不同电子受体及pH值对聚磷菌代谢的影响

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强化生物除磷(Enhanced Biological Phosphorus Removal,EBPR)工艺的原理是通过控制反应器中的反应条件,使聚磷菌在厌氧段放磷,好氧段过量吸磷,通过排泥达到除磷的目的。因此,使聚磷菌占优势成为生物除磷效果维持的必要条件。影响聚磷菌代谢的影响因素很多,包括碳源、碳磷比、pH值、温度、以及电子受体等等。关于电子受体(氧、硝酸盐、亚硝酸盐)对聚磷菌吸磷的影响已经进行了很多研究。众所周知,氧作为电子受体,可以实现污水中磷的去除;近年来反硝化除磷的发现使得同时脱氮除磷成为可能,并且由于反硝化除磷能够节约碳源和能源,减少污泥产量,所以硝酸盐作为电子受体对聚磷菌的研究也成为热门;而亚硝酸盐能否作为电子进行反硝化吸磷还处于有争议的阶段。电子受体对聚磷菌放磷的影响很少有人研究。近年来有研究表明,进水后直接曝气,在前期发生释磷,后期开始过量吸磷,同样可以实现高效除磷。无厌氧段除磷节省了厌氧搅拌,缩短了水力停留时间。大多数实际污水厂的运行结果都表明,在厌氧阶段或者厌氧区域,硝酸盐的存在会严重影响放磷。以上各个研究都是基于多种细菌共存的活性污泥系统中,运行参数和条件的不同也导致了不同的试验结果。基于此,本课题以合成废水为进水,在厌氧/好氧交替条件下富集聚磷菌Candidatus Accumulibacter phosphatis(PAO),使聚磷菌浓度达到了85%。母反应器的有效容积为8L,进水体积都为2L,一个周期为6小时。污泥平均停留时间SRT约8天。进水中COD为800 mg/L(碳源为乙酸和丙酸的交替供给),磷酸盐为40 mg/L(以P计)。在此基础上,研究了氧气、硝酸盐、亚硝酸盐作为电子受体对聚磷菌代谢的影响,并研究了pH值对聚磷菌的长短期影响,旨在更好的研究聚磷菌本身的代谢过程。试验结果表明:无厌氧段短期试验中,聚磷菌吸收乙酸的速率与正常周期内厌氧条件下的乙酸吸收速率几乎相同,与乙酸投加时间和胞内聚合物的量无关。当乙酸利用完后,聚磷菌能够从溶液中过量吸收正磷酸盐在体内聚集,从而达到磷的去除。采用人工配水,好氧段DO浓度在0.5-1.0、2.0-2.5、4.5-5.0mg/L,前1小时吸磷速率分别为35.3mg/(L·h)、55.7mg/(L·h)、60.5mg/(L·h),但除磷效果没有恶化,出水磷浓度都在0.5mg/L以下。长期低DO浓度(0.5-1.0mg/L)和高DO浓度(4.5-5.0mg/L)不会影响除磷效果。与实际的污水处理厂的情况不同,硝酸盐氮对聚磷菌的放磷并没有明显的抑制。然而乙酸吸收速率随着投加硝态氮量的增加而下降了。硝酸盐和磷酸盐都过量存在时,起始NO3--N浓度分别为20、40、80mg/L,在整个反应过程的2小时内平均反硝化速率分别为20.15、20.46、20.15mgNO3--N/( gMLSS·d),可以表明聚磷菌作为异养菌的一种,其反硝化的能力与硝酸盐氮浓度无关,受外界环境影响较小。厌氧/好氧模式的强化除磷系统中,亚硝酸盐的突然加入并没有抑制聚磷菌的释磷,反而使得磷大量释放。随着亚硝酸盐浓度的提高,释磷量大大增加。低浓度NO2--N可以作为电子受体吸磷,高浓度NO2--N抑制聚磷菌吸磷。解除低浓度亚硝酸盐抑制后,聚磷菌恢复活性继续吸磷;解除高浓度亚硝酸盐抑制后,聚磷菌不能迅速恢复到当初的活性,吸磷速率大大下降。反硝化速率与NO2--N质量浓度无关,NO2--N影响的只是与吸磷有关的酶的活性,对与反硝化相关的酶活性没有影响。在一定pH范围(7.09.0)内,乙酸浓度相同的情况下,乙酸吸收速率与pH无关,均为9.33C-mmol/(L·h)左右;PHV含量极少,而且基本不变,PHA的合成量以及糖原的降解量基本不变,即与pH值无关,说明污泥中几乎不含聚糖菌(GAOs)。长期试验结果发现,聚磷菌的适宜pH范围为7.08.0,且在此范围内pH对聚磷菌代谢以及除磷性能影响不大,并且不会产生聚糖菌。
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