【正文】 因此，將 PCR擴(kuò)增得到的等長 DNA 片段在含有變性劑梯度的凝膠中進(jìn)行電泳，序列不同的 DNA 片段就會在各自相應(yīng)的變性劑濃度下變性，發(fā)生空間構(gòu)型的變化，導(dǎo) 致電泳的速度急劇下降，以至停留在相應(yīng)變性劑梯度凝膠中，染色后在凝膠上呈現(xiàn)為分開的條帶，每個條帶代表一個特定序列的 DNA 片段。所采用的分子生物學(xué)方法主要有變性梯度凝膠電泳（ DGGE），熒光原位雜交 （ FISH），單鏈構(gòu)象多態(tài)性標(biāo)記（ SSCP），末端限制性片段長度多態(tài)性（ TRFLP）以及它們的聯(lián)用技術(shù)。 27 2) 通過調(diào)整 COD 污泥負(fù)荷及好氧段溶解氧，在出水 TP 濃度達(dá)到一級 A 排放標(biāo)準(zhǔn)的同時，出水 COD 也能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。對出水氨氮與 TP的監(jiān)測結(jié)果如圖 所示。由此可見： 厭氧段的充分釋磷可以有效促進(jìn)原污水中 COD 的降解與去除， 與理論分析相符合。到試驗中后期，通過調(diào)整 COD 污泥負(fù)荷及好氧段溶解氧，在出水 TP 濃度達(dá)到一級 A 排放標(biāo)準(zhǔn)的同時，出水 COD 也能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。 本試驗過程中， A/O 系統(tǒng) 在深度除磷的同時也伴隨著 COD 的 降解與去除。此外， PAOs 的細(xì)胞增殖與新陳代謝過程也需要足夠的碳源。全流程對于 COD 的去除主要依靠首端 A/O 單元，通過觀察深度除磷和氨氮保留過程中 COD 濃度的變化，確定合理參數(shù)范圍，保證試驗過程中有機(jī)物的同時深度去除。 3) A/O 系統(tǒng)沿程亞 硝酸和鹽氮硝酸鹽氮的含量一直穩(wěn)定接近于零，系統(tǒng)中幾乎不發(fā)生硝化反應(yīng)，氨氧化細(xì)菌（ AOB）與亞硝化細(xì)菌（ NOB）在系統(tǒng)中得到了很好的抑制。 而 硝化菌通常都屬于自養(yǎng)型專性好氧菌，其繁殖速度慢，世代時間較長，增殖培養(yǎng)需要較長的污泥齡。 氨氧化細(xì)菌 、 亞硝化細(xì)菌 淘汰機(jī)制研究 污泥齡是指微生物在活性污泥系統(tǒng)內(nèi)的停留時間 ， 控制污泥齡是選擇活性污泥系統(tǒng)中微生物種類的一種方法。為排除好氧池上層紊流的影響，試驗中采取虹吸方式從反應(yīng)器中部取樣，取 10 天數(shù)據(jù)的均值后作圖如圖 所示。 試驗在監(jiān)測 O 段 pH 的同時，監(jiān)測了進(jìn)出水氨氮變化，出水氨氮、氨氧化率隨 O 段pH 的變化如圖 。 由圖 可知，隨著 NSCOD 控制在 、 、 kgCOD 試驗在調(diào)控 O 段 DO 的同時監(jiān)測了進(jìn)出水氨氮變化，出水氨氮、氨氧化率隨 DO 的變化如圖 。A/O 工藝出水 完全能滿足全流程后續(xù)自養(yǎng)脫氮工藝對“三氮”濃度的要求，并且進(jìn)出水氮素基本以氨氮形式存在。首先，氨態(tài)氮在亞硝酸菌的作用下氧化為亞硝酸鹽氮，其反應(yīng)式為： （ ） 隨后，亞硝酸鹽氮在硝酸菌的作用下最終轉(zhuǎn)化為硝酸氮，其反應(yīng)式為： （ ） 總反應(yīng)式為： （ ） 因此，試驗過程中必須盡量抑制硝化菌和反硝化菌的增殖，避免亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮對 PAOs 釋、吸磷過程 產(chǎn)生 的不利影響，同時也可以減少 A/O 出水中氨氮和總氮的損失。 A/O 深度除磷中氮的形態(tài)與轉(zhuǎn)化 本試驗所用原水為居民小區(qū)生活污水，原污水中的含氮化合物主要分為有機(jī)氮（動、植物蛋白）、氨態(tài)氮（ NH4+、 NH3）、亞硝酸鹽氮（ NO2）、硝酸鹽氮（ NO3）。厭氧段 pH 在 ~ 時，系統(tǒng)取得了較好的除磷效果。（ kgMLSS 本章小結(jié) 1) 好氧段 DO 與 NSCOD 可以有效調(diào)控 A/O 除磷系統(tǒng)對于 TP 與 COD 的去除效果。據(jù) 報道 ，VFA 的生成引起 pH 值的降低程度是由污水的堿度決定的，在生物除磷系統(tǒng)中， pH 值低于 7 時，聚糖菌會與聚磷菌發(fā)生競爭，影響聚磷菌利用 VFA 的 能力，從而影響生物除磷效果，聚磷菌的最佳生長 pH 值范圍為 ~ [39]。 分析原因：在厭氧條件下，聚磷菌對聚磷酸鹽的降解如下式： 2C2H4O2(有機(jī)物 )+ (HPO3)(PAO)+H2O→ (C2H4O2)2(儲存的有機(jī)物 )+PO43+3H+ （ ） 從上式可以看出 ， 厭氧條件下磷釋放過程中磷的積累 有 H+放出，從反應(yīng)來看 ， 在一定范圍內(nèi)，厭氧池中 pH 值上升對磷的釋放有利，而厭氧段釋磷量的增加將伴隨著 大量PHB 的生成 ，為后續(xù)好氧段過量攝磷積攢能量 ，從而增加好氧段 攝磷 量，進(jìn)而提高 TP的去除效果。 15 針對 好氧段難以形成顯著的推流作用 ， 實驗室 對反應(yīng)器進(jìn)行了改造，用穿孔隔板將好氧段分成三部分，改用Φ 275 的鋼玉曝氣頭曝氣，使其形成嚴(yán)格的推流式三階段遞減曝氣，其最終結(jié)論有待后續(xù)研究。 為排除好氧池上層紊流的影響，試驗中采取虹吸方式從反應(yīng)器中部 取樣，取 15 天數(shù)據(jù)的均值后作圖 ，如圖 所示 。 而全流程中的 A/O 系統(tǒng)在保證一定負(fù)荷下較高 TP 去除率的同時，僅需控制 好氧段 DO 為 1~， 與傳統(tǒng)除磷工藝相比節(jié)約了50%以上 的曝氣量 ，實現(xiàn)了高效 低能耗運(yùn)行。d） 1，好氧段DO 約為 ， 反應(yīng)器出水 TP 濃度即可達(dá)到國家一級 A 排放標(biāo)準(zhǔn)；降低負(fù)荷至 14 （ kgMLSS（ kgMLSSd） 1） 進(jìn)行 ， 通過 調(diào)整 Q 進(jìn) 與回流污泥量， 保持 Q 進(jìn) 和 混合液懸浮固體濃度（ MLSS） 兩者相對穩(wěn)定并維持 每個 工況運(yùn)行 15 天以上（ ≥2SRT） ，同時在較低溶解氧范圍 (1~)內(nèi)調(diào)控好氧段 DO，使反應(yīng)器穩(wěn)定 運(yùn)行 了 50 天以上（ ≥8SRT） ， A/O 除磷系統(tǒng) TP、 COD 去除效果 隨 O 段 DO及 NSCOD 的變化 情況如圖 所示。 HRT、 SRT受反應(yīng)器中的混合液流態(tài)及進(jìn)水流量的波動等因素的影響，無法直觀 、 精準(zhǔn)的反映系統(tǒng)對于污染物的去除能力，而 NSCOD 則可以避免上述弊端。 PAOs 為兼性 異養(yǎng) 菌，通過厭氧 /好氧的交替循環(huán)完成磷的釋放 /攝取，在此過程中，DO、 pH 通過 影響 PAOs 代謝過程，進(jìn)而影響原水中磷的去除。 SRT越短，污泥中的磷含量越高，加之產(chǎn)泥率和剩余污泥排放量的增加，除磷效果越好，但污泥齡太短又達(dá)不到 BOD 和 COD 去除的要求 [38]。 好氧段的 DO 對聚磷菌的磷攝取有很大的影響，為了獲得較好的磷釋放效果，應(yīng)保持溶解氧濃度在一定濃度以上，以滿足聚磷菌對其貯存的 PHB 進(jìn)行氧化，獲取能量，而大量攝取磷之用。其中 的 除磷過程主要利用生物過量聚磷原理 ，以 PAOs 為主體優(yōu)勢菌屬，通過其在厭氧 /好氧段的釋磷 /吸磷作用 ，將污水中的含磷污染物去除 并 最終以剩余污泥的形式排出。 mg/L 試驗后期運(yùn)用 PCRDGGE技術(shù)對 A/O 系統(tǒng)中不同反應(yīng)池的活性污泥進(jìn)行了群落結(jié)構(gòu)分析，具體分析方法將在第 5 章進(jìn)行詳細(xì)敘述。 mg/L 硝酸鹽氮 紫外分光 光度法 硝氮在 220nm 波長有定量吸收，并用 275nm 波長校正有機(jī)物吸收影響。 mg/L BOD5 稀釋與接種法 接種生活污水及培養(yǎng)液，在恒溫 20 度下，通過 5 天培養(yǎng)，測定前后壓力差。 表 試驗 進(jìn)水水質(zhì) 水質(zhì)指標(biāo) 單位 數(shù)值 COD mg/L ~ BOD mg/L 120 ~ 150 磷酸鹽（以 P 計） mg/L ~ 氨氮 mg/L ~ 亞硝酸鹽氮 mg/L 0 ~ 硝酸鹽氮 mg/L 0 ~ 堿度 mg/L ~ 分析 方法 與儀器 試驗從 20xx 年 3 月 至 5 月份 ，分三個不同負(fù)荷階段進(jìn)行， 期間水質(zhì)狀況較為穩(wěn)定。 圖 試驗裝置照片 圖 試驗裝置示意圖 9 運(yùn)行參數(shù) 試驗期間反應(yīng)器各項運(yùn)行參數(shù)見表 。厭氧池設(shè)置攪拌機(jī)，為完全混合式。此外 ，由于全流程中的A/O 工藝有效避免了傳統(tǒng)同步脫氮除磷過程中對于碳源的爭奪， 所以處理過程中無需 另行投加碳源，對有機(jī)污染物濃度低的生活污水具有較好的適應(yīng)性。 如 杜英豪 [36]、 盧曉晶等 [37]結(jié)合 污水處理廠 的實際運(yùn)行經(jīng)驗分析了由進(jìn)水高硫化物、F/M 偏低、低溶解氧以及反硝化等因素引起的污泥上浮與膨脹現(xiàn)象，并提出了 諸多 切實可行的調(diào)控措施 。 PCRDGGE 分析結(jié)果表明，βprotebacteria， Actinomyces sp 和γ protebacteria 只存在于 污水為碳源的反應(yīng)器。通過對 PCRDGGE的結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同類型的電子受體下，微生物群落發(fā)生改變。 孫源，范琛等 [33]采用 A/O 方式運(yùn)行的 SBR反應(yīng)器對回流污泥進(jìn)行誘導(dǎo)馴化，結(jié)果表明 ： 在較短時間內(nèi)系統(tǒng)有明顯的聚磷特征， A/O 方式運(yùn)行的反應(yīng)器除磷效率大于 95%，從運(yùn)行穩(wěn)定的系統(tǒng)中進(jìn)行微生物的分離，經(jīng)過數(shù)次分離得到純種的菌株，通過染色實驗表明菌體內(nèi)含有異染顆粒 。此外，試驗考 察了硝態(tài)氮的 存在對厭氧釋磷和后續(xù)好氧吸磷的影響，發(fā)現(xiàn)硝態(tài)氮的存在不利于 PAOs 的厭氧釋磷，從而限制了 其 在后續(xù)好氧 環(huán)境 下的吸磷效果，但是其硝態(tài)氮濃度 維持 在 2425mg/L左右，并不具有普遍代表性。減小污泥回流比，可延長 A/O 工藝厭氧池實際 HRT，增 6 加 PAOs 在厭氧池可有效利用的碳源，使 PAOs 在厭氧池充分釋磷，從而提高除磷效率 。 其 試驗結(jié)果表明： COD/TP 越大，厭氧釋磷越多，越有利于除磷，厭氧釋磷量是吸收 COD 量的函數(shù)， 但是研究表明： 進(jìn)水 COD/TP 的變化對系統(tǒng) COD 的去除不會產(chǎn)生明顯的影響，試驗通過對比不同 COD/TP 水平和 BOD負(fù)荷下的除磷效果，明確了兩因素對于除磷的影響關(guān)系， 其試驗結(jié)果 對本課題中 A/O 除磷工藝的運(yùn)行具有指導(dǎo)作用。 國內(nèi)外 對于工藝本身運(yùn)行機(jī)理及 相關(guān) 調(diào)控方法的 研究 也比 較多， 歸納起來 研究內(nèi)容大體可分為三部分： 提高磷去除率的研究 通過調(diào) 控 運(yùn)行參數(shù)，優(yōu)化實時監(jiān)測等措施，進(jìn)一步提高磷的去除率。 典型的傳統(tǒng)生物除磷工藝如表 所示。 除磷效果得到增強(qiáng)，但工藝流程比較復(fù)雜，回流次數(shù)和回流量大，增加了能耗和運(yùn)行費(fèi)用。存在固有缺欠，很難同時取得好的脫氮、除磷效果。 工藝流程簡單，不需要投加化學(xué)藥品；建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用均較低。并且作為城市污水再生全程后續(xù)工藝的自養(yǎng)脫氮單元對氨氮濃度有要求，除磷單元應(yīng)盡可能少的減小氮素?fù)p失。在厭氧條件下，這種微生物與好氧聚 磷菌一樣，儲存 PHB，釋放磷；在缺氧 (無氧但存在硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮 )條件下能夠利用硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮作為電子受體，過量吸收磷，而且在吸磷的同時，硝態(tài)氮被還原為氮?dú)?，實現(xiàn)同時反硝化和除磷，這種微生物被稱之為“反硝化聚磷菌” (denitrifying phosphorus removing bacteria， DPB)[19]。 縱觀整個生物除磷研究進(jìn)展，在 A/O 生物除磷 工藝 確立之前，人們一直致力于傳統(tǒng)生物除磷機(jī)理的研究，而在反硝化除磷現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)之后，人們逐漸熱衷于反硝化除磷機(jī)理的研究。 1978 Osborn 和 Nicholls[14] 在硝酸鹽異化還原過程中觀測到了磷的快速吸收現(xiàn)象，即反硝化除磷現(xiàn)象。 表 生物除磷研究進(jìn)展 時間 人物 研究成果 1955 Greenburg[9] 首先提出除磷設(shè)想：活性污泥吸收超過其自身正常生長所需要的磷，進(jìn)而將污水中的磷轉(zhuǎn)移到剩余活性污泥中最終去除。 20 世紀(jì) 90 年代 發(fā)現(xiàn) 的 厭氧氨氧化（ ANAMMOX）現(xiàn)象為這一設(shè)想提供了可能性。溶解氧的存在抑制了異養(yǎng)硝化鹽還原反應(yīng)，其作用機(jī)理為：氧阻礙硝酸鹽還原酶的形成 (有些反硝化細(xì)菌必須在厭氧和有硝酸鹽存在的條件下才能誘導(dǎo)合成硝酸鹽還原酶 )；氧可作為電子受體，競爭性地阻礙硝酸鹽的還原。 工藝本身的矛盾 —— 脫氮靠硝化液回流 傳統(tǒng)工藝脫氮一般采用前置反硝化手段，依靠回流硝化液實現(xiàn)脫氮。由于反硝化菌與聚磷菌爭奪碳源而使釋磷時間大大滯后；溶解性有機(jī)物濃度的降低又使釋磷反應(yīng)進(jìn)入非線性階段，釋磷速度大大下降，而釋磷量的減少會導(dǎo)致好氧階段磷的吸收能力下降，磷的去除 率降低。 傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝，將氮、磷在同一反應(yīng)器中去除， 聚磷菌和硝化菌、反硝化菌等多種微生物共同生長 在一個系統(tǒng)內(nèi)，不同功能的微生物均不能在各自最佳的生長條件下生長，進(jìn)而存在下列問題 [5]。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展 ， 水資源短缺的狀況正在逐步加劇 ， 水污染還沒有得到有效遏制 ， 整體水環(huán)境質(zhì)量還在不斷下滑 。 26 個國控重點(diǎn)湖泊（水庫）中，營養(yǎng)狀態(tài)為重度富營養(yǎng)的 1個，占 %；中度富營養(yǎng)的 2 個，占 %；輕度富營養(yǎng)的 11 個，占 %；其他均為中營養(yǎng)，占 %。 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 關(guān)鍵詞 ：污 水再生全流程 ； A/O 除磷工藝 ； COD 污泥負(fù)荷率 ； 變性梯度凝膠電泳 ABSTRACT In view of traditional nutrient removal process in which N, P removal can’t be taken into account at the same time, Zhang Jie, Li Dong etal proposed the Tec