摘 要：本研究觀察了好氧及營(yíng)養(yǎng)均衡條件下，不存在積磷菌的活性污泥對(duì)兩種化學(xué)特性不同的溶解性有機(jī)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(xì)胞內(nèi)PHB及糖原含量變化之間的關(guān)系，進(jìn)一步揭示了活性污泥對(duì)溶解性有機(jī)物的吸收與轉(zhuǎn)化機(jī)理。 

前言

人們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到活性污泥法中曝氣初期存在基質(zhì)快速降解過(guò)程，通常認(rèn)為這一過(guò)程是由于懸浮和膠體有機(jī)物質(zhì)被活性污泥吸附造成的，由此開(kāi)發(fā)出“生物接觸穩(wěn)定法”和“A-B法”等工藝。而對(duì)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(jī)碳生物吸收數(shù)學(xué)模型。在70年代興起的生物除磷研究過(guò)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(jī)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(yíng)養(yǎng)均衡條件下，不存在積磷菌的活性污泥對(duì)兩種化學(xué)特性不同的溶解性有機(jī)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(xì)胞內(nèi)PHB及糖原含量變化之間的關(guān)系，進(jìn)一步揭示了活性污泥對(duì)溶解性有機(jī)物的吸收與轉(zhuǎn)化機(jī)理。

研究方法

研究在模型裝置中進(jìn)行，活性污泥法運(yùn)行采用SBR方式，程序由LOGO時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)。模擬廢水有機(jī)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(wú)機(jī)鹽以維持微生物生長(zhǎng)的營(yíng)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(zhǎng)需求，沒(méi)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(jìn)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(cè)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(gè)快速降階段。前10分鐘下降速率極快，速率超過(guò)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(xué)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(shì)　

2、污泥馴化對(duì)COD快速降解的影響

由圖2可知：剛從校污水處理站取來(lái)的污泥未經(jīng)曝氣，不適應(yīng)新的廢水，故對(duì)苯甲酸鈉的去除率很低，且將自身吸附的物質(zhì)釋放出來(lái)而導(dǎo)致COD有一個(gè)略微升高的過(guò)程（系列1）；經(jīng)4小時(shí)曝氣后的污泥，在開(kāi)始的10分鐘內(nèi)有一個(gè)快速吸收過(guò)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(shì)菌種組成，故對(duì)苯甲酸鈉的去除效果很差，不出現(xiàn)COD的快速降解過(guò)程（系列3）。

3、胞內(nèi)聚合物含量隨時(shí)間的變化

從圖3可以看出，苯甲酸鈉廢水在曝氣過(guò)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(kāi)始的0.096 mg/mgVSS增加到60分鐘時(shí)的0.272 mg/mgVSS ，60分鐘以后PHB的含量開(kāi)始下降；而細(xì)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(jī)物并沒(méi)有停留在細(xì)胞表面，而主要是被細(xì)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(xì)菌進(jìn)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(shí)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(zhǎng)到0.289 mg/mgVSS，其中胞外碳水化合物從0.0024 mg/mgVSS增長(zhǎng)到0.0058 mg/mgVSS，占總增長(zhǎng)量的3%，胞內(nèi)碳水化合物從0.176 mg/mgVSS增長(zhǎng)到0.283 mg/mgVSS，占總增長(zhǎng)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。

結(jié)　論

1、未經(jīng)培養(yǎng)馴化的污泥對(duì)溶解性有機(jī)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(duì)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(dá)90%以上。

2、被吸收的苯甲酸鈉幾乎不在細(xì)胞表面停留，轉(zhuǎn)入細(xì)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(xì)胞外，轉(zhuǎn)入細(xì)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(guò)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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