反硝化聚磷菌机制总结

反硝化聚磷菌机制总结
本次文献总结主要来源：A2 /O工艺缺氧池中反硝化聚磷菌的比例、特性研究及菌株鉴定；Interaction of denitrification and P removal in anoxic P removal systems；反硝化聚磷菌的SBR 反应器中微生物种群与浓度变化；EBPR系统中聚磷菌与聚糖菌的竞争和调控的基础研究；反硝化聚磷菌特性与反硝化除磷工艺研究。

本次文献总结主要总结了硝化反硝化聚磷的机制，及聚磷菌释磷和聚磷速率的一种算法，简单介绍了聚磷微生物的研究。

重点介绍了在SBR反应器中一种更为详细的较好的培养富集反硝化聚磷菌的方法及其中微生物种群及其浓度的变化。

有一类聚磷菌能够利用硝酸盐作为电子载体，同时进行反硝化脱氮和聚磷，称为反硝化聚磷菌。

反硝化聚磷菌既可以利用硝酸盐作为电子受体，也可以利用氧气作为电子受体。

1、硝化反硝化作用和聚磷作用
污水中的氮一般以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮形式存在。

废水脱氮的基本原理则是利用硝化和反硝化过程，其过程如下：
对于污水中磷的去除则采用聚磷菌聚磷的机制，在乙酸盐作为碳源的条件下，其过程如下：
而丹麦技术大学的Henze等研究者提出了在厌氧和好氧的条件下，聚磷菌体内磷的释放（r PR）和摄取（r PU）的速率可分别用如下Monod方程表示：
其中各字母代表意义如下：
代表乙酸盐与磷酸盐的化学计量系数（HAC/P），为2mol/mol ;K HAC代表乙酸利用速率常数，（HAC/PAO）,kg/（kg.d）;S HAC代表乙酸质量浓度，mg/L ;K S’HAC代表乙
酸去除的饱和常数，mg/L;X PAO代表聚磷菌PAO浓度，mg/L ;代表PO43-的最大比降解速率（PO43-/PAO），kg/(kg.d)；代表PAO的最大产率系数（PAO/ PO43-）,kg/kg；代表磷酸盐中磷的质量浓度，mg/L;代表磷酸盐中磷的饱和常数，mg/L。

2、反硝化聚磷微生物的研究
生物除磷系统中的微生物种群受环境因素如基质、电子受体和碳磷比等影响，主要分为PAOs和非PAOs两大类，它们之间竞争碳源。

PAOs多为球杆状，非PAOs称为聚糖菌（GAOs）,多呈四分染色体球状。

随着荧光原位杂交（FISH），变性梯度凝胶电泳（DGGE），16SrRNA靶向寡核苷酸探针等方法在生物除磷系统微生物学研究方面的应用，发现生物除磷系统微生物群落与非除磷系统的微生物群落一样具有很高的多样性。

关于反硝化聚磷菌的研究起步较晚，研究者们发现在生物除磷系统中至少存在两种PAOs，一类可以氧气和硝酸盐作为电子受体的DPAOs，一类只以氧气为电子受体的
non-DPAOs。

罗宁等对A2N-SBR反硝化除磷脱氮工艺中的活性污泥进行了分离鉴定，发现假单胞菌属、莫拉氏菌属、肠杆菌科和气单胞菌属占到细菌总数的67%，并具有反硝化聚磷脱氮作用；不动杆菌占28%，没有反硝化聚磷作用，但能在好氧条件下吸磷。

3、聚磷菌与聚糖菌的竞争
Fukase第一次报道了在EBPR系统内有另一类微生物和聚磷菌竞争，可以在厌氧条件下吸收VFA但是不聚磷。

Cech和Hartman发现在以葡萄糖或者乙酸为基质的系统中有大量的四联体的球菌，这种系统在厌氧条件下碳被吸收而磷不被去除。

最后Mino把它们称为GAO，定义：好氧储存糖原厌氧消耗糖原，以糖原为主要能量来源吸收碳源并且储存为PHA的一类微
生物。

GAO和PAO的不同之处：（1）PAO和GAO的形态是不同的，PAO常常是丛生，大团出现，而GAO通常为成对或四个一组出现；（2）GAO的Neisser blue染色只有细胞壁是阳性，而PAO的细胞内部有大量的阳性颗粒；（3）PAO不能以糖原为唯一的能量来源，而GAO可以。

影响PAO和GAO竞争的一个重要因素是进水中的碳磷比，很多研究发现高地COD/P
（e.g.>50mgCOD/mgP）对GAO的生长有利而却不利于PAO的生长。

所以，低碳磷比
（e.g.10—20mgCOD/mgP）更适合PAO生长；另一方面，进水中必须提供足够的VFA才能实现磷的去除。

碳源
大多数反硝化聚磷菌在厌氧释磷过程中利用乙酸作为碳源，因乙酸是废水处理厂进水中存在的最多的VFA；而在Jignesh Patel，George Nakhla等人的研究文献《Interaction of denitrification and P removal in anoxic P removal systems》中，用城市污水自带碳源与单独用
其他挥发性脂肪酸（VFA）乙酸、丙酸、丁酸作为碳源进行研究对比发现，在用乙酸作为碳源时，反硝化聚磷菌释磷和聚磷的效果最好，其次，用丁酸、丙酸、城市污水自带碳源效果依次下降。

但也有人用碳源做长期底物培养除磷系统时，发现用乙酸盐和丙酸盐的混合物作为碳源的效果要高于单独用乙酸盐时的效果。

用乙酸作为碳源可以有效的去除磷，但也有很多时候在EBPR系统中由于GAO的竞争引起磷去除的恶化。

有研究也说明用葡萄糖可以作为除磷系统中的碳源，磷的去除率达到96.357%。

但有人认为则先发酵为乙酸，此过程为系统中发酵产酸菌将污水中的COD发酵为乙酸盐。

无论是以乙酸为碳源还是丙酸，在C/P小于或等于30时，磷去除率随着C/P的增加而增加；当C/P大于三十时，磷去除率的变化不再显著；随着C/P的增加，系统降解COD/释放磷的比例也增加，两者之间呈线性关系。

SBR反应器中反硝化聚磷菌富集的新方法：
SBR反应器富集反硝化聚磷菌的工艺流程主要分为三个阶段，以NO3-作为电子受体对
反硝化聚磷菌(DPB)进行选择和富集，装置共运行了168 周期。

第1阶段（聚磷菌活化）以厌氧/好氧工艺运行20 周期，得到具有高效的好氧除磷污泥；
第2 阶段（反硝化聚磷菌富集）厌氧/沉淀/排水/缺氧/沉淀工艺运行103 周期(厌氧释磷和沉淀排水之后加不含COD)，其目的是淘汰常规的反硝化菌，而对反硝化聚磷菌进行选择和富集(缺氧段系统氮磷按质量浓度比ρ(NO3---N):ρ(PO33---P)=2׃1流加);
第3阶段（反硝化聚磷菌稳定阶段）采用厌氧/缺氧/沉淀工艺运行45 周期，目的是稳定
第2 阶段选择和富集的反硝化聚磷菌和系统抗冲击负荷能力。

试验过程中的SBR反应器和各阶段流程如下图所示：
SBR反应器中反硝化聚磷菌的微生物种群和浓度变化
在周康群，刘晖等人的研究文献《反硝化聚磷菌的SBR反应器中微生物种群与浓度变化》中，以硝酸盐作为电子受体用SBR反应器采用上述三种阶段来富集反硝化聚磷菌，以生活污水为研究对象，进行微生物的研究。

硝化反硝化菌的变化：
第一好氧阶段，亚硝化菌优先在SBR系统中繁殖，而硝化菌生长较慢，而亚硝化菌的硝化能力小于硝化菌，能够造成亚硝酸盐氮的初期积累；随着时间的运行，硝化菌逐渐逐步生长，出水中硝酸盐逐渐升高，而亚硝酸盐则逐渐降低。

在低溶氧条件下，即该阶段厌氧下，亚硝酸盐对氧的竞争力明显高于硝化菌，致使亚硝化菌继续增殖，而硝化菌浓度降低。

在前十周期内，反硝化菌占主导，该期内硝酸盐去除率较高（46.5%~50.1%），磷的去除率较低（9.86%~12.1%），随着周期的增长，反硝化菌逐步降低，至第103周期，反硝化菌的浓度只有最初始的一半，而从第十到第103周期，磷酸盐的去除率从12.1%~95.2%，硝酸盐的去除率从48.5%~96.1%，说明了常规的反硝化菌（即只有反硝化功能而无聚磷功能）被淘汰，而反硝化聚磷菌则逐渐增多，占据主导地位。

第一阶段好氧聚磷菌的浓度增加为原来的94倍，第二阶段反硝化聚磷菌增加为原来的75
倍，反硝化聚磷菌浓度的增加与PO4−P，NO3-−N和COD去除率升高呈同步关系。

反硝化聚磷菌浓度的增加与污泥的沉降比有关，通过观察污泥沉降比可以较为简单直接的了解其中菌体变化，在2-10周期内，污泥沉降比由15%降到7%；在10—103周期内，污泥沉降比由7%上升到18% 。

另外反应器中存在着一定的发酵菌和产乙酸菌。

通过3 阶段的富集，聚磷菌的种类减少并且集中，反硝化聚磷菌的种类为假单胞菌属、棒状杆菌属，其次是肠杆菌科和葡萄球菌属，假白喉棒杆菌属最少且为反硝化聚磷菌。