活性污泥法中胞內有機聚合物的形成與降解

時間：2006-11-03 來源： 作者：

簡介： 本研究觀察了好氧及營養均衡條件下，不存在積磷菌的活性污泥對兩種化學特性不同的溶解性有機物--苯甲酸鈉和葡萄糖的吸收及轉化情況，得出了曝氣初期溶解性COD的快速降解與污泥細胞內PHB及糖原含量變化之間的關系，進一步揭示了活性污泥對溶解性有機物的吸收與轉化機理。
關鍵字：活性污泥法 有機聚合物 形成與降解

前言

人們早就認識到活性污泥法中曝氣初期存在基質快速降解過程，通常認為這一過程是由于懸浮和膠體有機物質被活性污泥吸附造成的，由此開發出“生物接觸穩定法”和“A-B法”等工藝。而對于溶解性物質在活性污泥法初期快速去除及其轉化研究得較少，Siddiqi指出在快速降解階段，溶解性物質也被污泥吸收同化；Bunch指出在初期30分鐘內溶解性COD的降解速率幾乎維持最大；Libor Novak建立了溶解性有機碳生物吸收數學模型。在70年代興起的生物除磷研究過程中，人們發現厭氧條件下污泥能快速去除溶解性有機物，部分轉化為胞內聚合物，如PHB等。

本研究觀察了好氧及營養均衡條件下，不存在積磷菌的活性污泥對兩種化學特性不同的溶解性有機物--苯甲酸鈉和葡萄糖的吸收及轉化情況，得出了曝氣初期溶解性COD的快速降解與污泥細胞內PHB及糖原含量變化之間的關系，進一步揭示了活性污泥對溶解性有機物的吸收與轉化機理。

研究方法

研究在模型裝置中進行，活性污泥法運行采用SBR方式，程序由LOGO時間控制器實現。模擬廢水有機底物分別為苯甲酸鈉和葡萄糖，COD控制在1000 mg/l左右；并投加一定的無機鹽以維持微生物生長的營養均衡和pH中性條件。廢水中COD:N:P控制在100:5:1，以使所含的磷恰好滿足微生物生長需求，沒有積磷菌積磷現象。

　　反應器中的污泥濃度維持在1800 - 2400 mg/l，污泥先培養馴化三周以上，適應了單一基質環境后，取水樣、泥樣進行分析。

　　胞內聚合物的分析方法為：PHB--氣相色譜法；糖原--蒽酮法；胞外聚集物ECP用熱提取法，然后測定碳水化合物。

結果與討論

1、溶解性COD在曝氣初期的快速降解現象

由圖1可以看出：苯甲酸鈉和葡萄糖廢水的COD在曝氣初期存在一個快速降階段。前10分鐘下降速率極快，速率超過了 50mg/l.min，且速率幾乎不變，呈直線下降，這種現象與Libor Novak描述的數學模型相符。10 - 15分鐘后速率驟然減緩，60分鐘后COD還有略為上升的趨勢。

2、污泥馴化對COD快速降解的影響

由圖2可知：剛從校污水處理站取來的污泥未經曝氣，不適應新的廢水，故對苯甲酸鈉的去除率很低，且將自身吸附的物質釋放出來而導致COD有一個略微升高的過程（系列1）；經4小時曝氣后的污泥，在開始的10分鐘內有一個快速吸收過程，但因其不適應新的廢水，COD的去除率很低（系列2）；經葡萄糖廢水培養馴化的污泥，主要由適應葡萄糖的優勢菌種組成，故對苯甲酸鈉的去除效果很差，不出現COD的快速降解過程（系列3）。

3、胞內聚合物含量隨時間的變化

從圖3可以看出，苯甲酸鈉廢水在曝氣過程中，隨著COD的降低，污泥中胞內聚合物PHB的含量隨之增加，從開始的0.096 mg/mgVSS增加到60分鐘時的0.272 mg/mgVSS ，60分鐘以后PHB的含量開始下降；而細胞表面聚合物中碳水化合物含量基本接近于零，表明廢水中的溶解性有機物并沒有停留在細胞表面，而主要是被細胞吸收到體內形成了胞內聚合物PHB。 在60分鐘內有59%被去除的苯甲酸鈉轉化為PHB。其后繼續曝氣，COD 降到56mg/l以下，細菌進行內源呼吸，該階段PHB作為能源和碳源被消耗，至曝氣4小時PHB的含量已降至0.191 mg/mgVSS 。

葡萄糖廢水有類似的規律，曝氣初期的10分鐘內，總碳水化合物從0.179 mg/mgVSS增長到0.289 mg/mgVSS，其中胞外碳水化合物從0.0024 mg/mgVSS增長到0.0058 mg/mgVSS，占總增長量的3%，胞內碳水化合物從0.176 mg/mgVSS增長到0.283 mg/mgVSS，占總增長量的97%，約有24.5% 被吸收的葡萄糖轉化為胞內碳水化合物--糖原而貯存。

結　論

1、未經培養馴化的污泥對溶解性有機物--苯甲酸鈉和葡萄糖降解作用甚微，在曝氣初期不存在COD的快速降解階段；而經該物質培養后的污泥對該物質有較好的吸收轉化作用，在曝氣初期30分鐘內COD快速降解，去除率可達90%以上。

2、被吸收的苯甲酸鈉幾乎不在細胞表面停留，轉入細胞內主要以PHB的形式貯存，轉化率約為59%；而葡萄糖僅有約0.8%滯留細胞外，轉入細胞內的主要以糖原形式貯存，轉化率約為24.5% 。

3、后續曝氣過程中，胞內聚合物在內源呼吸階段作為碳源和能源而被消耗。