不同碳源種類(lèi)對(duì)好氧顆粒污泥合成PHA 的影響

王　杰,彭永臻,楊　雄,王淑瑩 （北京工業(yè)大學(xué)北京市水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京市污水脫氮除磷處理與過(guò)程控制工程技術(shù)研究中心,北京 100124）

不同碳源種類(lèi)對(duì)好氧顆粒污泥合成PHA 的影響

王杰,彭永臻*,楊雄,王淑瑩 （北京工業(yè)大學(xué)北京市水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京市污水脫氮除磷處理與過(guò)程控制工程技術(shù)研究中心,北京 100124）

影響好氧顆粒污泥穩(wěn)定性的因素眾多,其中碳源種類(lèi)的不同會(huì)造成好氧顆粒污泥合成聚羥基烷酸酯（PHA）的不同,進(jìn)而影響其穩(wěn)定性能.采用混合碳源馴化培養(yǎng)的好氧顆粒污泥進(jìn)行試驗(yàn).考察了厭氧條件下,乙酸鈉等八種碳源對(duì)好氧顆粒污泥合成PHA的影響.結(jié)果表明,顆粒污泥對(duì)乙酸鈉和蔗糖具有較好的轉(zhuǎn)化能力,合成PHA的量分別為102.19mgCOD/g·VSS和70.58mgCOD/g·VSS,顯著高于其他碳源的PHA合成量（5～26mg/g·VSS）.故以蔗糖和乙酸鈉作碳源均有利于顆粒污泥穩(wěn)定性能的維持,而當(dāng)以甲醇作碳源時(shí)好氧顆粒污泥的貯存能力最差.

好氧顆粒污泥；碳源貯存；聚羥基烷酸酯（PHA）；菌膠團(tuán)；穩(wěn)定性

與傳統(tǒng)的活性污泥相比,好氧顆粒污泥具有沉降速度快,污泥濃度高,生物活性強(qiáng)以及微生物種類(lèi)多等優(yōu)勢(shì),具有較大的發(fā)展?jié)摿?近年來(lái)也受到越來(lái)越多的關(guān)注［1］.但反應(yīng)條件對(duì)顆粒污泥影響很大,若不能合理地控制,好氧顆粒污泥經(jīng)常會(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象,這也極大限制了其在實(shí)際污水處理工程中的大規(guī)模應(yīng)用［2］.

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)影響好氧顆粒污泥穩(wěn)定運(yùn)行的因素做了大量深入的研究［3］,為好氧顆粒污泥的應(yīng)用提供了一定的理論支撐.但這些研究主要集中在溫度［4-6］,pH值［7-9］,污泥泥齡［10-11］,有毒有害物質(zhì)［12-13］等方面,且在探究過(guò)程中大多是從這些因素對(duì)顆粒污泥的胞外聚合物（EPS）的影響展開(kāi),未曾涉及顆粒污泥胞內(nèi)的貯存特性.同時(shí)已有研究表明,在普通的絮體污泥系統(tǒng)中,菌膠團(tuán)在外碳源充足的情況下會(huì)將多余的碳源以聚羥基烷酸酯（PHA）的形式貯存于體內(nèi),以備其在底物缺乏的條件下使用.由于大部分的絲狀菌都不具備底物貯存能力,菌膠團(tuán)這種貯存底物的能力使得其在與絲狀菌的種群競(jìng)爭(zhēng)中占優(yōu)勢(shì),抑制絲狀菌的過(guò)量生長(zhǎng),防止污泥膨脹的發(fā)生［14］.好氧顆粒污泥同樣也是菌膠團(tuán)和絲狀菌的集合體,絲狀菌的過(guò)量增殖必然會(huì)導(dǎo)致顆粒污泥結(jié)構(gòu)的松散甚至解體,不利于顆粒污泥系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行［15］；此外,不同的碳源條件下,微生物合成PHA的種類(lèi)和數(shù)量也會(huì)發(fā)生改變［16］,菌膠團(tuán)對(duì)不同碳源的貯存利用特性不同,會(huì)影響到污水處理系統(tǒng)中微生物的種群結(jié)構(gòu),從而會(huì)導(dǎo)致顆粒污泥處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性差異［2,17］.因此,研究好氧顆粒污泥對(duì)不同碳源的貯存和利用特性顯得尤為重要. Wen等［14］考察了膨脹污泥與沉降性能良好的活性污泥貯存PHA性能的差異； Fang等［18］探究了不同底物和氨氮濃度對(duì)好氧顆粒污泥合成聚-β-羥基丁酸（PHB）的影響；黃惠珺等［19］研究了不同碳源類(lèi)型對(duì)活性污泥貯存性能的影響.而實(shí)際生活污水中的有機(jī)碳源主要包括有機(jī)酸類(lèi),糖類(lèi),蛋白質(zhì),纖維素等,這些碳源的種類(lèi)和數(shù)量常常隨著人們的生活習(xí)慣發(fā)生季節(jié)性的變化.目前好氧顆粒污泥對(duì)單一碳源的貯存情況尚未得到詳細(xì)研究,可供參閱的文獻(xiàn)非常有限.基于以上原因,本文以具備良好脫氮除磷能力的好氧顆粒污泥為研究對(duì)象,在厭氧條件下考察了其對(duì)乙酸鈉等八種單一碳源的貯存特性.

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)及試驗(yàn)裝置

采用有效容積為 10L的序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR）培養(yǎng)好氧顆粒污泥.該反應(yīng)器每周期進(jìn)水7L,排水比為70%,污泥泥齡（SRT）為10～12d.采用先缺氧后好氧的模式運(yùn)行,每周期共持續(xù)6h,包含5min缺氧進(jìn)水,115min缺氧攪拌,180min好氧曝氣,30～1min沉淀（沉淀時(shí)間隨著顆粒污泥的逐漸形成由30min逐漸縮短至1min,改變沉淀時(shí)間的同時(shí)相應(yīng)的調(diào)整閑置時(shí)間,保證每個(gè)反應(yīng)周期為6h）,10min排水,以及20～49min閑置.缺氧階段采用機(jī)械攪拌器使系統(tǒng)混合均勻,好氧階段采用鼓風(fēng)曝氣,曝氣量恒定在 0.5m3/h.反應(yīng)在室溫下進(jìn)行,試驗(yàn)期間未控制pH值.母反應(yīng)器接種污泥來(lái)自北京高碑店污水處理廠A2O系統(tǒng)的二沉池剩余污泥.

本碳源貯存試驗(yàn)采用小試的方式,在 2L的SBR中進(jìn)行,每種碳源同時(shí)做3組平行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果取平均值.試驗(yàn)裝置如圖1所示.試驗(yàn)所用污泥為母反應(yīng)器好氧末所取的顆粒污泥,為了控制嚴(yán)格的厭氧條件,試驗(yàn)開(kāi)始前先用蒸餾水清洗污泥三遍,去除混合液中的 NO3--N,并最終稀釋至1.5L體積,分裝在3個(gè)小試裝置內(nèi),每個(gè)反應(yīng)器中加入 0.5L的進(jìn)水.污泥濃度控制在 4500～5000mg/L,開(kāi)始反應(yīng)計(jì)時(shí)并取樣.試驗(yàn)共進(jìn)行3個(gè)小時(shí).試驗(yàn)過(guò)程中,分別在0, 15, 30, 60, 90, 120, 150, 180min取50mL泥水混合樣,靜置后的上清液過(guò)濾后用來(lái)測(cè)定化學(xué)需氧量（COD）,下層污泥用于提取和測(cè)定PHA和糖原.

圖1　小試裝置示意Fig.1　Set-up diagram of Batch test

1.2進(jìn)水水質(zhì)

母反應(yīng)器采用混合碳源作進(jìn)水碳源馴化培養(yǎng)好氧顆粒污泥.配水水質(zhì)如表1所示,其COD：N：P=400：40：8.碳源貯存小試用水除了采用單一碳源提供400mg/L的COD以外,其他配水組分與母反應(yīng)器保持一致.配水中微量元素液按 1mL/L加入,母反應(yīng)器的進(jìn)水碳源包括乙酸鈉,葡萄糖,甲醇,淀粉,谷氨酸鈉五種,代表了生活污水中的有機(jī)酸,糖類(lèi),醇類(lèi),高分子有機(jī)物.配水的主要成分及含量如表1所示.

表1　配水的組成Table 1　The composition of feedwater

1.3測(cè)定方法

貯存的底物主要測(cè)定PHA,PHA由PHB,聚-β-羥基戊酸（PHV）和聚-β-羥基-2-甲基戊酸（PH2MV）組成,由于在本試驗(yàn)污泥樣本中沒(méi)有檢測(cè)到PH2MV 的存在,故PHA 為PHB 和PHV二者之和.污泥中的PHA測(cè)定前先采用氯仿和酸化甲醇做有機(jī)溶劑［20］在 100 ℃的條件下消解20h,使微生物體內(nèi)的 PHA組分溶出,然后利用Agilent6890N 型氣相色譜以及Agilent DB-1 型氣相色譜柱對(duì)有機(jī)相（氯仿）中的PHB和PHV成分進(jìn)行檢測(cè),依據(jù)Oehmen［21］所述的改良方法進(jìn)行操作.糖原采用蒽酮法［22］進(jìn)行測(cè)定.

污泥體積指數(shù)（SVI）采用30min污泥沉降法測(cè)定,混合液懸浮固體濃度（MLSS）,混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）采用濾紙重量法測(cè)定,CODcr采用重鉻酸鉀法測(cè)定［23］.試驗(yàn)過(guò)程中好氧顆粒污泥的粒徑分布采用Laguna等［24］所述的濕篩分方法進(jìn)行測(cè)定.用五個(gè)不銹鋼制成的篩子（孔徑分別為0.5mm, 1.0mm, 1.5mm, 2.0mm和2.5mm）來(lái)確定污泥粒徑分布,篩分的粒徑分為＜0.5mm, 0.5～1.0mm, 1.0～1.5mm, 1.5～2.0mm, 2.0～2.5mm, ＞2.5mm共6個(gè)等級(jí).

2　結(jié)果與討論

2.1母反應(yīng)器的運(yùn)行狀態(tài)

圖2　SBR鏡檢照片（×40）Fig.2　Microscopic examination of SBR （×40）

種泥為典型的絮狀污泥［圖2（a）］.由圖2可以看出,污泥絮體粒徑較大,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,呈現(xiàn)淺黃色.經(jīng)過(guò)60d的培養(yǎng)及縮短沉淀時(shí)間篩選后,碎小的絮體被淘洗出系統(tǒng),大而密實(shí)的污泥得到保留,最終形成了如圖 2（d）所示的穩(wěn)定的顆粒污泥結(jié)構(gòu).該好氧顆粒污泥系統(tǒng)VSS/SS比值為 0.79,SVI5為 14mL/g,污泥具有較好的脫氮除磷能力,氨氮和無(wú)機(jī)磷的去除率分別達(dá)到了95%和88%.

由圖 3可知,90%的好氧顆粒污泥粒徑在0.5～1.5mm 之間.王迪［25］分別采用蔗糖和乙酸鈉作為培養(yǎng)好氧顆粒污泥的進(jìn)水碳源,當(dāng)以蔗糖為進(jìn)水碳源時(shí),好氧顆粒污泥粒徑主要在 1.0～1.5mm,當(dāng)以乙酸鈉為進(jìn)水碳源時(shí),好氧顆粒污泥粒徑主要在 0.5～1.0mm.研究發(fā)現(xiàn),顆粒污泥并非粒徑越大越好［1］,粒徑過(guò)大,污泥內(nèi)部傳質(zhì)越差,粒徑過(guò)小則不利于其在反應(yīng)器內(nèi)穩(wěn)定停留.本試驗(yàn)中大部分顆粒污泥粒徑在0.5～1.5mm之間,粒徑適中.同時(shí)隨著粒徑范圍的逐漸變大,粒徑范圍內(nèi)的VSS/SS比值也逐漸變大,粒徑在0.5～1.5mm范圍內(nèi)比值趨于穩(wěn)定,約為0.79.

圖3　顆粒污泥粒徑分布及粒徑所占百分比Fig.3　Granular sludge particle size distribution and the percentage of particle size

2.2不同碳源條件下好氧顆粒污泥對(duì) PHA的合成情況

PHA合成的理論模型［26］認(rèn)為：當(dāng)外界有機(jī)底物供給充足時(shí),微生物將吸收的有機(jī)底物選擇性地供給生長(zhǎng)和合成儲(chǔ)存性物質(zhì),只有在微生物生長(zhǎng)受限的情況下細(xì)胞才開(kāi)始大量合成PHA.本試驗(yàn)考察經(jīng)混合碳源馴化培養(yǎng)的好氧顆粒污泥在厭氧環(huán)境下對(duì)不同碳源的貯存情況,由于菌膠團(tuán)的碳源貯存能力明顯優(yōu)于絲狀菌,內(nèi)碳源的貯存能力能夠增加菌膠團(tuán)的種群競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),抑制絲狀菌的過(guò)量增殖,從而維持穩(wěn)定的顆粒污泥結(jié)構(gòu).因此可以根據(jù)顆粒污泥利用不同碳源合成PHA的能力差異,來(lái)判斷不同碳源下顆粒污泥的穩(wěn)定性.

由表2可見(jiàn),當(dāng)以乙酸鈉作碳源時(shí),合成PHA的量最大,為102.19mgCOD/（g·VSS）,其次是蔗糖,合成量為70.58mgCOD/（g·VSS）,當(dāng)以甲醇作碳源時(shí)合成PHA的量最少,僅為5.54mgCOD/（g·VSS）,這與微生物對(duì)甲醇較差的吸收能力關(guān)系密切.好氧顆粒污泥對(duì)另外幾種碳源都有一定的貯存轉(zhuǎn)化能力,但合成 PHA的量相對(duì)較低.這可能是因?yàn)橐宜徕c屬于揮發(fā)性脂肪酸（VFA）物質(zhì),含有CO基團(tuán),在底物貯存過(guò)程中可直接與乙酰輔酶A（CH3COCOA）結(jié)合參與三羧酸循環(huán)（TCA）,耗能少,貯存量多；而其他幾種碳源都需要先轉(zhuǎn)化為VFA物質(zhì)才能被微生物貯存,耗能多,貯存量少［26］.黃惠珺等［19］考察了不同碳源類(lèi)型對(duì)活性污泥PHA貯存及轉(zhuǎn)化的影響,結(jié)果表明當(dāng)以乙酸及丙酸為碳源時(shí),PHA貯存量最大,其它碳源條件下,底物貯存量相對(duì)較低.Pijuan等［27］在強(qiáng)化生物除磷（EBRP）工藝中也選擇乙酸和丙酸作碳源馴化培養(yǎng)活性污泥,再以乙酸、丙酸、丁酸和葡萄糖作碳源進(jìn)行試驗(yàn),同樣發(fā)現(xiàn)當(dāng)以乙酸作碳源時(shí)PHA合成量最大.本文采用好氧顆粒污泥為研究對(duì)象,得到的結(jié)論與之相符.由此可見(jiàn),以乙酸或乙酸鹽作碳源,不論是活性污泥還是顆粒污泥,都有較高的 PHA合成能力.事實(shí)上,顆粒污泥同活性污泥一樣,也是菌膠團(tuán)和絲狀菌的結(jié)合體,二者對(duì)含有CO基團(tuán)有著類(lèi)似的代謝途徑.

值得注意的是蔗糖屬于非 VFA物質(zhì),但顆粒污泥利用蔗糖合成 PHA的量卻僅次于乙酸鈉,同時(shí)其他糖類(lèi)如葡萄糖、麥芽糖和淀粉作碳源時(shí)顆粒污泥的 PHA合成量卻很低.這可能是由顆粒污泥微生物對(duì)不同糖類(lèi)的貯存利用途徑不同造成的.蔗糖和麥芽糖同屬于二糖,但蔗糖水解產(chǎn)物為一分子果糖和一分子葡萄糖,而麥芽糖水解產(chǎn)物為兩分子葡萄糖,Majone等［28］指出在缺氧條件下,菌膠團(tuán)微生物降解利用葡萄糖時(shí)主要合成體內(nèi)的糖原物質(zhì),基本沒(méi)有 PHA的合成.因此,以葡萄糖和麥芽糖為碳源時(shí)菌膠團(tuán)微生物合成 PHA的量非常低.而通過(guò)本研究可以看出,蔗糖水解產(chǎn)生的果糖應(yīng)該更容易轉(zhuǎn)化為 VFA物質(zhì)并被微生物快速貯存為體內(nèi)的PHA.淀粉作為大分子聚合物,其被微生物降解利用的限制步驟在于其較低的水解速率,由于其水解速率跟不上微生物對(duì)其水解產(chǎn)物的利用速率,因此以淀粉作碳源菌膠團(tuán)微生物合成的PHA量很低.由此可見(jiàn),由于菌膠團(tuán)對(duì)甲醇,葡萄糖,麥芽糖和淀粉的貯存能力低,當(dāng)進(jìn)水碳源以這些種類(lèi)為主時(shí),顆粒污泥遭遇絲狀菌過(guò)量生長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)更大,顆粒污泥的穩(wěn)定性越低.因此,有機(jī)酸和蔗糖比甲醇,葡萄糖,麥芽糖和淀粉更適合作為培養(yǎng)顆粒污泥的碳源.

表2　不同碳源條件下PHA合成情況Table 2　The storage of PHA with various types carbon source

由表 2還可看出,顆粒污泥對(duì)不同碳源的PHA平均合成速率和PHA最大合成速率有明顯差異.其中蔗糖的PHA平均合成速率和PHA最大合成速率最大,分別為 3.51mgCOD/（gVSS·h）和785.83mgCOD/（gVSS·h）,乙酸鈉的PHA平均合成速率和 PHA最大合成速率分別為1.48mgCOD/（gVSS·h）和321.56mgCOD/（gVSS·h）.顆粒污泥對(duì)乙酸鈉的合成量要高于蔗糖,但蔗糖的PHA平均合成速率和PHA最大合成速率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于乙酸鈉.這是因?yàn)槲⑸镔A存底物的同時(shí)也在利用貯存物,微生物利用以乙酸鈉合成的貯存物的速率要高于利用以蔗糖合成的貯存物的速率,所以以蔗糖作碳源更有利于顆粒污泥快速合成PHA,從而更有利于顆粒污泥在與絲狀菌的競(jìng)爭(zhēng)中占優(yōu)勢(shì).谷氨酸鈉作為谷氨酸的強(qiáng)堿鹽,其合成PHA的量為26.83mgCOD/（gVSS·h）,僅次于乙酸鈉和蔗糖,其 PHA平均合成速率為1.57mgCOD/（gVSS·h）,與乙酸鈉相當(dāng),其 PHA最大合成速率為462.54mgCOD/（gVSS·h）,僅次于蔗糖.這說(shuō)明以谷氨酸鈉為代表的氨基酸類(lèi)物質(zhì)能夠作為培養(yǎng)好氧顆粒污泥的碳源.同時(shí)蛋白胨作碳源,其 PHA合成量與谷氨酸鈉相當(dāng),但其合成速率較低,并不適合作為好氧顆粒污泥長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的碳源.表中所示最大合成速率出現(xiàn)的時(shí)間大都在0～5min,這與反應(yīng)開(kāi)始存在較高的底物濃度梯度密切相關(guān).反應(yīng)初期,菌膠團(tuán)能夠迅速利用高底物濃度梯度進(jìn)行新陳代謝同時(shí)將大量的底物以PHA的形式貯存起來(lái).

2.3顆粒污泥對(duì)碳源的利用情況

表3　試驗(yàn)期間COD的變化情況Table 3　The change of COD during the experiment

基于 Majone［28］所述的 COD質(zhì)量守恒原理,COD有以下幾種消耗途徑：（1） NO3--N的反硝化即污泥的呼吸作用：（2）合成胞內(nèi)有機(jī)物如PHA及糖原：（3）用于合成新細(xì)胞：（4）某些未知途徑.該平衡可用以下公式表示：

其中： -ΔS為COD的消耗量；-ΔOX為代表微生物進(jìn)行生命活動(dòng)所需能量的氧化量即反硝化消耗量； ΔXSTP為微生物的貯存量（PHA或者糖原）；ΔXGRO為代表微生物的生長(zhǎng)量；為微生物攝取的NH4+-N的量.

圖4　好氧顆粒污泥對(duì)不同碳源的利用情況Fig.4　The utilization contion of aerobic granular sludge on different carbon sources

本試驗(yàn)在厭氧條件下進(jìn)行,進(jìn)水不含NO3--N,因此不存在反硝化途徑,在COD衡算過(guò)程中不予考慮該途徑.經(jīng)測(cè)定,顆粒污泥胞內(nèi)貯存物PHA和糖原都有一定程度積累,且不同的底物有不同的積累量及積累速率,同時(shí)細(xì)胞在厭氧條件下會(huì)合成新細(xì)胞,這也需要 COD等能源物質(zhì).由此得出不同碳源條件下 COD的變化情況（表3）以及微生物對(duì)碳源的利用情況分析（圖4）.當(dāng)以甲醇作碳源時(shí),COD的降解量最低,僅為39.33mg/L，這是因?yàn)榧状加休p微毒性,對(duì)微生物體內(nèi)的酶有抑制作用,難以被微生物吸收利用,故以甲醇作碳源顆粒污泥合成 PHA的量也最低.當(dāng)以蛋白胨作碳源時(shí),COD 的降解量為94.90mg/L,這些碳源幾乎全部用來(lái)貯存 PHA［圖4（g）］.而蛋白胨屬于有機(jī)化合物,需要降解成短鏈VFA等物質(zhì)才能被微生物吸收利用.由此,若能尋找途徑加速蛋白胨的降解率,便能將這些碳源大量的合成PHA,從而能更有效地維持顆粒污泥的穩(wěn)定性.以谷氨酸鈉［圖4（f）］和淀粉［圖4（h）］作碳源,均有40%以上的碳源用來(lái)合成PHA,另有45%以上的碳源用于維持微生物的生命活動(dòng),所以以這兩種碳源作為合成PHA的物質(zhì)并不占優(yōu)勢(shì).

當(dāng)以糖類(lèi)和有機(jī)酸類(lèi)作碳源時(shí),COD的降解量均在320mg/L以上,但COD的利用情況差別較大.由圖4（c）和圖4（d）可見(jiàn),顆粒污泥對(duì)麥芽糖和葡萄糖的利用情況略有差異,分別有 15.46%和14.70%的碳源用來(lái)合成 PHA,有 26.37%和22.56%的碳源用來(lái)維持顆粒污泥的生命活動(dòng).這可能是因?yàn)辂溠刻撬猱a(chǎn)物為兩分子葡萄糖,其需要不斷水解為葡萄糖才能被利用,而葡萄糖可直接被顆粒污泥利用,同時(shí)好氧顆粒污泥僅能將少量葡萄糖有效合成PHA,所以顆粒污泥利用麥芽糖合成PHA的量低于葡萄糖,而合成PHA消耗掉的碳源比例略高于葡萄糖.以乙酸鈉作碳源合成PHA的量最高,但合成PHA消耗掉的碳源量?jī)H占總消耗量的61.51%,用于新陳代謝的量占26.35%.當(dāng)以蔗糖作碳源時(shí) PHA的合成量雖然低于以乙酸鈉作碳源PHA的合成量,但是當(dāng)以蔗糖作碳源時(shí),微生物消耗的有機(jī)物總量中用于合成PHA的比例占90.89%,遠(yuǎn)高于乙酸鈉系統(tǒng)中的61.51%,也就是說(shuō)顆粒污泥能將大部分蔗糖用來(lái)合成PHA物質(zhì),而僅利用7.76%的碳源維持其生命活動(dòng).由此進(jìn)一步說(shuō)明,以蔗糖作碳源更有利于顆粒污泥合成PHA,而以乙酸鈉作碳源能合成大量PHA.

3　結(jié)論

3.1不同碳源條件下,顆粒污泥的 PHA貯存能力為乙酸鈉＞蔗糖＞谷氨酸鈉＞蛋白胨＞葡萄糖＞淀粉＞麥芽糖＞甲醇.其中乙酸鈉合成量最大,為102.19mgCOD/（g·VSS）；其次為蔗糖,合成量為70.58mgCOD/（g·VSS）；甲 醇 最 低 ,僅 為5.5mgCOD/（g·VSS）.

3.2厭氧條件下,糖類(lèi)物質(zhì)中以蔗糖作碳源, PHA的平均合成速率和最大合成速率均最大.

［1］ 安鵬,楊鳳林,張捍民,等.不同粒徑好氧顆粒污泥的性質(zhì)比較［J］. 給水排水, 2007,S1）：45-49.

［2］ 陳燁,沈耀良,郭海娟.好氧顆粒污泥的穩(wěn)定性影響因素研究進(jìn)展 ［J］. 水處理技術(shù), 2012,（2）：11-15.

［3］ Wu L, Peng C, Peng Y, et al. Effect of wastewater COD/N ratio on aerobic nitrifying sludge granulation and microbial population shift ［J］. Journal of Environmental Sciences, 2012,（24）：234-241.

［4］ Song Z,Ren N,Zhang K,et al.Influence of temperature on the characteristics of aerobic granulation in sequencing batch airlift reactors ［J］. J. Environmental Sciences, 2009,21（3）：273-278.

［5］ 暴瑞玲,于水利,王玉蘭,等.溫度對(duì)好氧顆粒污泥脫氮性能及顆粒穩(wěn)定性的影響 ［J］. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2009,29（7）：697-701.

［6］ Winkler M K H, Bassin J P, Kleerebezem R, et al. Temperature and salt effects on settling velocity in granular sludge technology ［J］. Water Research, 2012,46（12）：3897-3902.

［7］ Li Z, Zhang T, Li N, et al.Granulation of filamentous microorganisms in a sequencing batch reactor with saline wastewater ［J］. J. Environmental Sciences, 2010,22（1）：62-67.

［8］ 傅金祥,唐玉蘭,王海彪,等.不同pH值下好氧顆粒污泥形成過(guò)程與特性 ［J］. 沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版, 2010,（4）：734-738.

［9］ 紀(jì)樹(shù)蘭,李建婷,秦振平,等.絲狀膨脹好氧顆粒污泥細(xì)菌組成及絲狀膨脹的控制 ［J］. 北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2011,（10）：1530-1535.

［10］ Rossetti S, Tomei M C, Nielsen P H, et al. “Microthrix parvicella”, A filamentous bacterium causing bulking and foaming in activated sludge systems：Areview of current knowledge ［J］. FEMS Microbiology Reviews, 2005,29（1）：49-64.

［11］ 汪善全,孔云華,原媛,等.好氧顆粒污泥中絲狀微生物生長(zhǎng)研究 ［J］. 環(huán)境科學(xué), 2008,29（3）：696-702.

［12］ Wang X H, Gai L H, Sun X F, et al. Effects of long-term addition of Cu（Ⅱ） and Ni（Ⅱ） on the biochemical properties of aerobic granules in sequencing batch reactors ［J］. Applied Microbiology and Biotechnology, 2010,86：1967-1975.

［13］ Su C, Zhu L, Zhang C, et al.Microbial community of aerobic granules for ammonium and sulphide removal in a sequencing batch reactor ［J］. Biotechnology Letters, 2012,34（5）：883-889.

［14］ Wen Q, Chen Z, Wang C, et al.Bulking sludge for PHA production：Energy saving and comparative storage capacity with well-settled sludge ［J］. J. Environmental Sciences, 2012,24（10）：1001-0742.

［15］ 唐朝春,簡(jiǎn)美鵬,劉名,等.強(qiáng)化好氧顆粒污泥穩(wěn)定性的研究進(jìn)展 ［J］. 化工進(jìn)展, 2013,（4）：919-924.

［16］ 王迪,楊鳳林,周軍,等.碳源對(duì)好氧顆粒污泥物理性狀及除磷性能的影響 ［J］. 中國(guó)給水排水, 2007,（5）：85-89.

［17］ 王芳,于漢英,張興文,等.進(jìn)水碳源對(duì)好氧顆粒污泥特性的影響 ［J］. 環(huán)境科學(xué)研究, 2005,（2）：84-88.

［18］ Fang F, Liu X W, Xu J, et al.Formation of aerobic granules and their PHB production at various substrate and ammonium concentrations ［J］. Bioresource Technology, 2009,（100）：59-63.

［19］ 黃惠珺,王淑瑩,王中瑋,等.不同碳源類(lèi)對(duì)活性污泥PHA貯存及轉(zhuǎn)化的影響 ［J］. 化工學(xué)報(bào), 2010,（6）：1510-1515.

［20］ 秦清,張艷萍.3種短鏈脂肪酸對(duì)活性污泥儲(chǔ)存 PHA的影響［J］. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2014,（7）：2859-2864.

［21］ Oehmen A, Keller-Lehmann B, Zeng R J, et al.Optimisation of poly-beta-hydroxyalkanoate analysis using gas chromatography for enhanced biological phosphorus removal systems ［J］. Journal of Chromatography A, 2005,1070（1/2）：131-136.

［22］ 楊雄,霍明昕,王淑瑩,等.碳源類(lèi)型對(duì)污泥沉降性能及絲狀菌生長(zhǎng)的影響 ［J］. 化工學(xué)報(bào), 2011,（12）：3471-3477.

［23］ 郭建華,王淑瑩,彭永臻,等.低溶解氧污泥微膨脹節(jié)能方法在A/O中的試驗(yàn)驗(yàn)證 ［J］. 環(huán)境科學(xué), 2008,（12）：3348-3352.

［24］ Laguna A, Quattara A, Conzalez R A, et a1.Asimple and low cost technique for determining the granulometry of uplfow anaerobic sludge blanket reactor sludge ［J］. Wart. Sci. Technol., 1998,40（8）：l-8.

［25］ 王迪.不同碳源對(duì)好氧顆粒污泥性質(zhì)影響的研究 ［D］. 大連：大連理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2006,（6）：033-073.

［26］ 張琦.活性污泥微生物合成PHA的研究 ［D］. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2011,（6）：628-477.

［27］ Pijuan M, Casas C, Antonio Baeza J A.Polyhydroxyalkanoate synthesis using different carbon sources by two enhanced biological phosphorus removal microbial communities ［J］. Process Biochemistry, 2008,44（1）：1359-5113.

［28］ Majone M, Beccari M, Dionisi C, et al.Role of storage phenomena on removal of different substrates during predenitrification ［J］. Wat. Sci. Technol., 2001,43（3）：0273-1223.

Effect of various types carbon source on the synthesis of PHA of aerobic granular sludge.

WANG Jie, PENG Yong-zhen*, YANG Xiong, WANG Shu-ying （Engineering Research Center of Beijing, Key Laboratory of Beijing for Water Quality Science and Water Environment Recovery Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China）.

China Environmental Science, 2015,35（8）：2360～2366

The stable performance of aerobic granular sludge would be affected by various factors. The type of carbon source was reported to have impact on the synthesis of poly hydroxy acid lipid （PHA）, consequently affect the stability of the aerobic granular sludge. In this study, the aerobic granular sludge was cultivated with the mixed carbon source, and the effect of different carbon source on the PHA synthesized by aerobic granular sludge was investigated. The tests were conducted with 8kinds of carbon source including sodium acetate, methanol, glucose, maltose, starch, sugar, glutamic sodium and peptone. The results showed that the aerobic granular sludge had better performance for transforming the sodium acetate and sugar to PHA, with the storage capacity reached up to 102.19mgCOD/g·VSS and 70.58mg COD/g·VSS, respectively. This was significantly higher than the value using the other carbon source, which was in the range of 5～20mg/g·VSS. Therefore, it was beneficifal to maintain the stable performance of granular sludge by using sugar and sodium acetate as carbon source. However, the lowest storage of PHA was found when methanol was used.

aerobic granular sludge；carbon storage polymers；poly hydroxy acid lipid （PHA）；zoogloea；stability

X703.1

A

1000-6923（2015）08-2360-07

2014-12-27

“十二五”國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)（2012ZX07302002-06）；北京市教委資助項(xiàng)目

* 責(zé)任作者, 教授, pyz@bjut.edu.cn

王杰（1989-）,女,河南省信陽(yáng)人,北京工業(yè)大學(xué)碩士研究生,主要從事污水生物處理理論與應(yīng)用研究.