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厌氧—好氧交替工艺生物除磷及活性污泥特殊染色



近年来,水体磷污染状况日益严重,由此导致了水体富营养化。除磷是水污染治理的重要课题,是克服富营养化的关键。生物除磷比化学除磷运行费用低,不造成二次污染,除磷效率高。本文以SBR艺为手段研究了周期循环变化的厌氧—好氧交替工艺(Alternation of Aerobic/Anaerobic Process,简称AAA工艺)的生物除磷技术,使其在低能耗、低成本的条件下,既能稳定高效除磷,又能去除有机物。对采用活性污泥直接染色,通过显微镜镜检活性污泥细胞内PHB、Poly-p的状况,来监测生物除磷效果的方法进行了研究。
1 厌氧—好气交替工艺生物除磷试验
实验装置(见图1)
实验方法
AAA法的运行可分为进水、厌氧搅拌、好氧曝气、沉淀、排水和闲置六个阶段,通过控制反应时间等条件来强化聚磷菌过量摄取过程的完成。
实验内容
本组实验模拟AAA工艺生物除磷技术,采用葡萄糖基质作为唯一碳源,在不同碳磷比下的实验结果,见表1。

表1 不同碳磷比生物除磷数据
mg·L-1
序号
指标
配水
厌氧

厌氧

厌氧

厌氧

好氧

好氧

好氧

好氧

出水
1
COD










PO43--P










2
COD










PO43--P










3
COD










PO43--P










4
COD










PO43--P










取表1中第1、3组数据的厌氧段作图为图2。
试验结果表明,,磷的释放基本达到最大,此时COD降解也基本完成。好氧阶段在3-4h内就可以达到最大的磷吸收量,以后再增加好氧时间,出水磷浓度不再降低,这说明此时无论是污泥的内源基质还是外源基质均已消耗殆尽。由此综合考虑除磷效果和经济指标,,好氧时间为4h。
2 活性污泥直接特殊染色监测研究
在活性污泥法中,聚磷菌是生物除磷的主要完成者,许多研究者都发现聚磷菌体内能聚集聚磷(Poly-phosphate)即Poly-p和聚β羟基丁酸(poly-β-hydroxybutyrate)即PHB(细菌细胞内储存能量的脂质内含物)。通常,在厌氧条件下,污泥菌胶团的聚磷逐渐消失,PHB逐渐增多。在好氧条件下,PHB迅速减少,聚磷迅速增加。厌氧条件下合成的PHB越多,则好氧条件下聚磷合成量越大,除磷效果越佳[1]。在厌氧条件下,活性污泥聚磷菌细胞体内有大量PHB迅速合成。进入好氧区内,聚磷菌消耗大量内含物PHB颗粒和外源机质,产生细菌质子移动力,简称pmf。pmf在释磷和吸磷时,即磷在细胞内外的转移过程中起决定性作用。为了维持pmf的恒定,聚磷菌通过消耗pmf把胞外的磷以中性或电阳性的形式主动运输到细胞内合成三磷酸腺甙(ATP),合成聚磷酸盐。在好氧状态下,细胞储存的PHB降解代谢,为生物合成提供碳,并通过TCA循环(三羧酸循环)产生ATP,为合成细胞物质及细胞活动和聚磷酸盐的大量合成提供能量。因而在好氧条件下,活性污泥聚磷菌细胞吸收磷,使废水中磷高效去除。
活性污泥聚磷菌细胞中的PHB和Poly-p颗粒在生物除磷中发挥了重要的作用,在生物除磷工艺中,对活性污泥样品中的PHB和Poly-y颗粒进行染色,发现在厌氧区(氧化还原电位在-140mV以下)污泥细胞内PHB颗粒迅速、大量增加,聚磷酸盐颗粒迅速减少;在好氧区(氧化还原