 其余系统g a o s 占的比例较高或总菌量很少。通过对各系统运行末期的p h a s 分析发现，1 拌、4 撑、7 和8 # ( c n p = 4 0 0 ：3 0 ：1 0 ) 系统存在比较明显的p h a s 合 成与消耗现象，其余系统几乎不存在，微生物代谢机制混乱。结合p c r d g g e 、 克隆测序等1 6 sr d n a 分子生物学技术可知，除3 系统菌种减少外，其余系 统的微生物群落结构均由单一变得丰富。综上所述，经过不同复合底物处理 后，l 撑、4 f 和7 系统仍是正常的颗粒化e b p r 系统，其余系统由于功能微生 物逐渐被其他异养微生物所替换或发生丝状菌膨胀而失去e b p r 效能。 对正交试验结果应用直观分析和方差分析两种方法，所得结果一致，即 适合颗粒化e b p r 系统稳定运行的最佳复合底物条件是c n p = 2 0 0 ：2 0 ：1 5 。 浙江工商大学硕士学位论文 研究了冲击负荷对颗粒化e b p r 系统稳定过程的影响，结果表明当进水 碳源浓度为2 0 0m g l 和4 0 0m g l 时，系统具有良好的e b p r 效能，磷酸盐平 均去除率分别为9 7 1 和9 6 1 。但当进水碳源浓度提高至6 0 0m g l 后，系 统发生了类似丝状菌的污泥膨胀，释磷吸磷速率由1 0 0m g ( g h ) 逐渐下降至0 m g ( g h ) ，磷酸盐平均去除率仅3 4 ，此时，c o d 主要在好氧段被消耗。 当系统进水碳源浓度为6 0 0m g l 时，颗粒污泥分泌了3 1 5m g g v s s 的 e p s ，是其余浓度的2 倍，较多的e p s 有利于抵御恶劣的外界环境。此时， 系统中不存在p h a 的合成与消耗，p a o s 含量2 4 ，g a o s 含量1 5 左右。 结合p c r d g g e 技术，发现此时系统中占主导地位的是其他异养菌，p a o s 和g a o s 己经被其他异养菌逐渐替换出系统。因此，正常的颗粒化e b p r 系 统不能长时间承受进水碳源浓度为6 0 0m g l 的冲击，这可能是由高进水碳源 浓度和不合理的碳氮磷比例造成的。 关键词：复合底物；冲击负荷；e b p r ；颗粒污泥；p h a ；f i s h ；p c r - d g g e 浙江工商大学硕士学位论文 e f f e c tm e c h a n i s mo fc o m p o s i t es u bs t r a t e so n t h es t a b i l i t yp r o c e s s0 fg r a n u l e b a s e d e n h a n c e d b i o l o g i c a lp u o s p h o r u sr e m o v a ls y s t e m a bs t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，g r a n u l a rs l u d g eh a sb e e np a i dm o r ea t t e n t i o nt ob yt h er e s e a r c h e ra th o m ea n da b r o a db e c a u s eo fi t sg o o ds e t t l e m e n tp e r f o r m a n c e ，h i g hp r o c e s s i n gl o a da n dt h es t r o n gr e m o v a lc a p a c i t yo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s c u r r e n t l y ， t h er e s e a r c ha b o u tg r a n u l a rs l u d g et e c h n o l o g yc o m b i n i n gw i t he n h a n c e db i o l o g i c a l p h o s p h o r u sr e m o v a l ( e b p r ) t e c h n o l o g y w a so n l yal i t t l e t h i sr e s e a r c hw a sb a s e d o nm a t u r eg r a n u l a rs l u d g ea n db e s tm i x e dc a r b o ns o u r c e sr a t i o ，t h r o u g ht h em e t h o d so f16 sr d n am o l e c u l a rb i o l o g yt e c h n i q u e so fp c r d g g e ，c l o n i n ga n ds e q u e - n c i n g ，a n df l u o r e s c e n c e 加s i t uh y b r i d i z a t i o n ( f i s h ) t e c h n i q u e ，a l s oi n c l u d i n gt h e d e t e c t i o no fp o l y h y d r o x y a l k a n o a t e s ( p h a ) ，e x t r a c e l l u l a rp o l y m e r s ( e p s ) ，p a r t i c l e s i z ea n dc o n v e n t i o n a lw a t e rq u a l i t yp a r a m e t e r s ，t h ee f f e c tm e c h a n i s mo fc o m p l e x s u b s t r a t e so nt h es t a b i l i t yp r o c e s so fg r a n u l e b a s e de b p rs y s t e m sw a ss t u d i e d t h e e x p e r i m e n t a l sa b o u tc o m p o s i t es u b s t r a t e sw e r ec o n s i s t e do f t w op a r t s ，i n c l u d - i n gt h eo r t h o g o n a lt e s tc o m p o s e db yt h r e ef a c t o r s ( c n p ) a n dl e v e l sa n ds h o c k i n g l o a d i n g s ( c a r b o ns o u r c e ) i v 浙江工商大学硕士学位论文 t h ee x p e r i m e n t ( o r t h o g o n a lt e s t ) p r o je c t e da r o u n d4 0d ，w h i c hw a sa b o u tt h e e f f e c to fc o m p o s i t es u b s t r a t e so nt h es t a b i l i t yp r o c e s so fg r a n u l e b a s e de b p r s y s t e m t h er e s u l t ss h o w e dt h a tg r e a tc h a n g e sh a v et a k e np l a c eo fe v e r ys y s t e m ， i n c l u d i n gt h es e t t i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，p a r t i c l em o r p h o l o g y a n ds i z e ，r e m o v a l e f f i c i e n c yo fp h o s p h o r u sa n dc o d ，m i c r o b i a lc o m m u n i t ys t r u c t u r ea n ds oo n 2 撑 ( c n p = 4 0 0 ：10 ：5 ) ，3 捍( c n p = 6 0 0 ：10 ：lo ) a n d5 拌( c n p = 4 0 0 ：2 0 ：15 ) s y s t e m s e x p a n d e df i l a m e n t o u sb u l k i n gt og r a n u l a rs l u d g e ；t h e r ew e r em a n yg r a n u l a r f r a g m e n t sr e s u l t i n gs u b s i d e n c e i np o o rp e r f o r m a n c eo f6 # ( c n p = 6 0 0 ：2 0 ：5 ) s y s t e m ，t h ep e r f o r m a n c er e t u r n e db a c kt on o r m a la f t e rt h ep a r t i c u l a t e d e b r i s r e m o v i n go u to ft h es y s t e m ；a n dt h eg r a n u l a ro f9 f ( c n p = 6 0 0 ：3 0 ：15 ) s y s t e m c h a n g e df o rb e t t e rs e t t i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n dg r a n u l a rs t r u c t u r eb e c a m et i g h t t h e s i z eo fg r a n u l a rs l u d g eh a sb e e ng r a d u a l l yd e c r e a s e df o ra l ls y s t e m s ，e s p e c i a l l yi n 3 群，8 撑a n d9 拌s y s t e m ，a n dt h ea v e r a g ep a r t i c l es i z ew a so n l y0 3m m a tt h ee n do f o p e r a t i n g t h ec o d c ，( t h es a m ew i t hb e l o w ) o fl j f l ( c n i p = 2 0 0 ：10 ：15 ) ，4 j f i ( c n p = 2 0 0 ：2 0 ：10 ) a n d7 拌( c m p = 2 0 0 ：3 0 ：5 ) s y s t e mw a sc o n s u m e dm o r et h a n 9 5 i na n a e r o b i c ，p h o s p h o r u sr e l e a s e u p t a k er a t e sw e r er e l a t i v e l ys t a b l ea n d f l u c t u a t e dw i t h i nt h er a n go f6 0 10 0 m g ( g h ) ，6 0 8 0m g ( g h ) a n d4 0 6 0 m g ( g h ) ，r e s p e c t i v e l y h o w e v e r ，c o do fo t h e rs y s t e m sw e r ec o n s u m e dm a i n l y i na n a e r o b i cc h a n g i n gt oi na e r o b i ca n dp h o s p h o r u sr e l e a s e u p t a k er a t e sg r a d u a l l y d e c l i n e d ，s o m es y s t e me v e nd e c r e a s e dt o0m g ( g h ) p h o s p h a t ea v e r a g er e m o v a l r a t eo fe a c hs y s t e mw a s ( f r o m1 撑s y s t e mt o9 群s y s t e m ) 8 3 5 ，5 2 8 ，7 1 ， 9 6 7 ，19 7 ，7 2 2 ，7 9 7 ，2 8 1 a n d4 8 7 ，r e s p e c t i v e l y t h ec o n t e n to f p r o t e i ni ne p s w a sa b o u t5 0 ，a n ds t a b i l i t yo f g r a n u l a rs l u d g e v 浙江工商大学硕士学位论文 w a sr e l a t i v e l yw i t hh i g hp r o t e i nc o n t e n ti ne p s w h e nt h es y s t e me x p a n d e d f i l a m e n t o u sb u l k i n gt og r a n u l a rs l u d g e ，c o n t e n to fp o l y s a c c h a r i d e sa n dd n a w a s r e d u c e d ，p n p so fs y s t e mw a sf i r s ti n c r e a s e dt h e nr e d u c e da n di n d i c a t e dt h a tt h e g r a n u l a rs l u d g ee x p e r i e n c e dt h ep r o c e s so f u n s t a b l et os t a b l e d e t e c t e dw i t hf i s ht e c h n o l o g y ，p a o sa c c o u n t e df o rm o r et h a n5 0 o flj f ， 4 j f i ，6 群a n d7 拌s y s t e m s ，a n dt h er e s ts y s t e m sh a v eah i g hp r o p o r t i o no f g a o so rt h e t o t a la m o u n to fb a c t e r i aw a sf e w t h r o u g ht h ed e t e c t e do fp h a sf o re a c hs y s t e ma t t h ee n do fo p e r a t i n g ，o n l y1 撑，4 挣，7 群a n d8 群( c n p = 4 0 0 ：3 0 ：10 ) s y s t e m sh a v e o b v i o u s l ys y n t h e s i s a n dc o n s u m p t i o no fp h a s ，t h er e s ta l m o s tn o n e t h e m e t a b o l i cm e c h a n i s mo fm i c r o b i o l o g i c a lh a sb e e nd i s o r d e r c o m b i n e dw i t ht h e 16 sr d n am o l e c u l a rb i o l o g yt e c h n i q u e so fp c r d g g e ，c l o n i n ga n ds e q u e n c i n g ， w ek n e wt h a tt h em i c r o b i a lc o m m u n i t ys t r u c t u r ef o ra l ls y s t e m sb e c a m er i c hf r o m s i n g l ee x p e c tt h e3 撑s y s t e mw h i c h t h eb a c t e r i ab e c a m ef e w s u m m a r y ，w ec a ng e t t h a ta f t e rd i f f e r e n tc o m p o s i t es u b s t r a t et r e a t m e n t ，1 撑，4 拌a n d7 群s y s t e m sw e r es t i l l n o r m a lg r a n u l e b a s e de b p rs y s t e m ，b u tt h er e s th a sl o s tt h ee b p rp e r f o r m a n c e ， b e c a u s et h eb a c t e r i u mw e r eg r a d u a l l yr e p l a c e db y o t h e r h e t e r o t r o p h i c m i c r o o r g a n i s m so ro c c u r r e dt of i l a m e n t o u sb u l k i n g a p p l yt w oa n a l y t i c a lm e t h o d s ，v i s u a la n a l y s i s a n dv a r i a n c e a n a l y s i s ，t o a n a l y z et h er e s u l t s o fo r t h o g o n a lt e s t sa n dr e s u l t sa r ec o n s i s t e n t t h eb e s t c o m p o s i t es u b s t r a t ec o n d i t i o n f o rt h eg r a n u l e b a s e de b p rs y s t e mf o r s t a b l e o p e r a t i o nw a st h a tc n p = 2 0 0 ：2 0 ：1 5 t h ee f f e c to fi m p a c tl o a d i n go nt h es t a b i l i t yp r o c e s so fg r a n u l e - b a s e de b p r s y s t e mw a ss t u d i e d ，a n dt h er e s l u t ss h o w e dt h a tw h e ni n f l u e n tc o n c e n t r a t i o no f v i 浙江工商大学硕士学位论文 c a r b o ns o u r c ew e r e2 0 0 m g la n d4 0 0m g l ，t h eg r a n u l e b a s e de b p rs y s t e mh a s g o o de b p rp e r f o r m a n c ea n dt h ea v e r a g ep h o s p h a t er e m o v a l r a t e sw e r e9 7 1 a n d 9 6 1 ，r e s p e c t i v e l y b u t w h e nt h ei n f l u e n tc o n c e n t r a t i o no fc a r b o ns o u r c e i n c r e a s e dt o6 0 0m g l ，t h es y s t e mo c c u r r e ds l u d g eb u l k i n gs i m i l a rf i l a m e n t o u s a f t e rr u n n i n gf o rs o m et i m e ，a n dp h o s p h o r u sr e l e a s e u p t a k e r a t e g r a d u a l l y d e c r e a s e df r o m10 0m g ( g h ) t o0m g ( g h ) ，a n dt h ep h o s p h a t er e m o v a lr a t ew a s o n l y3 4 a tt h i st i m e ，t h ec o d w a sc o n s u m e dm a i n l yi na e r o b i c w h e nt h ei n f l u e n tc o n c e n t r a t i o no fc a r b o ns o u r c ew a s6 0 0m g l ，t h eg r a n u l a r s l u d g es e c r e t e d3 15m g g v s se p sa n dw a st w i c eo ft h er e s tc o n c e n t r a t i o n s ，a n d m o r ee p sw a sc o n d u c i v et ow i t h s t a n dt h ea d v e r s ee x t e m a le n v i r o n m e n t a tt h i s m o m e n t ，t h e r ew a sn op h as y n t h e s i sa n dc o n s u m p t i o n ，t h ec o n t e n to fp a o s w a s o n l y2 4 a n dg a o s w a so n l ya b o u t15 c o m b i n e dw i t hp c r - d g g et e c h n i q u e ， i tf o u n dt h a to t h e rh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i u mw a sd o m i n a t e di nt h es y s t e m ，a n d p a o sa n dg a o sh a v eb e e ng r a d u a l l yr e p l a c e db yo t h e rh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i u m t h e r e f o r e ，t h en o r m a lg r a n u l e - b a s e de b p rs y s t e mc a nn o tb e a rt h ei m p a c tl o a d i n g w h e ni n f l u e n tc o n c e n t r a t i o no fc a r b o ns o u r c ew a s6 0 0m g lf o ral o n gt i m e t h i s m a yb ec a u s e db yt h eh i g h i n f l u e n tc o n c e n t r a t i o no fc a r b o ns o u r c ea n dt h e u n r e a s o n a b l ep r o p o r t i o no fc a r b o n ，n i t r o g e na n dp h o s p h o r u s k e y w o r d s ：c o m p o s i t es u b s t r a t e ；s h o c kl o a d i n g ；e n h a n c e db i o l o g i c a l p h o s p h o r u sr e m o v a l ( e b p r ) ；g r a n u l es l u d g e ；p o l y h y d r o x y a l k a n o a t e s ；f l u o r e s c e n c e i ns i t uh y b r i d i z a t i o n ；p c r d g g e v i l 浙江工商大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章引言 氮( n ) 、磷( p ) 是植物生长必须的营养元素，尤其是p ，可以促进藻类和其他具有 光合作用能力的微小动植物的生长【l j ，但它们在水体中的含量过高则会引发水体的富营养 化问题，主要表现为蓝藻和绿藻等藻类大量繁殖造成水体缺氧，水生动物大量死亡，异养 微生物过度繁殖，从而导致水质恶化，这不仅影响水体的整体功能，同时对用水处理及人 体健康也产生很大的危害【2 ，3 】。水体富营养化问题已经成为一个全球化的环境问题【3 】，在我 国，随着工农业生产的增长、人口的急剧增加、含磷洗涤剂和农药化肥等的大量使用，都 促使水体中磷含量日益增加，富营养化问题越来越突出。根据( ( 2 0 1 0 年中国环境状况公报 显示，我国地表水污染形势依然严峻，七大水系总体为轻度污染，湖泊( 水库) 富营养化 问题突出：全国监控的2 6 个重点湖泊( 水库) 中，营养状态为重度富营养的1 个，占3 8 ； 中度富营养的2 个，占7 7 ；轻度富营养的1 1 个，占4 2 3 ；其他均为中营养，占4 6 2 。 其中，滇池、巢湖和太湖为v 类或劣v 类水质，主要污染指标为n 和p 。 众所周知，含磷物质在生物体内是物质转移、能量交换、信息传递等诸多生命过程中 的重要物质，起着十分重要而又不可替代的作用，1 9 5 7 年诺贝尔奖得主托德认为：“哪里 有生命，哪里就有磷”，并且指出只有在有磷的星球上才能存在生命【4 j 。但磷是造成水体富 营养化的重要元素，其含量决定藻类的生长量，因此治理水体富营养化污染的关键就是控 制水体中磷的输入，而这最直接有效的方法就是加强城镇综合污水磷的深度处理。我国政 府针对现在严峻的水体污染形势制定了严格的磷排放标准( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) ：2 0 0 5 年1 2 月 3 1 日前建设的城镇污水处理厂的一级a 标准为小于1m gp l ，而2 0 0 6 年1 月1 日起建设的城镇 污水处理厂的一级a 标准则小于0 5m gp l 引。 污水中磷去除的方法主要有物理法、化学法和生物法三大类，其中物理法由于成本高、 技术复杂很少被采用；化学法是基于磷酸盐能和某些化学物质如铝盐、铁盐等反应生成不 溶性沉淀物质，除磷效率较高，处理效果稳定，不易造成二次污染，但污泥产量较大；生 物法是最为经济有效和环境友好的除磷方法，广泛地应用于污水处理工艺中 6 1 。生物法中 微生物对磷的利用可分为两部分：一部分是生物同化作用除磷，即依靠微生物自身生长所 需吸收磷，但这部分磷的利用量十分有限；另一部分则是利用活性污泥中的微生物聚磷菌 浙江工商大学硕士学位论文 ( p h o s p h a t ea c c u m u l a t i n go r g a n i s m s ，p a o s ) 超量吸磷的能力达到去除磷的目的。p a o s 能够吸收过量的超过其自身生长所需的磷，并以多聚磷酸盐颗粒的形式储存在体内，通过 排除剩余污泥的方式去除污水中的磷。通常把利用p a o s 除磷的工艺称为强化生物除磷 ( e n h a n c e db i o l o g i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a l ，e b p r ) 工艺【刀。e b p r 技术具有运行费用低、 二次污染少、除磷效果好等特点，是目前应用最为广泛的污水生物除磷技术。 1 2 强化生物除磷机理和影响因素 1 2 1 强化生物除磷机理 e b p r 技术是采用厌氧好氧交替运行的方式使得p a o s 生长和富集，然后通过排除富 含磷剩余污泥的方式去除污水中的磷【8 】。在e b p r 系统中，p a o s 能以挥发性脂肪酸( v o l a t i l e f a t t ya c i d s ，v f a s ) 为碳源，在厌氧条件下，p a o s 吸收废水中的v f a s ，以聚羟基烷酸酯 ( p o l y h y d r o x y a l k a n o a t e s ，p h a s ) 的形式储存在细胞内，细胞内多聚磷酸盐分解提供p h a s 合成所需的能量( a t p ) ，同时释放磷，胞内糖原通过e m p ( 或e d ) 途径降解产生n a d h 2 提供p h a s 合成所需的还原力；在好氧条件下，p a o s 氧化分解厌氧合成的p h a s 并释放能 量，同时过量摄取废水中的磷合成聚磷酸盐贮存在细胞内【9 】。 对p a o s 超量聚磷的现象，目前有两种理论：一种是由c o m e a u 和w e n t z e l 等人提出 1 0 , 1 1 】，称为c o m e a u w e n t z e l 模型；另一种是由a r u n 等人提出【1 2 1 ，称为m i n o 模型。 c o m e a u w e n t z e l 模型1 0 , 1 1 1 认为生物除磷系统中p a o s 主要生化途径如下：在厌氧条件 下，高含量的短链脂肪酸可以通过被动扩散透过p a o s 的细胞膜进入细胞内，然后再利用 a t p 转化成乙酰c o a ，其中- d , 部分乙酰c o a ( 1 0 ) 经t c a 循环提供合成p h b 所需的 还原力，其余大部分( 9 0 ) 则转化成p h b 储存在细胞内，作为好氧条件下微生物生长所 需的碳源和能源，此时细胞内多聚磷酸盐( p p ) 分解，一部分进入液相，另一部分提供给 a d p 进行磷酸化反应合成a t p ，即厌氧释磷过程；在好氧条件下，p a o s 利用p h b 作为唯 一碳源和能源进行细胞合成，并通过电子传递磷酸化产生a t p ，同时细胞大量吸收液相中 的磷酸根重新合成p p ，即好氧吸磷过程【l 3 。 m i n o 模型【1 2 】认为，在厌氧条件下，糖原通过e m p 途径( 或e d 途径) 转化成丙酮酸 并释放能量，溶液中的乙酸通过主动运输的方式进入到p a o s 的细胞内，在c o a 的作用下 消耗a t p 转化成乙酰c o a ，同时释放磷。丙酮酸在丙酮酸脱氢酶的催化下转化成乙酰c o a ， 糖原转化过程和丙酮酸氧化脱羧过程都会产生还原力( n a d h + h + ) ，乙酰c o a 在这些还原 2 浙江工商大学硕士学位论文 力的作用下得到所需要的电子和质子，最终合成p h b 并储存在体内。后来又有实验证明 p a o s 体内的糖原代谢是通过e d 途径完成的，同时还发现完全依靠糖原的代谢并不能提供 合成p h b 所需要的全部还原力，此时部分乙酰c o a 就会通过不完整的t c a 循环来补充剩 余的还原力1 4 】。强化生物除磷过程中p a o s 细胞内的聚磷、p h a 及糖原的存在和降解途径 对生物除磷起了重要的作用。 1 2 2 强化生物除磷微生物学研究 3 0 年前，人们第一次试图通过微生物纯培养技术分离和鉴定e b p r 系统中的功能菌， 并通过特定的培养基方法对e b p r 系统中的微生物进行了第一次鉴定【l 引。最初发现不动杆 菌属是生物除磷系统中主要的除磷细菌引，并在很长一段时间内认为是唯一的p a o ，但在 随后的研究中发现不动杆菌即使在活性污泥中占7 9 9 4 - - 8 9 9 4 ，其实际的除磷能力只有 3 0 - - 3 4 8 6 ，表明两者之间没有直接的联系。这说明，在废水生物除磷的活性污泥中， 除不动杆菌外还有其他细菌也能起除磷作用。随后有研究表明，活性污泥中存在一类与不 动杆菌属非常相似的莫拉氏菌，具有厌氧释磷和好氧超量吸磷的能力【1 7 1 。 聚磷小月菌【l8 】是另一种被分离出来具有高效除磷能力的微生物，但有研究发现聚磷小 月菌与典型的p a o 完全不同，其体内不存在糖原和p h a 循环【l9 1 。此外，聚磷小月菌不会 出现在一般的e b p r 系统中【3 l ，说明聚磷小月菌不是主要的p a o s 。随着分子生物学技术的 快速发展，荧光原位杂交技术( f l u o r e s c e n c ei ns 抛h y b r i d i z a t i o n ，f i s h ) 、1 6 sr d n a 等分 子生物学技术相继应用于p a o s 的筛选。有一种属于革兰氏阴性菌的俊片菌被s t a n t e 等【2 0 】 人从e b p r 系统中分离出来，用f i s h 技术分析发现其能在厌氧条件下利用乙酸盐生成p h a 并释放出磷，但任世英【2 i 】等研究发现俊片菌只储存少量多聚物，且速度很慢。 对p a o s 的分离虽然存在着一定的困难，但国内外研究者在最近十几年里为p a o s 的 鉴定作出了巨大的贡献，并取得了一定的成果。国内外有研究发现【2 2 。2 引，产碱杆菌属、放 线菌属、红环菌属、诺卡氏菌属等都具有聚磷能力。b a o 等【2 5 1 研究发现产碱杆菌属可在缺 氧和好氧条件下吸磷，而链球菌只能在好氧条件下吸磷。b o n d 等f 2 6 j 对比了能和不能去除 磷酸盐污泥中微生物菌落结构的差异，并且通过1 6 sr r n a 进行确定，结果发现在具有除 磷能力的微生物群落结构中，红环菌属占有很大的比例。随后，b o n d 等1 27 j 人富集了一些 与红环菌属有关的细菌并通过f i s h 技术进行鉴定，发现把这些细菌放入其它污泥中也能 表现较好的e b p r 现象。h e s s e l m a n n 等【2 8 】将这一类细菌命名为“c a n d i d a t u sa c c u m u l i b a c t e r p h o s p h a t i s ( 简写a c c u m u l i b a c t e r ) 。h e s s e l m a n n 等网和c r o c e t t i 等【2 9 】使用f i s h 探针检测 3 浙江工商大学硕士学位论文 a c c u m u l i b a c t e r 生物体的1 6 sr r n a ，研究结果证明a c c u m u l i b a c t e r 符合p a o s 的典型特征， 利用化学着色法可看出在厌氧好氧循环中a c c u m u l i b a c t e r 细胞体内含有p o l y p 和p h a 。 g i l d a 等【3 0 1 用f i s h 技术发现了一种a c c u m u l i b a c t e r 的聚磷菌既是p a o s 的优势菌，也是反 硝化聚磷菌( d e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sa c c u m u l a t i n gb a c t e r i a ，d p b ) 的优势菌，当碳源为乙 酸盐时，a c c u m u l i b a c t e r 以球状菌的形式存在，此时只能以氧为电子受体；而当碳源为丙 酸盐时则以杆状菌形式存在，此时可以氧、硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体，这就是d p b 。 在许多研究中发现e b p r 系统中存在放线菌属【2 7 , 2 9 , 3 1 - 3 3 】，但是不是p a o s 到现在还没被 确定。k o n g 等人【3 4 】研究展现了两个放线菌属标本，发现它们只有在厌氧条件下摄取有机 物质后才能在好氧条件下吸收磷酸盐，但这两个放线菌属不能摄取v f a s 且体内不存在 p h a 。用f i s h 探针检测了丹麦1 0 个e b p r 厂中的活性污泥，发现放线菌大量存在( 占总 菌量的3 5 ) 3 4 l ，且这些微生物体既显著存在于工业污水处理厂也在实验室驯化中发现 1 3 4 , 3 5 】，但由于缺少有关放线菌生物化学机制的信息，目前有关放线菌在e b p r 系统中的角 色还不能确定，可在今后的研究中探明其在e b p r 系统中的功能。 1 2 3 强化生物除磷系统影响因素研究 运行良好的e b p r 系统具有很高的p 去除率( 出水c ( p 0 4 3 ) 5 0m g c o d m gp ) 则 有利于g a o s 的生长。 不同碳源( v f a s 和非v f a s ) 会影响p a o s 和g a o s 的竞争，不过研究主要集中在v f a s 。 在e b p r 系统中最有优势的v f a s 是乙酸，其次是丙酸，此外丁酸、戊酸以及其他v f a s 也可能存在，而非v f a s 主要是对葡萄糖的研究较多。 当e b p r 系统以乙酸为碳源时，虽然系统的磷酸盐去除率能维持很高的水平，但也存 在由于g a o s 的竞争导致系统磷去除恶化的情况。有很多以乙酸为碳源的污水处理厂的污 泥富含p a o s ，没有或很少有g a o s ，它们都有很好的磷去除效果 2 8 , 4 0 , 4 1 j ，但是在同样的碳 源和操作条件下