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关键词：
好氧颗粒污泥,Ca2+,Zeta电位,序批式生物反应器,去除率
发表时间：
2012-08-15 16:34:26
C_P对EBPR系统PAOs与GAOs竞争及PHAs代谢过程影响研究
遥远 | -> | 1327| 2| 0.388877MB |生物强化除磷(EBPR),聚磷菌(PAOs),聚糖菌(GAOs),聚羟基烷酸(PHAs),荧光原位杂交技术(FISH)
摘要:以富含聚磷菌( PAOs) 活性污泥为基础，基于FISH 技术研究了SBR 工艺不同C /P(25∶ 1、20∶ 1、15∶ 1和10∶ 1) 对EBPR系统中功能菌变化特征与微生物胞内聚合物( PHAs) 代谢过程的影响. 结果表明，经过10 d 运行处理，C /P 分别为25∶ 1、20∶ 1和15∶ 1系统磷酸盐去除率> 88% ，而C /P 为10∶ 1系统磷酸盐的去除率为0% . FISH 检测结果显示，随着C /P 从25∶ 1下降到10∶ 1，EBPR 系统中PAOs 的含量相应从(76. 42 ± 1. 24)% 减少到(10. 40 ± 0. 97)% ，而聚糖菌(GAOs) 则从(16. 36 ± 3. 41)% 增加到(34. 25 ± 2. 59)% . 在厌氧段，不同C /P 条件下EBPR 系统中PHB 和PHV 的合成动力学系数大小分别为K25∶ 1 > K20∶ 1 >K15∶ 1 > K10∶ 1和K15∶ 1 > K20∶ 1 > K25∶ 1 > K10∶ 1 . 随着C /P 从25∶ 1下降到10∶ 1，合成PHB 在PHAs 中所占的比例从85% 下降到24% ，而PHV 则从15% 上升到76% ;在好氧段，不同C /P 系统消耗PHB 和PHV 的动力学系数大小均为K20∶ 1 > K25∶ 1 > K15∶ 1 > K10∶ 1，且C /P 为25∶ 1、20∶ 1和15∶ 1时系统消耗主要成分是PHB( 占PHAs 71% ～ 75% ) ，而C /P 为10∶ 1时系统消耗主要成分是PHV( 占PHAs 71% ) . 由此表明，随着C /P 的降低，EBPR 系统内GAOs 增加而PAOs 减少，从而导致系统内PHB 合成与消耗比例逐渐减少，而PHV 合成与消耗比例逐渐增加.
强化生物除磷( enhanced biological phosphorus removal，EBPR) 工艺是目前采用最广泛的污水除磷工艺，该工艺采用厌氧/ 好氧( 或缺氧) 交替运行的方式富集具有聚磷菌( phosphorus accumulating organisms，PAOs) 的活性污泥，并利用聚磷微生物具有厌氧释磷和好氧( 或缺氧) 超量吸磷的特征，使磷在好氧( 或缺氧) 段的含量急剧降低，最终通过排除富磷污泥的方式使磷从废水中去除［1］. 然而，在EBPR 系统中存在一定数量的聚糖菌( glycogenaccumulating organisms，GAOs) 与PAOs 竞争碳源，导致系统除磷效果不稳定［2］，甚至崩溃. 近年来，国内外学者对EBPR 系统PAOs 和GAOs 竞争机制及影响因素做了大量的研究，主要的影响因素有进水C /P［3］、碳源类型［4］、pH［5］、温度［6］、溶解氧［7］和亚
硝酸盐［8］等. 其中，进水C /P 对EBPR 系统中PAOs和GAOs 竞争起着非常重要的作用［9，3］，因为进水C /P 是影响PAOs 体内“能量库”的关键性因素［10］，也正是这些“能量库”决定了微生物间的竞争优势.系统微生物“能量库”的变化与聚羟基烷酸( polyhydroxyalkanoates，PHAs) 的合成和消耗密切相关［11］，它影响着系统污泥的释磷量、吸磷量［3］和除磷效率以及系统菌群的群落结构. 在EBPR 系统厌氧段，PAOs 吸收废水中的挥发性脂肪酸，以PHAs的形式存储在细胞内; 细胞内聚磷酸盐分解提供PHAs 合成所需的能量(ATP) ，同时释放磷;胞内糖原通过EMP ( 或ED) 途径降解产生NADH2提供
PHAs 合成所需的还原力. 好氧段，PAOs 氧化分解厌氧合成的PHAs 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［10，12 ～ 14］.PHAs 主要有3 种形式:聚-β-羟基丁酸酯( poly-β-hydroxybutyrate， PHB ) ， 聚-3-羟基戊酸盐( polyhydroxyvalerate，PHV) 和聚3-羟基-2-甲基戊酸盐( poly-2-hydroxyvalerate，PH2MV ) . 有研究发现［10，15］，当乙酸为唯一碳源时，PAOs 在厌氧段合成PHAs 的主要成分是PHB( > 90% ) 以及少量的PHV( < 10% ) ，几乎没有PH2MV 合成;当丙酸为唯一碳源时，PAOs 吸收丙酸主要转化为PHV 和PH2MV.Oehmen 等［15］系统地综述了最近几十年在EBPR 系统中PAOs 和GAOs 竞争、生物化学、微生物学、运行工艺过程和处理模型等领域的重要成果.综述指出PHAs 是PAOs 和GAOs 生化代谢途径中非常重要的能量物质，PHAs 的合成量和消耗量直接影响到微生物的群落结构. C /P 是影响PAOs 和GAOs 竞争的关键性因素，有研究者指出［3，9，12］较高的C /P( > 50 mg /mg，以COD /P 计) 有利于GAOs 的生长，而较低的C /P(10 ～ 20 mg /mg，以COD /P 计)有利于PAOs 的生长. 但郝王娟等［3］却发现在较低的C /P(10 mg /mg，以TOC /TP 计) 条件下，EBPR 系统运行初期的除磷效率较差，但对于其相关的微生物学机制尚不明确.
硝酸盐［8］等. 其中，进水C /P 对EBPR 系统中PAOs和GAOs 竞争起着非常重要的作用［9，3］，因为进水C /P 是影响PAOs 体内“能量库”的关键性因素［10］，也正是这些“能量库”决定了微生物间的竞争优势.系统微生物“能量库”的变化与聚羟基烷酸( polyhydroxyalkanoates，PHAs) 的合成和消耗密切相关［11］，它影响着系统污泥的释磷量、吸磷量［3］和除磷效率以及系统菌群的群落结构. 在EBPR 系统厌氧段，PAOs 吸收废水中的挥发性脂肪酸，以PHAs的形式存储在细胞内; 细胞内聚磷酸盐分解提供PHAs 合成所需的能量(ATP) ，同时释放磷;胞内糖原通过EMP ( 或ED) 途径降解产生NADH2提供
PHAs 合成所需的还原力. 好氧段，PAOs 氧化分解厌氧合成的PHAs 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［10，12 ～ 14］.PHAs 主要有3 种形式:聚-β-羟基丁酸酯( poly-β-hydroxybutyrate， PHB ) ， 聚-3-羟基戊酸盐( polyhydroxyvalerate，PHV) 和聚3-羟基-2-甲基戊酸盐( poly-2-hydroxyvalerate，PH2MV ) . 有研究发现［10，15］，当乙酸为唯一碳源时，PAOs 在厌氧段合成PHAs 的主要成分是PHB( > 90% ) 以及少量的PHV( < 10% ) ，几乎没有PH2MV 合成;当丙酸为唯一碳源时，PAOs 吸收丙酸主要转化为PHV 和PH2MV.Oehmen 等［15］系统地综述了最近几十年在EBPR 系统中PAOs 和GAOs 竞争、生物化学、微生物学、运行工艺过程和处理模型等领域的重要成果.综述指出PHAs 是PAOs 和GAOs 生化代谢途径中非常重要的能量物质，PHAs 的合成量和消耗量直接影响到微生物的群落结构. C /P 是影响PAOs 和GAOs 竞争的关键性因素，有研究者指出［3，9，12］较高的C /P( > 50 mg /mg，以COD /P 计) 有利于GAOs 的生长，而较低的C /P(10 ～ 20 mg /mg，以COD /P 计)有利于PAOs 的生长. 但郝王娟等［3］却发现在较低的C /P(10 mg /mg，以TOC /TP 计) 条件下，EBPR 系统运行初期的除磷效率较差，但对于其相关的微生物学机制尚不明确.
因此，本研究采用小试规模的序批式反应器( SBR) ，考察不同C /P(25∶ 1、20∶ 1、15∶ 1和10∶ 1) 对EBPR 系统中PHAs 合成和消耗代谢过程的影响，并结合荧光原位杂交技术( Fluorescence in situ hybridization，FISH) 研究进水不同C /P 对EBPR 系统中功能菌变化的影响. 旨在进一步明确不同C /P对EBPR 系统除磷效率的影响，探讨C /P 对PAOs和GAOs 的竞争关系和微生物PHAs 能量物质代谢过程的微观机制.
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