硝酸盐和亚硝酸盐作电子受体时反硝化聚磷菌的代谢行为

硝酸盐和亚硝酸盐作电子受体时反硝化聚磷菌的代谢行为摘要：为了更好地了解反硝化聚磷菌的代谢行为,笔者详细的实验了不同种类的电子受体对缺氧时磷的吸收的作用。在培养有活性污泥的序批式反应池中分批测试了在不同的电子受体（包括：硝酸盐，亚硝酸盐和它们的混合物）条件下的反应。实验的结果证实了，在硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体的情况下并不抑制缺氧时磷的吸收。不管电子受体是硝酸盐还是亚硝酸盐，只要有电子受体存在，缺氧条件下磷的吸收就会发生。然而，对于每脱一分子氮，亚硝酸盐比硝酸盐条件下吸收的磷少一些。另一方面，硝酸盐做电子受体时，随着其初始负荷的增加，每脱一分子氮吸收的磷的量也增加。虽然，亚硝酸盐做电子受体时，会稍微降低。而且，硝酸盐做电子受体时，随着MLSS浓度的增加，每脱一分子氮吸收的磷的量降低。而亚硝酸盐做电子受体时，吸磷的量会稍微增加。这些结果可以证实，缺氧条件下的吸磷效果与电子受体的种类、初始负荷和MLSS的浓度有密切联系。关键词关键词：缺氧磷的吸收，反硝化聚磷菌，电子受体，生物脱氮，增强生物除磷在过去的几十年里，生物脱氮（BNR）和除COD的技术被联合起来处理废水中的有机物的流程由于其经济优势已经在世界范围内广泛使用。在BNR流程中，增强的生物除磷（EBPR）流程已经被认为是解决富营养化问题的最好办法,，因为磷是藻类生长的限制营养。然而，与EBPR联合起来的BNR流程（包括将氨氮氧化为硝酸氮和将硝酸氮还原为氮气的过程）有这样一个缺点：COD是磷的去除和低的C/N比条件下反硝化的一个限制因素。因此，在BNR的流程中，必须在同时去除N和P时更高效的利用COD。最近，有提议说由于COD限制所导致的问题可以通过引入反硝化聚磷菌（DNPAOs）来进行缺氧吸磷得到解决（1）。既然DNPAOs可以利用硝酸盐而不是氧作为电子受体，而硝酸盐不需要外加碳源进行反硝化，那么磷就可以在缺氧条件下同时得到去除。而且，DNPAOs这种微生物还有另外一个优点，用硝酸盐而不是氧作为电子受体使得污泥的产量降低也会提高COD的去除效率（2-6）。因此，利用DNPAOs同时去除氮和磷已经广泛应用于实验室的序批式反应池（SBR）和半工业式的BNR流程中（7-9）。然而，现在很少有研究是针对利用硝酸盐作为电子受体，因为它在缺氧除磷时是硝化反应和反硝化反应的中间产物。硝酸盐的积累在BNR流程中通常被认作会引起很严重的问题（10），并且，硝酸盐在缺氧吸磷时作为电子受体的抑制作用也曾经被报道过（2,4）。然而，Meinhold等人证实低浓度的硝酸盐（4-5mg-N/L）不会对缺氧吸磷产生危害而且可以作为电子受体为缺氧吸磷服务。因此，DNPAOs在不同电子受体情况下的缺氧吸磷的详细代谢行为还需要进一步被证实。我们的这项研究通过评估不同电子受体下的缺氧吸磷活动来更好的了解这种行为。这些电子受体包括硝酸盐，亚硝酸盐和二者的混合物。材料和方法材料和方法操作步骤操作步骤为了获得具有缺氧吸磷能力的活性污泥，让一个1L的序批式反应池在室温条件下交替厌氧好氧反应了两个月。东京的一个市政污水净化厂的好氧活性污泥被接种在这个序批式反应池中。接种的活性污泥具有在硝酸盐作为电子受体时缺氧吸磷的能力。这显示DNPAOs在EBPR流程的微生物群中是能够起相当大的作用的。SBR的一个循环包括八个小时，由20分钟的进水期，90分钟的厌氧期，285分钟的好氧期，60分钟的沉淀期，25分钟的排水期组成。每一个循环结束后，0.5L的废水与等量的进水交换，因此来保持16个小时的水力停留时间。在好氧阶段结束时，16-17ml的剩余污泥被排出以维持20天的污泥负荷。整个过程的pH被控制在6.9-7.1之间。反应中用到的人造废水每升包含基础培养基（1.28gCH3COONa·3H2O,132mgKH2PO4,354mg(NH4)2SO4,28mgCaCl2·2H2O和180mgMgS04·7H20）和0.6ml的培养液（12）。实验过程中观察典型的EBPR变化。在缺氧条件下，底物中的碳被完全吸收，磷也得到释放。废水被不包含硝酸盐的进水替代后还存在大概20mgN/l的硝酸盐（好氧阶段产生）需要反硝化。这些状态模拟BNR流程中脱氮除磷的缺氧状态，并且有利于微生物细胞的生长和SBR中DNPAOs的生存。在后面的好氧阶段，完成磷的吸收和氨的氧化。分批实验的设计分批实验的设计取来自好氧阶段结束后的SBR池的活性污泥，立刻在2000转的频率下离心5分钟，再用pH=7.0的不包含基本培养液的培养液洗三次。为了研究不同电子受体条件下缺氧吸磷的效果，活性污泥试样在缺氧条件下用人造废水培养90分钟。然后，置于缺氧条件下270分钟，分别与硝酸盐，亚硝酸盐和其混合物反应。为了进一步研究缺氧吸磷的活动，缺氧条件下培养90分钟的活性污泥的试样被置于不同