探討活性污泥法對溶解性有機物的吸收與轉(zhuǎn)化機理的研究
摘 要：本研究觀察了好氧及營養(yǎng)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(zhuǎn)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(nèi)PHB及糖原含量變化之間的關(guān)系，進一步揭示了活性污泥對溶解性有機物的吸收與轉(zhuǎn)化機理。
前言
人們早就認識到活性污泥法中曝氣初期存在基質(zhì)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(zhì)被活性污泥吸附造成的，由此開發(fā)出“生物接觸穩(wěn)定法”和“A-B法”等工藝。而對于溶解性物質(zhì)在活性污泥法初期快速去除及其轉(zhuǎn)化研究得較少，Siddiqi指出在快速降解階段，溶解性物質(zhì)也被污泥吸收同化；Bunch指出在初期30分鐘內(nèi)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(shù)學模型。在70年代興起的生物除磷研究過程中，人們發(fā)現(xiàn)厭氧條件下污泥能快速去除溶解性有機物，部分轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)聚合物，如PHB等。
本研究觀察了好氧及營養(yǎng)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(zhuǎn)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(nèi)PHB及糖原含量變化之間的關(guān)系，進一步揭示了活性污泥對溶解性有機物的吸收與轉(zhuǎn)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(xiàn)。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(yǎng)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(xiàn)象。
反應(yīng)器中的污泥濃度維持在1800 - 2400 mg/l，污泥先培養(yǎng)馴化三周以上，適應(yīng)了單一基質(zhì)環(huán)境后，取水樣、泥樣進行分析。
胞內(nèi)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(jié)果與討論
1、溶解性COD在曝氣初期的快速降解現(xiàn)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(xiàn)象與Libor Novak描述的數(shù)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(jīng)曝氣，不適應(yīng)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(zhì)釋放出來而導致COD有一個略微升高的過程（系列1）；經(jīng)4小時曝氣后的污泥，在開始的10分鐘內(nèi)有一個快速吸收過程，但因其不適應(yīng)新的廢水，COD的去除率很低（系列2）；經(jīng)葡萄糖廢水培養(yǎng)馴化的污泥，主要由適應(yīng)葡萄糖的優(yōu)勢菌種組成，故對苯甲酸鈉的去除效果很差，不出現(xiàn)COD的快速降解過程（系列3）。
3、胞內(nèi)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(nèi)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(nèi)形成了胞內(nèi)聚合物PHB。 在60分鐘內(nèi)有59%被去除的苯甲酸鈉轉(zhuǎn)化為PHB。其后繼續(xù)曝氣，COD 降到56mg/l以下，細菌進行內(nèi)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(guī)律，曝氣初期的10分鐘內(nèi)，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(nèi)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(zhuǎn)化為胞內(nèi)碳水化合物--糖原而貯存。
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結(jié) 論
1、未經(jīng)培養(yǎng)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(jīng)該物質(zhì)培養(yǎng)后的污泥對該物質(zhì)有較好的吸收轉(zhuǎn)化作用，在曝氣初期30分鐘內(nèi)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(zhuǎn)入細胞內(nèi)主要以PHB的形式貯存，轉(zhuǎn)化率約為59%；而葡萄糖僅有約0.8%滯留細胞外，轉(zhuǎn)入細胞內(nèi)的主要以糖原形式貯存，轉(zhuǎn)化率約為24.5% 。
3、后續(xù)曝氣過程中，胞內(nèi)聚合物在內(nèi)源呼吸階段作為碳源和能源而被消耗。
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