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在聚磷菌富集的增强生物除磷系统中,研究了不同丙酸/乙酸比例和pH值对生物代谢的影响,从而确定有利于聚磷菌生长和代谢的环境,以提高聚磷菌在生物除磷系统中的竞争优势,保持系统运行的稳定性和高效性。
在5个SBR反应器中,分别用丙酸/乙酸mol—C比例为0.1、0.5、1、2、10的合成废水长期驯化聚磷菌富集的污泥。在短期内,乙酸含量高的废水驯化污泥比丙酸含量高的废水驯化污泥除磷效果好;但长期驯化结果却表明,丙酸含量高的废水驯化污泥的除磷效果好。
对驯化稳定的污泥进行批式实验发现,当进水丙酸/乙酸mol—C比例增加到10,低丙酸/乙酸比例废水驯化的污泥除磷效果变差,而高丙酸/乙酸比例废水驯化污泥的除磷效果不受影响。进一步分析表明,污泥的除磷效率主要是由聚羟基烷酸(PHA)代谢类型决定。
不同丙酸/乙酸比例废水长期驯化污泥,随着丙酸/乙酸比例增加,可溶性磷酸盐(SOP)去除率提高,在丙酸/乙酸比例为2:l时,SOP去除率为85﹪。对生物种群结构初步研究表明,丙酸/乙酸比例对微生物种群结构影响较小。对污泥代谢计量学研究显示,聚羟基烷酸类型对污泥的除磷效率起决定作用。丙酸或乙酸含量决定聚羟基烷酸的类型,转移lmol—C乙酸生成0.65mol—C聚羟基丁酸(PHB)和0.33mol-C聚羟基戊酸及二甲基三羟基戊酸(PHV+PH2MV),转移lmot—C丙酸生成极少量PHB和1.2lmol—C(PHV+PH2MV);而(PHV+PH2MV)的代谢与SOP去除率线性相关。
丙酸和乙酸的降解动力学研究表明,聚磷菌利用丙酸的速率比乙酸快,推测增加丙酸/乙酸比例有助于生物除磷系统稳定性。
通过对微生物的生长特性研究发现,随着废水中丙酸/乙酸比例增加,降解PHA用于微生物细胞合成的产率系数减小,这可从脱氢酶活性的分析得到进一步验证。从聚磷菌生长的角度考虑,降低丙酸/乙酸比例有利于聚磷菌竞争。
在5个SBR反应器中,厌氧起始pH值分别控制为6.4、6.8、7.2、7.6、8.0,由丙酸/乙酸mol—C比例为10的合成废水长期驯化聚磷菌富集的污泥。通过批式实验研究发现,在pH值厌氧起始控制和全程控制策略下,最佳除磷效果分别发生在pH6.4~6.8和pH6.8~7.2,SOP去除率分别达到88﹪和100﹪。根据短期改变洲值对SOP、糖原和PHA代谢的影响,提出聚磷菌受pH值影响的厌氧代谢机理模型。
不同洲值长期驯化污泥,随着pH值升高,SOP去除率提高。对除磷过程代谢计量学研究显示,随着pH值升高,SOP代谢增加,糖原和PHA代谢减少,糖原/PHA降低,表明增加pH值有助于抑制聚糖菌在除磷系统中生长。利用PCR—DGGE技术对生物种群结构进行鉴定,在不同pH值条件下,微生物种群结构及优势菌种数量影响显著,这可能是导致污泥除磷效果不同的一个主要原因。
通过对微生物的生长特性研究发现,随着洲值升高,降解PHA用于微生物细胞合成的产率系数增加,这可从脱氢酶活性的分析得到进一步验证。从聚磷菌生长的角度考虑,升高洲值有利于提高其竞争优势。
腺苷酸激酶和聚磷酸盐激酶活性随着pH值升高而增加,从另一个角度证明了增加pH值有助于聚磷的降解和合成。
以上研究表明,在不同丙酸/乙酸比例和pH值长期驯化污泥的生物除磷系统,丙酸/乙酸mol—C比例在O.1~10之间时,较合适的丙酸/乙酸比例应控制在2:1,SOP去除率达到85﹪;pH值在6.4-8.0之间时,最佳厌氧起始洲值应控制在8.O,SOP去除率可达100﹪。