污泥减量HA-A/A-MCO工艺除磷与除磷菌类群结构

生物除磷的基础就是聚磷菌具有超量吸磷的能力，这种超量吸磷能力反映在两方面：第一，吸收超过生物基质的磷合成聚磷颗粒，称第一类超量吸磷能力； 第二，好氧吸磷量大于厌氧释磷量，称第二类超量吸磷能力。其中第二类超量吸磷能力直接影响出水水质。大量研究表明厌氧释磷越充分好氧吸磷就越彻底[5]，但在实际城市污水中可供好氧超量吸收的磷只有进水中携带的几mg P/L，因此又有研究[6]认为厌氧释磷程度不是影响城市污水除磷效果的关键因素，当厌氧释磷液浓度只有十几mg/L时，仍然可以获得良好的生物除磷效果[7]。

本研究在试验过程中发现[8]，HA-A/A-MCO系统有效释磷42mg/L，有效吸磷47.56mg/L，吸磷量与释磷量基本相当。而大量研究认为聚磷菌在厌氧段有效释磷1mg，好氧段将拥有2-3mg的磷吸收能力[9]，可见，HA-A/A-MCO工艺并没有体现出明显的超量吸磷能力。

为了考察HA-A/A-MCO系统活性污泥的超量吸磷能力，本研究在1.3节的试验水质条件下进行厌氧释磷，并且在释磷结束后人为投加磷酸盐以提供足够的可供超量吸收的磷，吸磷结果见图3。论文格式，厌氧释磷。

图3 HA-A/A-MCO系统好氧超量吸磷潜能

Fig.3 Excessive P-uptakecapability of the system

从图3结果可以看出：（1）好氧污泥含磷率为3.35~4.66%，远大于生物基质磷含量（普通活性污泥的含磷率一般为1.5～2％），这表明HA-A/A-MCO系统活性污泥具有第一类超量吸磷能力；（2）在好氧吸磷过程中，污泥除了将溶液中原有部分磷酸盐（厌氧释磷和污水携带）完全吸收外，还具有进一步的吸磷能力，超出释磷部分的吸磷量约为150mg/L。系统聚磷菌有效释磷1mg，拥有约2.8mg的磷吸收能力。论文格式，厌氧释磷。可见，HA-A/A-MCO系统具有很强的超量吸磷潜能。论文格式，厌氧释磷。

同时，图3结果还表明，随着可供吸收磷量的增加，具有长SRT特征的HA-A/A-MCO系统的污泥含磷率也相应地增加。因此，可以认为污泥龄不是影响污泥含磷率高低的重要原因，在能激活聚磷菌活性的情况下，该系统具有强大的储磷潜能。但是，HA-A/A-MCO系统特殊的运行方式使它在正常运行情况下，不需要启动第二类超量吸磷能力即可以完成磷的吸收。这种现象与系统的除磷方式（顺序）以及对厌氧和好氧过程的依赖程度有关：

传统排泥除磷系统的除磷方式（顺序）：厌氧释磷→好氧吸磷→排泥除磷

HA-A/A-MCO排水除磷系统的除磷方式（顺序）：厌氧释磷→排水除磷→好氧吸磷。

可见，排泥除磷系统最终出水水质强烈依赖聚磷菌超过厌氧释磷量的好氧超量吸磷能力；而在排富磷污水除磷的HA-A/A-MCO系统中，磷已经先于好氧吸磷过程去除，因此聚磷菌只要能保证吸磷量与释磷量相当，即可获得良好的出水效果。这种除磷方式显然降低了对聚磷菌超量吸磷能力的要求，只要聚磷菌仍然具有聚磷和释磷能力，能诱导城市污水中低浓度磷酸盐富集，就可以获得优异的除磷效果。

2.3 系统除磷菌种群分析

系统能取得优异的除磷效果，这同其所拥有的除磷菌种群有着必然联系。本研究采用细菌纯培养方法（见1.4节）从系统各反应池活性污泥中分离纯化除磷菌，并通过纯菌株的吸放磷试验（见1.5节）进一步筛选除磷菌种，最后通过菌种16SrDNA序列测定（见1.6节）分析鉴定分离除磷菌的种群结构。

2.3.1分离纯化菌株的吸放磷试验

采用涂布法进行分离纯化，从系统各反应池活性污泥中共分离获得48株纯菌株，对它们分别进行磷的吸、放实验，得到5株（其编号分别是PAO-Z08，PAO-Z19，PAO-Z27，PAO-Z34，PAO-Z46）具有典型厌氧释放磷和好氧吸收磷特征的菌株，该5株菌株的吸放磷特征如图4所示。

图4 5株菌株的吸放磷特征

Fig.4 Performance of phosphorusabosorbing and releasing about the five bacterial strains

从图4结果看出，通过磷的吸、放试验表明，这5株菌都具有明显的厌氧释磷和好氧超量吸磷特性。在合成废水培养基磷浓度相同（均为7.9mg/L）的前提下，PAO-Z34菌株的厌氧释磷和好氧超量吸磷特征最明显，释磷程度最大达13mg/L，好氧吸磷末磷浓度最低为2.9mg/L，去除率达到63.3%。其余4株菌株，按PAO-Z46，PAO-Z19，PAO-Z08，PAO-Z27顺序，对磷的去除率依次逐渐降低，吸放磷特征逐渐减弱。纯菌株的吸放磷试验结果表明，从系统各反应池活性污泥中分离纯化所得的5株菌株均具有典型的明显的磷吸、放特征，初步鉴定这5株菌为聚磷菌。

2.3.2除磷菌16SrDNA扩增

对鉴定为聚磷菌的PAO-Z08，PAO-Z19，PAO-Z27，PAO-Z34和PAO-Z46这5株菌进行16SrDNA扩增，扩增结果见图5。

图5 16SrDNA扩增产物

Fig.5 PCR product of 16SrDNA

图5显示5株菌的PCR产物条带亮度和纯度都较好，明亮单一，没有出现拖尾现象，且阴性对照未有产物出现，表明PCR扩增效果良好。按扩增出的DNA片段大小将5株菌分作两组，分别为大小约700bp的PAO-Z27菌和PAO-Z34菌以及大小约1000bp的PAO-Z08菌，PAO-Z19菌和PAO-Z46菌。

据报道[10]，在强化生物除磷系统中，变形杆菌（Proteobacteria）是优势微生物类群之一，包括α-Proteobacteria、β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria等类群，其中，α-Proteobacteria和β-Proteobacteria两种菌PCR扩增出的DNA片段大小分别约为1000bp和700bp。由此可以判定，HA-A/A-MCO系统各反应池的工艺运行条件为α-Proteobacteria和β-Proteobacteria这两种类群的菌种提供了良好的生长繁育环境，该两种类群细菌的生长代谢对系统磷的去除起着关键作用，是系统中主要的除磷菌类群。

2.3.3除磷菌16SrDNA测序

将5株菌株的PCR扩增产物送至上海英俊生物科技有限公司进行测序，将测序结果输入NCBI基因库（Genbank），与GenBank/EMBL/DDBJ中已知序列进行比对，进而确定其种属。论文格式，厌氧释磷。结果如表2所示。

得到与这5种细菌同源性最近的已知类群，其中4种细菌与已登录的细菌种类的同源性>99%。

表2测序结果表明，在HA-A/A-MCO系统内，以α-Proteobacteria和β-Proteobacteria为优势除磷菌种的微生物类群主要包括Acinetobacter sp.，Devosia sp.，Lampropedia sp.，Bdellovibrio sp.等种属，其他部分菌种尚未被开发研究。

表2 5种菌株16SrDNA 测序分析结果

Tab.2 Analysis of 16SrDNA sequences aboutfive bacterial strains

其中，PAO-Z27号菌种初步确定为不动杆菌属（Acinetobacter sp.），PAO-Z19号细菌初步确定为俊片菌属（Lampropedia sp.），这两种菌种在HA-A/A-MCO系统厌氧释磷过程中占主要优势。Fuhs G.W.等[11]首次从EBPR系统活性污泥中分离出一株Acinetobacter sp.，并提出它是主要的聚磷菌。而Stante L等[12]研究发现，俊片菌属（Lampropedia sp.）具有在厌氧条件下吸收碳源、释放磷酸盐以及在好氧条件下吸收磷的能力，是具有基本聚磷菌（PAOs）代谢特征的一类细菌。此外，PAO-Z08号菌代表的Devosia sp.等菌种和PAO-Z46号菌代表的Bdellovibrio sp.等菌种集中出现在好氧池，是系统好氧吸磷过程的优势菌群；而PAO-Z34号菌与尚未被培养研究的Uncultured Bacterium较相似，相似度为98.8%，只能确定其属于变形杆菌门，无法进一步确定其种属。在系统缺氧池中能够检测到这类菌群的存在。

以上这些除磷菌类群的存在为HA-A/A-MCO系统发挥良好稳定的除磷特性奠定了坚实的基础。

3结论

（1）当系统进水TP=8~12mg/L时，处理出水磷浓度均值仅0.44mg/L，TP平均去除率达95.2％，出水磷浓度满足GB18918-2002一级A标准。

（2）系统聚磷菌有效释磷1mg，拥有2.8mg的吸磷能力，具有很强的超量吸磷潜能。HA-A/A-MCO工艺采取外排厌氧富磷污水除磷的方式，磷已先于好氧吸收过程去除，降低了对聚磷菌超量吸磷能力的要求。

（3）采用细菌纯培养方法从系统各反应池活性污泥中分离纯化出5株具有典型吸放磷特性的聚磷菌，对这5株菌进行16SrDNA扩增和测序比对分析发现，Acinetobacter sp.和Lampropedia sp.等菌种在系统厌氧释磷过程中占主要优势；Devosiasp.和Bdellovibriosp.等菌种集中出现在好氧池，是系统好氧吸磷过程的优势菌群；在缺氧池能检测到尚未被培养研究的Uncultured Bacterium等类菌群的存在。

参考文献:
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