本研究通過對西安市第三污水處理廠氧(Oxygen)化溝生物脫氮除磷(P)系統(tǒng)的水質(zhì)、污泥中微生物組成的長期連續(xù)測定，結(jié)合活性污泥釋磷吸磷速率測定和FISH技術(shù)，探討長期的溫度變化對EBPR系統(tǒng)的除磷性能和PAO
S、GAOs在活性污泥中所占比例的影響，為污水處理廠的高效穩(wěn)定運(yùn)行提供依據(jù)。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1. 1污水處理廠工藝參數(shù)與進(jìn)出水水質(zhì)
西安市第三污水處理(chǔ lǐ)廠主要處理西安市東郊滬河兩岸及紡織城地區(qū)范圍內(nèi)的生活具體參見污水寶商城資料或 h,SRT為17一19 d。
污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)見表1。出水水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn)。
表1 進(jìn)出水主要水質(zhì)
1. 2實(shí)驗(yàn)方法
1.
2. 1常規(guī)指標(biāo)檢側(cè)
實(shí)驗(yàn)中常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)的測定方法按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》進(jìn)行，揮發(fā)性脂肪酸采用氣相色譜法測定，測定條件為:檢測器:氫火焰離子檢測器;色譜柱:PEWAX ETR。
1.2.2活性污泥釋磷(P)吸磷速率側(cè)定
活性污泥釋磷吸磷速率測定采用間歇實(shí)驗(yàn)法。
將活性污泥曝氣1h，使其適應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。曝氣后用經(jīng)脫氧處理的自來水將活性污泥淘洗兩遍，然后加入無水乙酸鈉，使乙酸起始濃度為100 mg / L ，為避免氧氣進(jìn)入，實(shí)驗(yàn)過程通入氮?dú)庖员ＷC厭氧狀態(tài)，厭氧反應(yīng)時(shí)間為
4. 5 h，不同時(shí)間點(diǎn)取樣，測其相應(yīng)的乙酸和磷的濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，測定混合液的VSS。得到厭氧釋磷速率)、乙酸吸收速率-1)、吸收單位乙酸的釋磷量-1)。
釋磷速率測定實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將活性污泥分成2等份，分別進(jìn)行缺氧吸磷速率與好氧吸磷速率測定實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行缺氧反應(yīng)時(shí)，在活性污泥中加入KNO3，使NO3- -N的起始濃度為20 mg / L 。好氧反應(yīng)時(shí)，以60L / h的速率通入空氣，確保反應(yīng)器內(nèi)的DO濃度在2 mg / L以上。缺氧和好氧反應(yīng)時(shí)間均為3h，不同時(shí)間點(diǎn)取樣，測定相應(yīng)磷濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)測定混合液的VSS。得到缺氧吸磷速率-1)、好氧吸磷速率-1)。
1.
2. 3 FISH方法
將直接取自污水處理廠的活性污泥采用生理鹽水淘洗3遍，去除其中干擾熒光測定的物質(zhì)，然后稀釋至原有體積。取淘洗后的活性污泥1 mL，用4%的多聚甲醛在4℃固定2h，然后用1 x PBS緩沖溶液洗3遍，洗去多余的多聚甲醛溶液，加入
1:1的PBS緩沖溶液和無水乙醇，搖勻，置于一20℃下保存，用于熒光原位雜交。雜交步驟（procedure)參考AMANN等采用的方法。
FISH分析中采用的探針如下:
總細(xì)菌:探針為EUBmix，由EUB338 、EUB338- II和EUB338-III 3種探針按照
1:
1:1混合;
聚磷菌:探針為PAOmix，由PAO462 、PAO651和PAO846 3種探針按照
1:
1:1混合;
聚糖菌（fungus):探針為GB。
各探針的RNA序列及對應(yīng)的甲酞胺濃度見表2。
表2 FISH分析方法中使用的探針
雜交完成后，使用共聚焦顯微鏡采集圖像。中空纖維膜紡絲機(jī)通過膜技術(shù)進(jìn)行水處理，應(yīng)用于制藥、釀造、餐飲、化工、市政污水回傭、醫(yī)院、小區(qū)污水會用、造紙等生產(chǎn)生活污水處理。膜分離技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于溶液或氣體物質(zhì)分離、濃縮和提純的分離技術(shù)。膜壁微孔密布，原液在一定壓力下通過膜的一側(cè)，溶劑及小分子溶質(zhì)透過膜壁為濾出液，而大分子溶質(zhì)被膜截留，達(dá)到物質(zhì)分離及濃縮的目的。膜分離過程為動態(tài)過濾過程，大分子溶質(zhì)被膜壁阻隔，隨濃縮液流出，膜不易被堵塞，可連續(xù)長期使用。膜生物反應(yīng)器在污水處理，水資源再利用領(lǐng)域，MBR又稱膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor ）,是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。每個(gè)活性污泥樣品做3個(gè)平行樣，每個(gè)平行樣隨機(jī)選取10個(gè)視野采集圖像，用Image-ProPlus
6. 0軟件對所采集圖像中不同的熒光面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以PAO和GAO探針的熒光面積與EUB探針的熒光面積之比表示相應(yīng)的PAO和GAO與EUB的數(shù)量之比。
2結(jié)果與討論
2. 1溫度對活性污泥釋磷吸磷的影響
實(shí)驗(yàn)歷時(shí)1年，期間氧化溝內(nèi)活性污泥的水溫在13.5 -
2
7. 9℃之間變化。由于厭氧釋磷速率隨溫度的變化趨勢不同，故將溫度分為3個(gè)區(qū)間討論，結(jié)果如表3所示。
表3 不同溫度下的釋磷吸磷速率值及與已有相關(guān)研究的對比
由表3可知，溫度低于20℃時(shí)，厭氧釋磷速率和乙酸吸收速率隨溫度的升高而增大，吸收單位乙酸的釋磷量也相應(yīng)增大;溫度在20一25℃時(shí)，厭氧釋磷速率在其間達(dá)到最大值
10. 86 mg P ? -1，之后隨溫度的上升釋磷速率開始下降，而乙酸吸收速率則繼續(xù)增加，這跟圖1中PAO
S、GAOs的數(shù)量變化有直接關(guān)系，吸收單位乙酸的釋磷量無明顯變化;溫度高于25℃時(shí)，隨著溫度的升高，厭氧(Oxygen)釋磷速率繼續(xù)下降，而乙酸吸收速率卻一直增加，導(dǎo)致吸收單位乙酸的釋磷量下降，這主要是由于GAOs數(shù)量增加引起的。吸收單位乙酸的釋磷量越高，說明EBPR中與PA
O、競爭(competition)乙酸的微生物越少，生物除磷性能越好。LOPEZ等研究的荷鑄7個(gè)污水處理廠在12℃左右時(shí)的平均厭氧釋磷速率為
13. 37 mg P?-1，吸收單位乙酸的釋磷量平均值為0. 40 mg P ? -1，均大于本研究（research)值，說明低溫時(shí)本研究的污水處理(chǔ lǐ)廠的污泥活性偏低。ZHANC等研究的浙江10個(gè)污水處理廠在23℃左右時(shí)，平均厭氧釋磷速率為
2. 35mg P ? -1，吸收單位乙酸的釋磷量平均值為0. 14 mg P ? -1，遠(yuǎn)低于本研究值，說明本研究污水處理廠活性污泥的性能優(yōu)于浙江污水處理廠。
同時(shí)表3的數(shù)據(jù)也表明，該污水處理(chǔ lǐ)廠的活性污泥存在明顯的反硝化吸磷現(xiàn)象。部分PAOs能以氨氮水(Nitric acid)鹽作為電子受體，在吸磷的同時(shí)將硝酸鹽還原為氮?dú)猓瑫r(shí)達(dá)到脫氮除磷的目的。KUBA等和WACHTMEISTER等認(rèn)為，缺氧與好氧吸磷速率的比值反映了PA
O、整體的反硝化能力。ZHANC等在生物除磷性能研究中，其平均缺氧與好氧吸磷速率比值為40. 07 %，與本研究的比值相當(dāng)，而LOPEZ等研究的結(jié)果比值為24 %，遠(yuǎn)低于相應(yīng)溫度下本研究的比值，說明本研究污水處理廠PAOs的反硝化能力較好。
2. 2溫度對PAOs, GAOs的比例影響
圖1描述了PAOs和GAOs占EUB的比例隨溫度（temperature)的變化情況。當(dāng)溫度低于20℃時(shí)，隨著溫度的上升，PAOs和GAOs占EUB的比例逐漸增大;溫度在20 - 25℃之間，PAOs占EUB的比例達(dá)到最大值
6. 65 %，而后PAOs占EUB的比例開始下降，GAOs占EUB的比例隨溫度升高繼續(xù)增大;當(dāng)溫度高于25℃時(shí)，PAOs占EUB的比例隨著溫度的升高繼續(xù)降低，而GAOs占EUB的比例隨著溫度的升高一直增大。在
2
7. 9℃時(shí)，GAOs的數(shù)量已經(jīng)超過PAOs，說明溫度高于25℃的時(shí)候GAOs在與PAOs的競爭中處于優(yōu)勢地位，和PAOs競爭碳源，導(dǎo)致(cause)釋磷速率和吸收單位乙酸的釋磷量下降，這和表2的結(jié)果相一致。
LOPEZ等研究的荷蘭污水處理廠在12℃左右時(shí)PAOS占EUB的比例為
5. 7%一16.4%，大于西安市第三污水處理廠大約同一溫度下的比例，導(dǎo)致釋磷速率較小。LOPEZ等在溫度對GAOs的影響研究中發(fā)現(xiàn)，溫度高于20℃時(shí)，在PAOs與GAOs的競爭中GAOs由于較高的乙酸吸收速率更有利于競爭;WHANC等在30℃時(shí)通過縮短污泥齡將富含GAOs的污泥轉(zhuǎn)變?yōu)楦缓琍AOs的污泥;KUBA等的研究表明PAOs為短泥齡微生物，泥齡越短，除磷效果越好。因此，當(dāng)溫度高于25℃而導(dǎo)致GAOs處于優(yōu)勢競爭時(shí)，可適當(dāng)縮短污泥齡來提升PAOs的競爭，以達(dá)到較好的除磷效果。
2. 3 PAOs, GAOs的分布形態(tài)
圖2為PAOs和GAOs在活性污泥絮體中的分布形態(tài)。隨著溫度（temperature)的變化PAOs和GAOs的數(shù)量發(fā)生了改變，但其分布形態(tài)不受溫度的影響。由圖2可知，PAOs與GAOs呈現(xiàn)出完全不同的分布形態(tài)。PAOs在活性污泥絮體中主要以菌膠團(tuán)的形式存在，而GAOs則以單體或二分體的形式均勻的分布于活性污泥中。在基質(zhì)有限的環(huán)境中，GAOs游離的分布形態(tài)有利于基質(zhì)的吸收，而PAOs以菌膠團(tuán)的形態(tài)存在不利于基質(zhì)的利用，使其在競爭中處于劣勢。
2. 4乙酸吸收速率溫度系數(shù)
由以上的數(shù)據(jù)和分析可見，溫度對EBPR系統(tǒng)有重要的影響，尤其是乙酸的吸收速率，而表征溫度的影響主要采用溫度系數(shù)K.
根據(jù)測定小于20℃時(shí)不同溫度下的乙酸吸收速率，得出lnqT隨溫度的變化關(guān)系，如圖3所示。中空纖維膜紡絲機(jī)通過膜技術(shù)進(jìn)行水處理，應(yīng)用于制藥、釀造、餐飲、化工、市政污水回傭、醫(yī)院、小區(qū)污水會用、造紙等生產(chǎn)生活污水處理。膜分離技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于溶液或氣體物質(zhì)分離、濃縮和提純的分離技術(shù)。膜壁微孔密布，原液在一定壓力下通過膜的一側(cè)，溶劑及小分子溶質(zhì)透過膜壁為濾出液，而大分子溶質(zhì)被膜截留，達(dá)到物質(zhì)分離及濃縮的目的。膜分離過程為動態(tài)過濾過程，大分子溶質(zhì)被膜壁阻隔，隨濃縮液流出，膜不易被堵塞，可連續(xù)長期使用。對其進(jìn)行函數(shù)擬合，得到乙酸吸收速率的溫度系數(shù)K為1.018,
為0. 23 。LOPEZ等在實(shí)驗(yàn)室SBR反應(yīng)器內(nèi)對PAOs的代謝研究中得出，PAOs乙酸吸收速率的溫度系數(shù)K為1.095。
為0. 20，兩者相差較小。具體參見污水寶商城資料或
3結(jié)論
通過研究（research)長期的溫度變化對西安市第三污水處理廠氧化溝生物脫氮除磷系統(tǒng)的除磷性能和PAOs和GAOs在活性污泥中所占比例的影響，得到如下結(jié)論:
1)溫度低于20℃時(shí)，厭氧(Oxygen)釋磷速率、乙酸吸收速率隨著溫度的上升不斷增加;溫度在20一25℃之間，厭氧釋磷速率達(dá)到最大值
10. 86 mg P ? -1，乙酸吸收速率隨溫度（temperature)上升繼續(xù)增加;溫度高于25℃時(shí)，隨著溫度的升高，厭氧釋磷速率下降，而乙酸吸收速率仍在增加，導(dǎo)致(cause)吸收單位乙酸的釋磷量及處理效果下降;
2)缺氧/好氧吸磷速率的比值為40. 55 % - 6
4. 90%，表明活性污泥有顯著的反硝化吸磷能力;
3)在PAOs與GAOs的競爭(competition)中，溫度低于20℃時(shí)，有利于PAOs的競爭;溫度在20一25℃之間，PAOs占EUB的比例達(dá)到最大值
6. 65 %;溫度高于25℃時(shí)，GAOs已經(jīng)超過PAOs的數(shù)量成為優(yōu)勢菌種;
4)通過函數(shù)擬合，活性污泥乙酸吸收速率的溫度系數(shù)為
1. 018。
