胞外聚合物磷酸盐形态对生物除磷过程的影响研究

环　　境　　科　　学　　学　　报３４卷能与生物絮体中的胞外聚合物（ＥＰＳ）有密切联系．例如，Ｃｌｏｅｔｅ等（２００１）和方振东等（２０１１）检测到ＥＰＳ中含有大量磷，认为ＥＰＳ是污泥絮体重要的磷贮存库；周健等（２００８）研究认为，ＥＰＳ磷含量的变化为厌氧减小、好氧增大，且ＳＲＴ越大，ＥＰＳ磷含量越大，ＥＰＳ除磷量越大；韩玮等（２０１２）则研究认为，厌氧／好氧反应过程中ＥＰＳ含磷量呈波浪形变化，ＥＰＳ在生物除磷过程中主要起缓冲作用，是胞内聚磷合成的中转站；Ｚｈａｎｇ等（２０１１）研究发现，不同ＳＲＴ下ＥＰＳ含量没有明显变化，但ＥＰＳ的磷含量随ＳＲＴ的增大而增大．上述结果说明，ＥＰＳ对生物除磷过程有重要影响，但其在生物除磷中的确切作用还不清楚．有研究人员采用ＳＴＳ法（化学分级）（Ｊｉｎｇｅｔａｌ．，１９９２）和３１Ｐ⁃ＮＭＲ（Ｈｉｌｌｅｔａｌ．，１９８９；张志超等，２００９）检测到细胞膜外或ＥＰＳ中存在聚磷酸盐（Ｐｏｌｙ⁃Ｐ），说明ＥＰＳ参与了生物聚磷过程．Ｈｉｌｌ等（１９８９）检测到以葡萄糖为部分碳源的ＳＢＲ反应器活性污泥好氧吸磷形成的部分Ｐｏｌｙ⁃Ｐ位于细胞膜外．Ｊｉｎｇ等（１９９２）对该反应器进行了后续研究，发现细胞膜外的Ｐｏｌｙ⁃Ｐ与金属阳离子结合／络合．随着对生物絮体结构认识的深入，研究人员意识到上述现象与ＥＰＳ有密切联系．张志超等（２００９）观察到普通活性污泥ＥＰＳ磷的主要形态为正磷酸盐（ＰＯ３－４⁃Ｐ），而生物强化除磷污泥ＥＰＳ磷的主要形态为Ｐｏｌｙ⁃Ｐ．然而，上述研究仅对细胞膜外或ＥＰＳ中磷酸盐的形态进行了分析检测，未深入研究生物除磷过程中ＥＰＳ不同形态磷酸盐（包括正磷酸盐、低分子量聚磷酸盐和高分子量聚磷酸盐）含量的动态变化．为此，本文以两组不同ＳＲＴ的实验室Ａ／Ｏ⁃ＳＢＲ反应器活性污泥为研究对象，采用ＳＴＳ法研究不同ＳＲＴ和溶解氧（ＤＯ）下ＥＰＳ磷酸盐含量的动态变化，深入剖析ＥＰＳ磷酸盐形态对生物除磷过程的影响，以期为进一步明确ＥＰＳ在生物除磷中的作用提供一定的科学依据．２　材料与方法（Ｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓ）２．１　活性污泥的来源以两组实验室Ａ／Ｏ⁃ＳＢＲ反应器的活性污泥为研究对象，将ＳＲＴ分别控制在１０ｄ和３０ｄ；其中，ＳＲＴ为１０ｄ的反应器记为１＃，ＳＲＴ为３０ｄ的反应器记为２＃．反应器采用瞬时进水，运行周期为１２ｈ，其中，厌氧运行４ｈ，好氧运行７ｈ，沉降５０ｍｉｎ，排水和闲置１０ｍｉｎ．反应器进水采用人工配水，其ＣＯＤ∶Ｎ∶Ｐ为５０∶５∶１；采用葡萄糖、淀粉、乙酸钠、丙酸钠和蛋白胨为复合碳源，ＫＨ２ＰＯ４为磷源，蛋白胨和ＮＨ４Ｃｌ为氮源，并投加适量微量元素．两组不同ＳＲＴ的Ａ／Ｏ⁃ＳＢＲ反应器好氧反应结束前的ＤＯ浓度先后控制为０．７～１．０ｍｇ·Ｌ－１和２．５～３．５ｍｇ·Ｌ－１，分别代表ＤＯ受限（简称低ＤＯ）和ＤＯ适中（简称中ＤＯ）条件；低ＤＯ条件厌氧阶段初始时刻混合液的ＯＲＰ为－２００～－２２０ｍＶ，中ＤＯ条件厌氧阶段初始时刻混合液的ＯＲＰ为－４０～－７０ｍＶ，通过ＤＯ条件短暂改变（约为３ｄ）考察ＤＯ对污泥絮体磷形态和分布、ＥＰＳ磷酸盐形态及其动态变化的影响．２．２　分析测量方法取一定体积的活性污泥样品于４５００ｒ·ｍｉｎ－１下离心１５ｍｉｎ，离心上清液经０．２５μｍ滤膜过滤，测量过滤液总磷（ＴＰ）和正磷酸盐（ＰＯ３－４⁃Ｐ）含量．向离心沉淀物补充４℃超纯水使污泥重新悬浮，其体积为４０ｍＬ，污泥浓度约为８０００ｍｇ·Ｌ－１（以ＶＳＳ计）．然后，采用超声波－树脂法提取ＥＰＳ，提取ＥＰＳ后的污泥颗粒视为细菌