生物除磷過程中PAOs胞內(nèi)聚合物的變化規(guī)律研究

楊靖新，龍北生，劉紅波，趙　鶴，劉迅雷

(長(zhǎng)春工程學(xué)院水利與環(huán)境工程學(xué)院，長(zhǎng)春130012)

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生物除磷過程中PAOs胞內(nèi)聚合物的變化規(guī)律研究

楊靖新，龍北生，劉紅波，趙鶴，劉迅雷

(長(zhǎng)春工程學(xué)院水利與環(huán)境工程學(xué)院，長(zhǎng)春130012)

采用SBR工藝，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，通過菌膠團(tuán)染色、顯微鏡鏡檢的方法，考察了胞內(nèi)聚β-羥基丁酸鹽(PHB)以及聚磷酸鹽(poly-P)在生物除磷過程中的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，在厭氧過程中，釋磷的同時(shí)污泥菌膠團(tuán)中poly-P顆粒大量減少，PHB顆粒被大量合成并貯存于胞內(nèi)；在好氧過程中，吸磷的同時(shí)胞內(nèi)PHB顆粒含量減少，poly-P顆粒大量增多。

釋磷；吸磷；PHB；poly-P；PAOs

水體富營(yíng)養(yǎng)化是當(dāng)今各國(guó)共同面臨的環(huán)境污染問題，磷是引起水體富營(yíng)養(yǎng)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體富營(yíng)養(yǎng)化的重要手段[1-2]。生物除磷與化學(xué)除磷相比較，具有運(yùn)行費(fèi)用低，節(jié)約能源，避免二次污染的特點(diǎn)[3]。SBR工藝由于具有工藝流程簡(jiǎn)單，生化反應(yīng)速率快，耐沖擊負(fù)荷，不易發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越普遍[4-5]。本文采用該工藝，通過時(shí)間上的交替運(yùn)行，控制好氧和厭氧的環(huán)境條件，達(dá)到除磷的目的[6-8]。

SBR工藝穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，采用特殊染色、顯微鏡鏡檢的方法，考察系統(tǒng)內(nèi)的活性污泥了胞內(nèi)poly-P和PHB在厭氧釋磷以及好氧吸磷過程中的變化規(guī)律，并對(duì)其進(jìn)行分析。

1　試驗(yàn)材料與方法

1.1試驗(yàn)裝置與設(shè)備

SBR除磷系統(tǒng)試驗(yàn)裝置如圖1所示。反應(yīng)器為圓柱形，由有機(jī)玻璃制成，高60 cm，內(nèi)徑20 cm，底部為圓臺(tái)形，總有效容積為12 L；反應(yīng)器以小型黏砂頭作為微孔曝氣頭，采用小型充氧泵曝氣充氧，通過排水管排水閥門排水，反應(yīng)器底部設(shè)有排泥放空管以及排泥閥門；反應(yīng)器中設(shè)有攪拌裝置，根據(jù)需要啟動(dòng)攪拌器進(jìn)行厭氧釋磷作用；在反應(yīng)器中設(shè)有溫控裝置，可根據(jù)需要來調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度。

1.攪拌器；2.微孔曝氣頭；3.排水閥；4.排泥閥；5.曝氣閥；6.充氧泵圖1　SBR試驗(yàn)裝置

1.2SBR除磷工藝運(yùn)行方式

SBR反應(yīng)器為生物懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)，反應(yīng)器采用間歇進(jìn)水、間歇排水并按周期運(yùn)行。其一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)行過程如圖2所示。

SBR系統(tǒng)按瞬時(shí)充水(2～3 min)→厭氧攪拌(90 min)→好氧曝氣(90 min)→沉淀排泥、排水、閑置的工況完成運(yùn)行。充水后厭氧攪拌，在厭氧環(huán)境下PAOs充分利用水中的易降解有機(jī)物進(jìn)行釋磷作用；在好氧段，要注意合理的曝氣時(shí)間，使系統(tǒng)在曝氣過程中既能夠超量吸磷，同時(shí)又能避免硝化作用的發(fā)生。

圖2　SBR工藝一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)行過程

1.3試驗(yàn)用水與檢測(cè)方法

試驗(yàn)用污泥取自汽車廠污水廠二沉池的回流污泥，污泥馴化完成后，以人工合成污水為進(jìn)水。人工合成污水水質(zhì)穩(wěn)定，并易于在試驗(yàn)過程中根據(jù)需要適時(shí)調(diào)整配水的組分，有利于進(jìn)行基礎(chǔ)研究。合成污水以NaAc和可溶性淀粉為主要成分(二者的比例約為1.4∶1)，外加少量的牛肉膏和營(yíng)養(yǎng)鹽，采用NaHCO3調(diào)節(jié)堿度和pH值，根據(jù)需要向水中投加一定量的NH4Cl和KH2PO4來調(diào)節(jié)水中N和P的含量。水質(zhì)情況見表1?？刂葡到y(tǒng)內(nèi)的溫度為25 ℃，泥齡為5～7 d，污泥的質(zhì)量濃度為4 000 mg/L左右。

表1　人工合成污水水質(zhì)

1.4胞內(nèi)聚合物的檢測(cè)方法

于運(yùn)行狀況良好的反應(yīng)器內(nèi)，分別在厭氧釋磷及好氧吸磷過程中每隔30 min取適量的活性污泥混合液置于載玻片上，通過酒精燈火焰(1～2次)加熱使其固定。

1.4.1PHB的檢測(cè)方法

待涂片固定好后，用蘇丹黑B染液滴加于涂片上，染色5～10 min，沖洗并風(fēng)干；在二甲苯溶液中浸沾數(shù)次以去除剩余的蘇丹黑，而后沖洗風(fēng)干；再用番紅復(fù)染5～10 s，水洗風(fēng)干后鏡檢[11]。

1.4.2poly-P的檢測(cè)方法

poly-P的染色采用奈瑟氏新染色法。將5 g/L的美蘭染色液滴加到制備好的涂片上，染色1 min，沖洗后自然干燥；再用奈瑟氏乙液復(fù)染1 min，清去染色液，自來水沖洗后自然干燥；顯微鏡觀察[11]。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

系統(tǒng)運(yùn)行過程中，分別在厭氧30、60、90 min，好氧30、60、90 min時(shí)取樣進(jìn)行胞內(nèi)聚合物的染色鏡檢，不同染色方法檢測(cè)到的不同染色現(xiàn)象見表2。

表2　胞內(nèi)聚合物的染色方法及現(xiàn)象

(a) 厭氧30 min

(b) 厭氧60 min

(c) 厭氧90 min(好氧開始)

(d) 好氧30 min

(e) 好氧60 min

(f) 好氧90 min圖3　典型周期內(nèi)不同時(shí)間PHB染色顯微鏡成像

(a) 厭氧30 min

(b) 厭氧60 min

(c) 厭氧90 min(好氧開始)

(d) 好氧30 min

(e) 好氧60 min

(f) 好氧90 min圖4　典型周期內(nèi)不同時(shí)間poly-P染色顯微鏡成像

2.1PHB的染色結(jié)果及分析

圖3中顯示的暗黑色顆粒為胞內(nèi)藍(lán)黑色PHB顆粒，亮色顆粒為其亮粉色細(xì)胞質(zhì)部分。圖3中(a)、(b)、(c)分別對(duì)應(yīng)著厭氧階段的30、60、90 min，從這三這圖中可知，隨著時(shí)間的推移，暗黑色顆粒聚集體在厭氧條件下逐漸成為菌膠團(tuán)中的主體，這說明厭氧環(huán)境中PAOs胞內(nèi)發(fā)生了明顯的PHB合成作用。PAOs在厭氧環(huán)境下分解胞內(nèi)的poly-P，并吸收VFAs轉(zhuǎn)化成PHB存于胞內(nèi)，所以此階段PHB含量不斷增多。厭氧過程中合成的PHB對(duì)好氧吸磷過程起著至關(guān)重要的作用，厭氧段聚集的PHB越多，好氧段吸磷動(dòng)力就越強(qiáng)，除磷效果也越好。

2.2poly-P的染色結(jié)果及分析

圖5　典型周期內(nèi)-P質(zhì)量濃度隨時(shí)間的變化情況

3　結(jié)語(yǔ)

[1] 孫雪，朱為靜，王亮，等.強(qiáng)化生物除磷系統(tǒng)主要微生物及其代謝機(jī)理研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014(3):892-902.

[2] 王曉蓮，王淑瑩，彭永臻.A～2/O工藝強(qiáng)化反硝化除磷體系中微生物特性分析[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2007(3):401-407.

[3] 田淑媛，李征，王景峰.厭氧—好氧交替工藝生物除磷及活性污泥特殊染色[J].工業(yè)用水與廢水，2001(1):13-15.

[4] 郭建華，彭永臻，楊慶，等.脈沖SBR處理城市污水深度脫氮的工藝特性[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2007(1):62-66.

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[6] 田立江，姚志彬.SBR工藝與CASS工藝的比較[J].江蘇環(huán)境科技，2003(2):14-15+21.

[7] 龍北生，孫大群，邊德軍，等.采用兩級(jí)SBR工藝優(yōu)化除磷脫氮[J].給水排水，2003，11:34-37.

[8] 龍北生，劉紅波，肖國(guó)拾，等.兩級(jí)SBR工藝去除磷、氮及有機(jī)物效能分析[J].環(huán)境科學(xué)，2009(9):2609-2614.

[9] 曾龍?jiān)疲瑮畲浩?，郭俊元，?間歇曝氣生物濾池生物除磷性能研究[J].環(huán)境科學(xué)，2012(1):197-202.

[10] 陳洪波，王冬波，李小明，等.單級(jí)好氧生物除磷工藝處理生活污水[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2012(7):1203-1209.

[11] 葛艷輝，趙林，周艷.聚磷菌胞內(nèi)聚合物的染色條件優(yōu)化及染色方法比較[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，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

吉林省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目(20140101161JC)

楊靖新(1991-)，男(漢)，內(nèi)蒙通遼，碩士

主要研究污水生物處理技術(shù)。

X703

A

1009-8984(2016)03-0063-04