摘要：以SBR系統(tǒng)反硝化除磷污泥為對(duì)象，利用氧化還原電位、溶解氧和磷酸鹽微電極定量研究了污泥聚集體內(nèi)除磷菌的原位除磷活性及有機(jī)物濃度的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，厭氧初期污泥聚集體內(nèi)最大凈體積釋磷速率為3.29mg·（cm3·h）~1，是缺氧初期最大凈體積吸磷速率的3倍左右；厭氧末期釋磷速率明顯降低，最大凈體積釋磷速率僅為厭氧初期的一半。在缺氧末期，最大凈體積吸磷速率降至0.14mg·（cm3·h）~1，且在1800μm以下深層區(qū)域發(fā)生了“二次釋磷”現(xiàn)象。隨著COD濃度由350 mg·L-1降至250 mg·L-1和150 mg·L-1，反硝化除磷菌的最大凈體積釋磷速率由3.27 mg·（cm3·h）~1降至2.44 mg·（cm3·h）~1和2.01 mg·（cm3·h）~1，且快速吸磷區(qū)域整體向污泥聚集體表層收窄。

反硝化除磷是指在缺氧條件利用NOx-氧化胞內(nèi)聚合物，同時(shí)完成反硝化脫氮和除磷的生物過程。因可“一碳兩用”，具有節(jié)省碳源、降低曝氣量和污泥產(chǎn)量的優(yōu)點(diǎn)，成為本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。研究者通過試驗(yàn)研究獲得了反硝化除磷的影響因素及運(yùn)行參數(shù)，但大部分停留在反應(yīng)器去除效能等宏觀層面。

微生物活性是反應(yīng)器去除效能的決定因素，有研究者利用尖端細(xì)小的微電極測(cè)定污泥基團(tuán)（污泥聚集體或生物膜等）內(nèi)部物質(zhì)濃度的空間分布特征，獲得了原位生物活性，從而為污水處理問題診斷或優(yōu)化提供依據(jù)。目前，研究對(duì)象多針對(duì)脫氮系統(tǒng)，對(duì)除磷污泥聚集體原位生物活性的研究尚少見報(bào)道。Lee等利用磷酸鹽微電極，測(cè)定了厭氧條件下污泥內(nèi)的磷濃度的空間分布特性，首次揭示了除磷菌的原位生物活性。呂永濤等研究獲得了污水廠A2/O工藝沿程處理單元除磷菌活性的變化規(guī)律，為污水處理參數(shù)的優(yōu)化提供了一定依據(jù)。

本文在SBR系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了反硝化除磷的啟動(dòng)與穩(wěn)定運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，利用微電極定量研究了厭氧和缺氧段污泥聚集體內(nèi)的原位除磷生物活性以及有機(jī)物濃度對(duì)釋磷活性的影響，通過揭示反硝化除磷的原位生物活性，以期為系統(tǒng)的優(yōu)化提供一定的依據(jù)。

1、材料與方法

1.1試驗(yàn)裝置

采用圓柱形SBR反應(yīng)器，內(nèi)徑15 cm，高34 cm，有效容積5 L，排水比為0.6.采用磁力攪拌器使泥水混合均勻，通過PLC自動(dòng)控制反應(yīng)器的連續(xù)運(yùn)行。

1.2運(yùn)行操作

反應(yīng)器每天運(yùn)行3個(gè)周期，單周期運(yùn)行時(shí)間為8 h，具體包括：厭氧進(jìn)水（3 L）5 min，厭氧攪拌164 min，沉淀排水（3 L）47 min，缺氧進(jìn)水（3 L）5 min，缺氧攪拌216 min，沉淀排水（3 L）47 min.

1.3接種污泥與試驗(yàn)用水

反應(yīng)器所用污泥取自西安某污水處理廠，接種后初始污泥濃度約為4000 mg·L-1，穩(wěn)定運(yùn)行期間控制SRT為15 d，污泥濃度維持在（3700±200）mg·L-1，SVI約為52.5 mL·g-1.

進(jìn)水基質(zhì)人工配置，厭氧段主要為乙酸鈉和NaHCO3，其中COD 200——330mg·L-1，NH4+-N 10——30mg·L-1，NaHCO3200mg·L-1.缺氧段主要為KH2PO4、KNO3和NaHCO3，其中NO3--N 19.9——58mg·L-1，PO43--P 19——26mg·L-1，NaHCO3200mg·L-1.另外，每升進(jìn)水中加入1 mL的微量元素，成分按文獻(xiàn)配制。

1.4化學(xué)分析方法

氨氮采用納氏試劑分光光度法，化學(xué)需氧量采用重鉻酸鉀法，亞硝氮采用N-（1-萘基）~乙二胺比色法，硝氮采用鹽酸~氨基磺酸比色法，磷酸鹽采用鉬酸鹽分光光度法，溶解氧采用哈希便攜式溶氧儀。

1.5微電極系統(tǒng)與測(cè)試方案

1.5.1微電極及性能

采用氧化還原電位、溶解氧和磷酸鹽微電極均為課題組自制。其中，氧化還原電位、溶解氧微電極尖端直徑小于25μm，響應(yīng)時(shí)間在65 s內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)曲線的R2=0.995±0.002.磷酸鹽微電極尖端直徑約為20μm，標(biāo)準(zhǔn)曲線的R2＞0.992，響應(yīng)時(shí)間小于90 s.

1.5.2微電極測(cè)試裝置與方法

采用升流式測(cè)試槽，通過開啟蠕動(dòng)泵將厚度約為5000μm的污泥懸浮在絲狀網(wǎng)上。30 min后，待傳質(zhì)穩(wěn)定后開始測(cè)量。由于污泥層中的物質(zhì)濃度呈對(duì)稱分布，所以本試驗(yàn)測(cè)定0——2500μm的上層深度。

1.5.3試驗(yàn)方案

（1）反硝化除磷污泥聚集體的原位生物活性分別在厭氧初期（反應(yīng)初始1 min）、厭氧末期（反應(yīng)最后1 min）、缺氧初期（反應(yīng)初始1 min）、缺氧末期（反應(yīng)最后1 min）各取100 mL泥水混合液，放置在微電極測(cè)試槽里，使污泥懸浮在絲狀網(wǎng)上，30 min后開始測(cè)定環(huán)境及物質(zhì)的空間濃度。

（2）COD濃度對(duì)厭氧釋磷原位活性影響厭氧反應(yīng)初始1 min取泥水混合液100 mL，完成泥水分離后置于絲狀網(wǎng)上，測(cè)試槽中分別配置COD為150、250和350 mg·L-1的基質(zhì)進(jìn)行微電極測(cè)試。

每個(gè)樣品利用每種微電極分別測(cè)量3次，試驗(yàn)結(jié)果取3次試驗(yàn)平均值。

1.6凈體積產(chǎn)生/消耗速率計(jì)算

根據(jù)污泥聚集體內(nèi)PO43--P的空間濃度，利用Fick第二定律，計(jì)算除磷菌的凈體積產(chǎn)生/消耗速率。其中，負(fù)值表示產(chǎn)生速率，正值表示消耗速率。