單級(jí)好氧除磷工藝與厭氧好氧除磷工藝的對(duì)比研究(共13頁(yè))

1、單級(jí)好氧除磷工藝(gngy)與厭氧/好氧除磷工藝的對(duì)比研究楊帆1,3，王冬波1,3，李小明1,2,3*，楊麒1,3，鄧瑩收稿日期：2010-12-19 ；修訂日期： 2011-5-10基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51078128）；湖南省研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目（CX2009B079）作者簡(jiǎn)介：楊帆（1986），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樗廴究刂?，E-mail：*通訊聯(lián)系人，E-mail：xmli,3，羅琨,3，鄒正軍1,3，曾恬靜(tinjng)1,3，鄧嬪4(1.湖南大學(xué)環(huán)境(hunjng)科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410082；2.廣西大學(xué)環(huán)境學(xué)院，南寧 530004；3.環(huán)境生物與控制

2、教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(湖南大學(xué))，長(zhǎng)沙 410082；4.湖南有色金屬研究院，長(zhǎng)沙 410015)摘要: 以A/O工藝和單級(jí)好氧除磷工藝為研究對(duì)象，對(duì)比研究了2組SBR以生活污水中存在最廣泛的乙酸鈉作為碳源并分別以A/O工藝（SBR1）和單級(jí)好氧除磷工藝(SBR2)運(yùn)行的除磷效果。在每天運(yùn)行3個(gè)周期并持續(xù)3個(gè)月的研究表明，2組SBR在穩(wěn)定除磷階段的除磷率和單位污泥的除磷水平分別為91.72%和3.23 mg P/ g MLSS（SBR1）與71.70%和2.91 mg P/ g MLSS（SBR2）。進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)：在SBR1中PHA的合成伴隨著糖原質(zhì)的消耗，相反地在SBR2中PHA的合成的同時(shí)

3、伴隨糖原質(zhì)的合成，這意味著在單級(jí)好氧除磷工藝中PHA的合成無(wú)需要糖原質(zhì)的參與；靜置階段2組SBRs都具有明顯的釋磷現(xiàn)象，但SBR2具有更高的釋磷水平（釋磷量分別為2.6mg/L和13.28mg/L）。SBR1和SBR2表現(xiàn)出不同的除磷能力的原因可能是2組SBR的微生物在代謝過(guò)程中儲(chǔ)能物質(zhì)消耗和存貯的循環(huán)過(guò)程的差異。關(guān)鍵詞：?jiǎn)渭?jí)好氧除磷工藝；A/O工藝；模擬城市生活污水；SBR；糖原質(zhì)；聚磷酸鹽中圖分類號(hào): X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 0250-3301（2011）Comparison Study on Phosphorus Removal Between Single-stag

4、e Oxic Process and Anaerobic/Aerobic ProcessYANG Fan1,3, WANG Dong-bo1,3, LI Xiao-ming1,2,3*, YANG Qi1,3, DENG Ying, LUO Kun1,3, ZOU Zheng-jun ZENG Tian-jing1,3, DENG Pin4(1.College of Environmental Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China; 2. College of Environment, Guangxi

5、 University, Nanning, 530004, China; 3.Key Laboratory of Environmental Biology and Pollution Control (Hunan University), Ministry of Education, Changsha 410082, China; 4. Research Institute of Hunan Nonferrous Metals, Changsha, 410015, China)Abstract: To investigate the application foreground of sin

6、gle-stage oxic process performing phosphorus removal, two SBRs were respectively applied with A/O process（SBR1）and single-stage oxic process (SBR2),treating simulated municipal wastewater. The laboratory results showed that both SBRs achieved high efficiencies of phosphorus removal after double slud

7、ge residence time. The phosphorus removal efficiency and the TP removed on a unit MLSS were 91.72% and 3.23 mg P/ g MLSS（SBR1）versus 71.70% and 2.91 mg P/ g MLSS (SBR2), respectively. The further study found that both SBRs synthesized energy storages during metabolic process, such as PHA and glycoge

8、n. However, glycogen was not observed to decrease in SBR2 during aerobic period, which means that glycogen was not a necessity for PHA accumulation in single-stage oxic process. Furthermore, obvious phosphorus release was observed in both SBRs during idle period, but the content of phosphorus releas

9、ed in SBR2 was much higher than that in SBR1 (13.28mg/L versus 2.6mg/L).The possible reason for SBR1 and SBR2 exhibiting different efficiency of phosphorus removal was that microorganisms in both SBRs had a dissimilar cyclic storage and consumption process of energy storages during metabolic process

10、.Keywords: Single-stage oxic process; A/O process; simulated municipal wastewater; SBR; glycogen; poly-phosphate水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（主要(zhyo)為氮磷，特別是磷）濃度(nngd)值超出自然水體背景值可能會(huì)引起水體中藻類（主要為藍(lán)藻）和光合細(xì)菌的大量快速(kui s)繁殖，并最終導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化 14。強(qiáng)化生物除磷（EBPR）因具有很少采用甚至不采用化學(xué)藥劑的特點(diǎn)且被認(rèn)為是目前最為經(jīng)濟(jì)有效和環(huán)境可持續(xù)性的除磷方法 58，而被廣泛運(yùn)用于生活污水除磷 3,10。眾所周知，傳統(tǒng)EBPR（即厭

11、氧/好氧工藝，A/O)的基本原理是通過(guò)厭氧釋磷與好氧攝磷的交替組合的途徑選擇性富集一類具有“超量吸磷”并轉(zhuǎn)化為細(xì)胞體內(nèi)聚磷酸鹽的微生物（聚磷菌，PAOs），并最終通過(guò)排放剩余污泥方式實(shí)現(xiàn)生物除磷 2,10。A/O工藝在實(shí)際應(yīng)用中早已獲得了較好的除磷效果。Janssen等8對(duì)荷蘭的12座典型生物處理污水處理廠的長(zhǎng)期運(yùn)行進(jìn)行分析得出：在穩(wěn)定運(yùn)行期間，所有污水處理廠總磷的去除效率均大于85%，而且出水磷酸鹽濃度，以加權(quán)平均形式表達(dá)也均達(dá)到了地方標(biāo)準(zhǔn)；然而，其中有4座污水廠大約有1年的時(shí)間內(nèi)以動(dòng)態(tài)的平均形式表達(dá)的出水磷酸鹽濃度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，甚至另有2座污水廠分別有2年和1年的時(shí)間出水不能達(dá)標(biāo)。傳統(tǒng)EBP

12、R的PAOs會(huì)受到一些環(huán)境因素（如硝酸鹽、pH和碳源種類等等）的干擾而影響除磷效果 2,3,5。這些表明傳統(tǒng)EBPR的穩(wěn)定性和可靠性尚存在問(wèn)題?，F(xiàn)有工藝的任何改善都會(huì)對(duì)大量日常污水的處理產(chǎn)生切實(shí)的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。目前許多研究者通過(guò)研究EBPR系統(tǒng)中存在的微生物及其生物化學(xué)機(jī)理試圖使其成為一種更具可靠性的處理工藝11,12；而其他研究者側(cè)重于工藝改善以獲得磷去除的高效性或經(jīng)濟(jì)性13,14。從2005年研究?jī)?nèi)循環(huán)SBR反應(yīng)器無(wú)厭氧段同步脫氮除磷過(guò)程中觀察到磷的高效去除（去除率達(dá)到95.6 %），本課題組一直致力于研究這種有別于傳統(tǒng)除磷理論的現(xiàn)象，并將其命名為單級(jí)好氧生物除磷工藝1925。以葡萄糖(

13、葡萄糖被傳統(tǒng)A/O工藝廣泛認(rèn)為不利于除磷的碳源)作為單一基質(zhì)，深入研究證明了這種除磷工藝是一種真實(shí)有效的生物除磷過(guò)程，其除磷特征為：在無(wú)厭氧段直接曝氣條件下，某些特定的微生物大量合成糖原質(zhì)卻無(wú)PHA合成也能將廢水中磷酸鹽合成聚磷20,21。單級(jí)好氧除磷作為一種新型的EBPR工藝，其具有被運(yùn)用于污水處理廠而成為一種簡(jiǎn)單而有效的除磷工藝的潛在價(jià)值。然而，單級(jí)好氧除磷工藝與傳統(tǒng)A/O工藝相比是否具有某些更好的潛在優(yōu)勢(shì)尚不明確。因而，本研究以生活污水中存在最多最廣泛的乙酸鹽作為單一碳源3，深入對(duì)比單級(jí)好氧生物除磷與A/O工藝在相同條件下的除磷特性，以期為日后工程應(yīng)用提供必要的參考。1 材料與方法1.1

14、 實(shí)驗(yàn)裝置及運(yùn)行方法實(shí)驗(yàn)以2個(gè)體積為2L的玻璃燒杯作為SBR反應(yīng)容器（分別稱為SBR1、SBR2）。接種的活性污泥取自長(zhǎng)沙市第二污水處理廠，并控制初始活性污泥濃度（MLSS）均在4000 mgL-1左右。2組SBR每天運(yùn)行3個(gè)周期即T=8 h。單個(gè)周期的具體運(yùn)行方式如下：SBR1：進(jìn)水厭氧(2 h)好氧(4 h)靜置(2 h)出水SBR2：進(jìn)水好氧(4 h)靜置(4 h)出水由于在靜置階段活性污泥會(huì)發(fā)生厭氧釋磷，但釋放的磷主要在泥相中，另一方面為對(duì)比研究SBR1和SBR2在靜置過(guò)程中厭氧階段的釋磷特征以及方便日常實(shí)驗(yàn)操作，而有意使SBR工藝的沉淀出水階段置于靜置階段末。進(jìn)水1L后，兩組SBR的

15、有效體積均為1.8L。SBR1的厭氧階段采用磁力攪拌器攪拌，攪拌強(qiáng)度達(dá)到使活性污泥處于懸浮狀態(tài)即可。好氧曝氣階段2組SBR采用2臺(tái)相同的鼓風(fēng)曝氣機(jī)進(jìn)行曝氣，曝氣量的控制在3L/min。在好氧階段末排出泥水混合物100 mL使污泥停留時(shí)間（SRT）均控制在18 d。在靜置階段結(jié)束后兩反應(yīng)器均排水約1 L，即水力停留時(shí)間（HRT）約14 h。1.2 污水水質(zhì)本實(shí)驗(yàn)(shyn)進(jìn)水采用人工合成(rn n h chn)廢水，并選取(xunq)乙酸鈉作為外加碳源。2組SBR的進(jìn)水成分及濃度均相同（見表1）。其中，微量元素主要成分及濃度見文獻(xiàn)26。實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)添加0.5mL硝化抑制劑用以抑制硝化作用對(duì)本實(shí)驗(yàn)

16、的影響。表1人工模擬廢水組成Table1 Components of the synthetic wastewater藥品名稱乙酸鈉（以C計(jì)）/mmolL1磷酸二氫鉀（以P計(jì)）/mgL1氯化銨/mgL1硫酸鎂/mgL1氯化鈣/mgL1微量元素/mL含量1512401050.61.3 分析方法溶解氧（DO）：便攜式溶解氧儀法27；pH：玻璃電極法27；總磷（TP）：鉬銻抗分光光度法27；混合液懸浮固體與混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）：重量法27；COD：重鉻酸鉀法27；糖原質(zhì)：苯酚-硫酸法2024；PHA：氣相色譜法2024，色譜儀型號(hào)為安捷倫6890N色譜分析儀。2 結(jié)果與討論2.1 SB

17、R實(shí)驗(yàn)影響因素的控制污水的組成成分（如：COD、VFA含量、離子濃度、磷負(fù)荷、pH和污泥負(fù)荷等）以及不同運(yùn)行參數(shù)（如：溫度、DO和pH等）對(duì)EBPR能否成功運(yùn)行有重要的影響5。SBR1和SBR2進(jìn)水相同見表1，即2組SBR污水初始組成成分相同。在運(yùn)行參數(shù)中，文獻(xiàn)表明較高的pH有利于A/O工藝中厭氧釋磷，不同的溫度條件也會(huì)對(duì)PAOs的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)生一定的影響等2,3,5；并且在單級(jí)好氧除磷工藝中，丁艷25的研究也表明較高的pH具有更好的除磷效果。然而，SBR1和SBR2 在運(yùn)行過(guò)程中的溫度和pH并沒(méi)有維持在某個(gè)特定的理想值，這恰與實(shí)際污水處理過(guò)程相符。EBPR系統(tǒng)中硝化和反硝化作用是pH中的變化主

18、要原因28。圖1反映出SBR1和SBR2在第40d和第70d分別測(cè)得的周期內(nèi)運(yùn)行的DO和pH變化，且兩次測(cè)得的相同參數(shù)的變化基本吻合。這表明2組SBR的DO和pH在實(shí)驗(yàn)期間都分別維持在相同的條件運(yùn)行?？梢钥闯鯯BR1和SBR2在初始時(shí)刻pH=7.40.08，但SBR1的pH表現(xiàn)出厭氧階段略有降低，下降幅度為0.25，但隨后的好氧階段迅速?gòu)?.12上升到8.60，這與文獻(xiàn)28變化趨勢(shì)相符。SBR2在好氧階段pH直接從初始值7.37迅速上升至8.54，最后的靜置階段SBR1和SBR2分別下降到7.89和7.87。SBR1和SBR2與文獻(xiàn)28在好氧階段的初始階段都有一個(gè)明顯的DO為0（0.5 mgL

19、-1）的過(guò)程。SBR1和SBR2相應(yīng)的pH和DO的變化差異可以反映出A/O和單級(jí)好氧生物除磷工藝對(duì)相同初始條件的不同響應(yīng)。圖1 SBR1和SBR2在第40d和第70d的周期(zhuq)內(nèi)pH和DO變化Fig.1 Profiles of pH and DO in two SBRs during one cycle of Day 40 and Day 70 experiments2.2 SBR1和SBR2運(yùn)行(ynxng)效果(xiogu)比較為對(duì)比分析2種不同工藝的穩(wěn)定性和優(yōu)異性，本研究中的SBR實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了3個(gè)月研究。圖2是SBR反應(yīng)器在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中TP的變化，可以明顯看出SBR1和SBR2經(jīng)

20、過(guò)35d的馴化期后，除磷效果基本穩(wěn)定。傳統(tǒng)除磷理論認(rèn)為PAOs的生長(zhǎng)被認(rèn)為相對(duì)比較緩慢，以及實(shí)現(xiàn)厭氧吸收底物和分解聚磷酸鹽所必須的酶需要環(huán)境誘導(dǎo)1,2。單級(jí)好氧除磷工藝可能也存在相類似的情況。這意味著SBR1和SBR2需要2倍MSRT的馴化時(shí)間進(jìn)入穩(wěn)定階段。在馴化過(guò)程中，SBR1和SBR2去除率從最初的分別為46.2%和38.9%，至第25d的P去除率上升至接近穩(wěn)定階段，分別為81.1%和68.1%。然而，在第26d35d都出現(xiàn)了一個(gè)很明顯的異常波動(dòng)，并伴隨的是污泥沉降性能變差，去除率甚至低于起初的去除率（分別為41.3%和34.9%）。由于兩組SBR都出現(xiàn)了相同程度的惡化，所以這個(gè)異常的波動(dòng)

21、可能是由于環(huán)境溫度的變化所致，但具體的確切原因有待考證。經(jīng)過(guò)此波動(dòng)后兩組SBR的除磷性能基本穩(wěn)定。表2展示出SBR穩(wěn)定運(yùn)行階段的平均除磷率和平均出水磷濃度分別為91.72%和1.06 mgL-1 (SBR1）與71.70%和3.62 mgL-1(SBR2)。這表明在相同條件下，以乙酸鈉作為碳源，傳統(tǒng)A/O的除磷能力優(yōu)于單級(jí)好氧除磷，但SBR2穩(wěn)定期常規(guī)運(yùn)行期間平均除磷8.38 mgL-1。目前國(guó)內(nèi)外城市生活污水中進(jìn)水磷濃度大多在10 mgL-1左右甚至只有5 mgL-1 8，因而單級(jí)好氧除磷工藝仍具有應(yīng)用于實(shí)際污水除磷的價(jià)值。表2 SBR1和SBR2穩(wěn)定運(yùn)行階段運(yùn)行效果Table2 Summa

22、ry of performance parameters in two SBRs during steady-state operation反應(yīng)器最高去除率/%最低去除率/%最高出水濃度/mgL-1最低出水濃度/mgL-1平均去除率/%平均出水濃度/mgL-1SBR194.890.01.280.6791.721.06SBR274.668.14.083.271.703.62圖2 SBR1和SBR2 90d運(yùn)行(ynxng)過(guò)程(guchng)中TP去除(q ch)Fig.2 Removal of TP in SBR1 and SBR2 during 90 days operation2.3 經(jīng)濟(jì)

23、技術(shù)分析對(duì)于不同工藝的評(píng)價(jià)，除了工藝之間的運(yùn)行效果比較(如本實(shí)驗(yàn)的除磷效果)，建設(shè)和運(yùn)行成本也是一個(gè)重要的評(píng)價(jià)內(nèi)容。表3將傳統(tǒng)A/O工藝與新型單級(jí)好氧除磷工藝進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的對(duì)比分析。在除磷效果方面，2組SBR的長(zhǎng)期運(yùn)行效果對(duì)比可知A/O除磷具有較高的除磷能力；在穩(wěn)定性方面，兩種工藝在本實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有體現(xiàn)出明顯的差異；在建設(shè)成本方面，兩組SBR具有相同的SRT即具有相同的反應(yīng)器容積，因而建設(shè)成本相同，但實(shí)際A/O工藝為了增加污水日處理量而增加了處理周期使得靜置時(shí)間低于2 h，同時(shí)所需要的反應(yīng)器容積減小使得建設(shè)成本降低。但在管理維護(hù)，單級(jí)好氧生物除磷工藝占據(jù)一定的優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)A/O工藝相比，單級(jí)好

24、氧除磷工藝明顯“缺失”了一步厭氧階段，這就降低了單級(jí)好氧除磷運(yùn)行管理維護(hù)而具有相對(duì)較低的運(yùn)行成本。EBPR系統(tǒng)受到暴雨、過(guò)量硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬蹼A段或營(yíng)養(yǎng)物的缺乏等等的外界干擾條件影響而易出現(xiàn)除磷效果的波動(dòng)2。有文獻(xiàn)表明：厭氧階段回流25 mg硝態(tài)氮至有效體積為3.6 L的反應(yīng)器中，磷的釋放量減少30%18，而磷在厭氧階段的釋放量直接關(guān)系到好氧階段磷的吸收量5，因而控制好氧階段的硝化作用對(duì)厭氧階段的影響對(duì)A/O工藝除磷成功運(yùn)行十分關(guān)鍵。本實(shí)驗(yàn)為降低好氧階段硝化作用對(duì)A/O工藝影響又考慮到需要保持相同的進(jìn)水條件，進(jìn)水相同地都添加了硝化抑制劑。實(shí)際污水處理廠為達(dá)到相同的目的采用的是對(duì)A/O工藝進(jìn)行改良組

25、合，如UCT工藝、DEPHANOX工藝以及五階段Bardenpho工藝等等，但增加的是回流途徑和處理過(guò)程，這無(wú)疑大大增加了管理維護(hù)成本。此外，葡萄糖被認(rèn)為不利于A/O除磷工藝的碳源3。但王冬波21在未添加抑制劑并以葡萄糖作為碳源的條件下，單級(jí)好氧除磷工藝的除磷率仍達(dá)到90%以上。因而單級(jí)好氧除磷工藝的管理維護(hù)成本較低并具有更好的潛在除磷效果穩(wěn)定性。表3 A/O工藝(gngy)與單級(jí)好氧除磷工藝(gngy)經(jīng)濟(jì)技術(shù)(jsh)分析Table3 Economical and technical analyses between A/O and single-stage oxic process項(xiàng)目A

26、/O工藝 (SBR1)單級(jí)好氧除磷工藝（SBR2）除磷效率/%91.7271.70穩(wěn)定性容易受到外界條件如硝酸鹽和葡萄糖的干擾硝酸鹽和葡萄糖對(duì)其無(wú)明顯干擾HRT/h1414管理維護(hù)較為復(fù)雜（需要維持厭氧階段的厭氧條件）較為簡(jiǎn)單（無(wú)厭氧階段）圖3 第5580天期間內(nèi)MLSS與MLVSS/MLSS變化Fig.3 Changes of MLSS and MLVSS in SBR1 and SBR2 between day 55 and day 80 experiment2.4 討論圖3是兩組SBR在第55 d 80d內(nèi)MLSS和MLVSS/MLSS變化圖?？梢钥闯鯩LSS表現(xiàn)出的差異較小，其平均值為

27、3309 mgL-1(SBR1)與3243mgL-1（SBR2）。另一方面，在第59d測(cè)得兩組SBR周期除磷量分別為11.5 mgL-1和8.8 mgL-1而MLSS分別為3574 mgL-1和3024 mgL-1，這表明單位MLSS去除磷能力SBR1（以P計(jì)，3.23 mg/g）稍高于SBR2 (以P計(jì)，2.91 mg/g)，另一方面，圖3展示出兩組SBR的MLVSS/MLSS中SBR1低于SBR2，這也意味著SBR1的單位重量的污泥內(nèi)聚磷水平高于SBR2 29。長(zhǎng)期運(yùn)行效果顯示出SBR1的除磷效果明顯好于SBR2，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的內(nèi)在原因是什么？傳統(tǒng)EBPR即A/O工藝通過(guò)PAOs在厭氧條件

28、下消耗聚磷酸鹽而提供能量（即厭氧釋磷），吸收外界碳源并以糖原質(zhì)提供還原當(dāng)量合成PHA，好氧階段PAOs以PHA做為能源物質(zhì)，大量吸收環(huán)境中的磷酸鹽合成聚磷酸鹽（即“超量吸磷”），同時(shí)合成糖原質(zhì)，最后通過(guò)排除部分富含聚磷酸鹽污泥的方式實(shí)現(xiàn)最終除磷13。但也有文獻(xiàn)表明，三羧酸循環(huán)（TCA）也為PHA合成提供一部分還原當(dāng)量16。然而，前期研究表明單級(jí)好氧生物除磷工藝以乙酸鈉作為外界碳源時(shí)，PAOs在外碳源消耗階段期間主要通過(guò)TCA循環(huán)作為能量和還原當(dāng)量來(lái)源，迅速合成主要的儲(chǔ)能物質(zhì)PHA，同時(shí)糖原質(zhì)和聚磷酸鹽也有少量合成；在外碳源消耗完后以分解PHA作為能量來(lái)源，聚磷酸鹽大量合成（即“超量吸磷”），同

29、時(shí)也合成糖原質(zhì)，最終也通過(guò)排泥實(shí)現(xiàn)除磷23, 24。圖4和5正體現(xiàn)了這2種生物除磷工藝不同的新陳代謝方式。厭氧期，以A/O工藝運(yùn)行的SBR1如圖4，TP從初始時(shí)刻含量為16.02 mgL-1迅速上升，直到第90min釋磷量達(dá)到整個(gè)厭氧期總釋磷量的96.2%，緊接著的第90min120mim釋磷速度明顯降低即二次釋磷（Chen6的研究中厭氧期釋磷也存在二次釋磷），期間總釋磷量為33.30 mgL-1使得水相中TP達(dá)到最高值49.32 mgL-1；與此同時(shí)伴隨的是PHA的合成（以C計(jì)合成量為8.7 mmolL-1）、糖原質(zhì)的消耗(以C計(jì)消耗量為3.52 mmolL-1)以及大部分COD的去除（去除

30、量占總?cè)コ康?1%）。好氧期，SBR1的主要變化有水相中TP的快速降低（下降幅度為48.87 mg/L）、PHA的消耗9.35 mmolL-1、糖原質(zhì)的合成6.15 mmolL-1以及部分COD的去除（去除量占總?cè)コ康?9%）。圖4 第59d SBR1典型(dinxng)周期內(nèi)TP、COD、糖原質(zhì)與PHA的變化Fig.4 Variations of TP, COD and sludge glycogen as well as sludge PHAs during one cycle in SBR1 of Day 59 experiment圖5 第59d SBR2典型(dinxng)周期內(nèi)T

31、P、COD、糖原質(zhì)與PHA的變化Fig.5 Variations of TP, COD and sludge glycogen as well as sludge PHAs during one cycle in SBR2 of Day 59 experiment如圖5所示，在SBR2運(yùn)行(ynxng)的無(wú)厭氧期的單級(jí)好氧除磷工藝中，TP從初始時(shí)刻的26.8 mgL-1降到出水的4.5 mgL-1（下降幅度為22.3 mgL-1），而此過(guò)程伴隨的是PHA的先合成5.2 mmolL-1后減少7.6 mmolL-1，以及COD在60min后即實(shí)現(xiàn)去除相當(dāng)進(jìn)水的93%和糖原質(zhì)少量合成1.7 mmol

32、L-1。對(duì)比2種工藝的好氧過(guò)程可以明顯發(fā)現(xiàn)SBR2的糖原質(zhì)合成量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于SBR1，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是什么？對(duì)于A/O工藝厭氧階段PAOs能否快速攝取環(huán)境中的有機(jī)底物是EBPR成功的關(guān)鍵，而底物的吸收取決于PAOs體內(nèi)的聚磷酸鹽與糖原質(zhì)的含量，前者提供能量來(lái)源而后者主要提供合成PHA的還原當(dāng)量以及少部分的能量3,10，也有文獻(xiàn)表明，外碳源通過(guò)三羧酸循環(huán)也為PHA的合成提供一部分還原當(dāng)量但其貢獻(xiàn)量只有約為30% 15；對(duì)于SBR2糖原質(zhì)在整個(gè)好氧階段并沒(méi)出現(xiàn)有減少，這表明在單級(jí)好氧除磷工藝中通過(guò)三羧酸循環(huán)已經(jīng)替代糖原質(zhì)為PHA的合成提供還原當(dāng)量。所以，原因可能是糖原質(zhì)在不同工藝所發(fā)揮的作用不同，

33、在A/O工藝好氧階段需要合成較多的糖原質(zhì)，以彌補(bǔ)厭氧階段的消耗量實(shí)現(xiàn)糖原質(zhì)的代謝循環(huán)以及維持厭氧階段氧化還原的平衡。靜置期，SBR2的靜置時(shí)間(shjin)是SBR1的2倍，這是由于(yuy)單級(jí)好氧生物除磷在較長(zhǎng)時(shí)間(shjin)的外基質(zhì)缺乏靜置期中，PAOs由于具有維持自身生命能量來(lái)源的聚磷酸鹽，從而在EBPR系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，并在下一周期的好氧期中誘導(dǎo)PAOs過(guò)量攝取環(huán)境中的磷酸鹽以補(bǔ)充靜置期消耗的聚磷酸鹽，從而平衡磷的代謝循環(huán)24。通過(guò)對(duì)比兩組SBR的靜置期可以觀察到另一個(gè)明顯的差異即SBR2的釋磷量和釋磷率分別為(13.28 mgL-1和3.32 mgh-1)明顯相應(yīng)高于SBR1（

34、2.6 mgL-1和1.3 mgh-1）。這表面上是由于SBR2靜置時(shí)間長(zhǎng)以及較高的釋磷率引起。然而，在圖4和圖5中可以看出更深層次的原因，進(jìn)入靜置期的初始時(shí)刻SBR1的糖原質(zhì)處于較高的含量，而有研究表明30，在聚磷酸鹽和糖原質(zhì)同時(shí)存在時(shí)，微生物將優(yōu)先消耗糖原質(zhì)。因此在長(zhǎng)時(shí)間的靜置以及較低水平的糖原質(zhì)貯備的條件下，SBR2釋磷量和釋磷速度都遠(yuǎn)高于SBR1。這也是導(dǎo)致SBR2初始時(shí)刻TP含量遠(yuǎn)高于SBR1的初始時(shí)刻以及進(jìn)水TP的原因。在聚磷菌的新陳代謝過(guò)程中，貯存的聚磷酸鹽、糖原質(zhì)和PHA都起著非常重要的作用8。傳統(tǒng)除磷理論認(rèn)為PAOs的新陳代謝過(guò)程的明顯特征是糖原質(zhì)和聚磷酸鹽的消耗和存貯的循環(huán)

35、過(guò)程8。本實(shí)驗(yàn)雖未直接測(cè)定細(xì)胞內(nèi)的聚磷酸鹽，但通過(guò)水相中TP的變化可在一定程度上予以反映出。因而，SBR1和SBR2在代謝過(guò)程中明顯的表現(xiàn)出這3種重要化合物消耗和存貯的循環(huán)過(guò)程的差異，這可能是導(dǎo)致2組SBR表現(xiàn)出不同除磷能力的重要原因。SBR1和SBR2的實(shí)驗(yàn)研究表明以乙酸鈉為作為碳源，A/O工藝除磷性能優(yōu)于單級(jí)好氧除磷工藝；但單級(jí)好氧除磷工藝無(wú)厭氧階段且前期研究表明在未添加抑制劑并以葡萄糖作為碳源的條件下，單級(jí)好氧除磷工藝的除磷率仍達(dá)到90%以上。這表明單級(jí)好氧除磷工藝的具有相對(duì)簡(jiǎn)單的除磷過(guò)程以及在某些方面具有更好的潛在除磷穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)。為進(jìn)一步研究單級(jí)好氧除磷工藝的潛在優(yōu)勢(shì)，下一階段的研究

36、將運(yùn)用于處理實(shí)際生活廢水，并對(duì)新型EBPR系統(tǒng)從微生物學(xué)和分子生物學(xué)角度深入研究其除磷機(jī)理。4 結(jié)論兩組SBR分別以A/O工藝與單級(jí)好氧生物除磷工藝運(yùn)行。運(yùn)行結(jié)果顯示A/O工藝（SBR1）具有較高的除磷效果（穩(wěn)定運(yùn)行階段除磷率分別為91.72%與71.70%）。SBR2也達(dá)到了良好的除磷效果（穩(wěn)定運(yùn)行期平均除磷量達(dá)8.60 mgL-1），這表明單級(jí)好氧生物除磷工藝具有應(yīng)用于實(shí)際污水除磷工藝或作為A/O工藝一種輔助除磷工藝的價(jià)值。兩種工藝表現(xiàn)出代謝過(guò)程儲(chǔ)能物質(zhì)消耗和存貯的循環(huán)過(guò)程的差異可能是除磷效果差異的重要原因。參考文獻(xiàn)1 Yang S, Yang F L , Fu Z M, et al. S

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