二株反硝化聚磷菌除磷脱氮性能研究吴坤茹

2018年03月技术与信息二株反硝化聚磷菌除磷脱氮性能研究吴坤茹（沈阳市市政工程设计研究院，辽宁沈阳110000）BiologicalnitrogenremovalperformanceResearchofTwoDenitrifyingphosphate-accumulatingorganisms（CollegeofMunicipalandEnvironmentalEngineering，ShenyangJianzhuUniversity，Shenyang110168，China）摘要：目的：对An/O/A/O-SBR系统厌氧段末期的活性污泥中分离纯化出的二株反硝化聚磷菌进行磷脱氮性能研究。方法：改变pH值、温度、碳源种类等主要影响因子，考察两株菌的反硝化除磷脱氮效率。结果：当NO3-浓度为30mg/L、pH值为7.5、温度控在30℃，以乙酸钠为碳源时，菌株的脱氮除磷效果最好，PO43-的去除率分别为90%和78%，NO3-的去除率分别为86%和75%。关键词：反硝化聚磷菌；碳源；脱氮除磷Abstract：Objective:Researchbiologicalnitrogenremovalperformanceofthetwostrainsdenitrifyingphosphorusaccumulat⁃ingbacteriawhichseparationandpurificationfromtheAn/O/A/O-anaerobicSBRsystemintheperiodoftheendoftheactivat⁃edsludge.Method:.Investigatethedenitrificationandphosphorusremovalefficiencyofthetwostrainsbychangingthegrowthcon⁃ditionsofpH、temperatureandcarbonsources.Results:De3(Delf⁃tia)andPs5(Pseudomonas)strainofthelogarithmicare6~15hand5~16h;whentheconcentrationofNO3-is30mg/L,pHvalueis7.5,temperaturecontrolin30℃,withsodiumacetateascarbonsource,arethebesteffectsofnitrogenandphosphorusremoval,theremovalrateofPO43-are90%and78%,theNO3-removalrateare86%and75%respectively.Keyword：Denitrifyingphosphate-accumulatingorganisms,Carbonsources,Nitrogenandphosphorus近年来，虽然我国城市污水处理率有较大的提高，但是由氮和磷引起的缓流水体富营养化问题仍日益严重，这就需要严格控制污水处理厂氮和磷的排放，提高氮、磷的排放标准。因此，在污水处理工艺中应用新的脱氮除磷技术，提高系统除磷脱氮效果尤其重要[1~3]。利用反硝化聚磷菌进行生物同步除磷脱氮技术因其节省曝气能耗，减少污泥产量，解决了传统生物脱氮除磷技术中碳源不足的问题而备受关注。其中反硝化聚磷菌的生物特性直接影响系统的除磷脱氮效果[4~5]。本试验通过改变pH值、温度、碳源种类等条件，研究其对反硝化聚磷菌的生长及脱氮除磷效果的影响。1试验材料与方法1.1菌源从高效运行的An/O/A/O-SBR系统厌氧段末期的活性污泥中分离纯化出二株反硝化聚磷菌，分别为De3（Delftia)和Ps5（Pseudomonas）菌株。1.2试验方法保持其他条件恒定时，逐一改变培养基的pH值、碳源、温度等影响因素，其中pH值分别为6、6.5、7、7.5、8、8.5；温度控制在15℃、20℃、25℃、30℃、35℃；分别以乙酸钠、酒石酸钾钠、葡萄糖、淀粉作为碳源。取配制好的100mL液体专性培养基加入到厌氧瓶中，充入氮气吹脱30s后，在121℃下灭菌20min，冷却后，用注射器取7mL菌株活化液（在专性培养基中培养18h的菌株）按7%比例接种在厌氧瓶中，将接种后的厌氧瓶放在30℃、转速为130r/min的震荡培养箱中培养20h。测定培养液初始及培养20h后PO43-和NO3-的变化情况。1.3分析项目及检测方法试验检测指标为PO43--P、NO3--N。PO43--P采用钼锑抗分光光度法，NO3--N采用紫外分光光度法。具体检测方法参照《水与废水监测分析方法》(第四版)。2结果与分析2.1pH值的影响pH值是微生物脱氮除磷的一个重要的因素，用1mol/L盐酸和1mol/LNaOH调节pH值，以乙酸钠为碳源，NO3-浓度在30mg/L左右，在30℃、转速为130r/min的震荡培养箱中培养20h。不同pH值下二菌株除磷脱氮效果见图1、2。图1不同pH值下菌株的除磷效果图2不同pH值下菌株的脱氮效果Fig.1PhosphorusremovaleffectunderdifferentpHvalueFig.2DenitrificationeffectunderdifferentpHvalue从图1、2可以看出，当pH值为7~8时，二株菌株的脱氮除磷效果较好。其中pH值为7.5时，二株菌株的脱氮除磷率均达到最佳，PO43-去除率分别为87%、79%，NO3-去除率分别为89%、80%。当pH值＜7时，二株菌株的PO43-去除率降至43%和41%，NO3-去除率降为46%和42%。可见，pH值较低会破坏细胞膜的结构，抑制菌株的生长，从而影响菌株的脱氮除磷效果。pH值为8.5时，二株菌株的PO43-去除率分别为78%和69%，但此时各菌株的NO3-去除率却显著下降，分别降至52%和45%。有研究表明，当pH值＞8时，会产生磷酸钙类沉淀，因此会出现NO3-去除率下降而PO43-去除率升高的现象。2.2温度的影响适宜的温度是菌株生长代谢的前提条件。微生物体内酶的活性受温度的影响很大，从而改变温度会影响微生物的代谢582018年03月技术与信息应。催化剂床层静止不动，导致热量不能及时传输，床层温度的分布不均与，所以我国固定床催化裂化反应器都是非等温反应器，主要分为绝热反应器和非绝反应器两种。石油加工中固定床催化裂化技术十分复杂，及时逐渐被其他先进的催化裂化技术所取代，却有一定的使用价值，该技术具有结构简单、返混小、催化剂机械损耗小的特点，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。天津鸿化科技有限公司生产出的固定床反应器催化裂化装置实现了多种原油的自动混合，以及高精度恒温酶催化反应，操作全自动化液晶触屏控制，独立安全保障系统，独立开发的恒久流化床控制系统，操作简便运行稳定，便于装卸催化剂，催化剂床层的温度波动也较小。反应器压力为0.1-5MPa，气路流量为0-2L/min，气路精度为0.1%，该产品在业内广受好评，在市场中有较高的信誉度[3]。4结语总而言之，我国石油加工催化裂化技术由于受到多方面的因素影响，为了提高加工时石油催化裂化效率，固定流化床以及移动床催化裂化技术应用普遍，有效的提高了石油加工中反应效率和转化率，保证了我国石油加工企业生产的可持续发展，在推动工业经济水平的同时也为我国经济发展提供了良好的机遇，同时加强石油加工催化裂化技术的创造有利于循环利用石油资源，改善当前能源短缺的现状，有利于实现经济可持续，生态环境保护和人与自然的和谐共处。参考文献：[1]杨朝合,陈小博,李春义,山红红.催化裂化技术面临的挑战与机遇[J].中国石油大学学报(自然科学版),2017,41(06):171-177.[2]潘志爽,马彦鹏,谭争国,张爱萍,王亚红,曹兰花.我国焦化蜡油催化裂化技术进展[J].石化技术与应用,2017,35(06):497-501.[3]赵华.石油加工中的催化裂化技术浅谈[J].化工管理,2014(12):75.(上接第57页)和生长。试验在以乙酸钠为碳源时，pH值在7.5左右，NO3-浓度30mg/L左右，将接种后的培养基放在五个相同转速，不同温度的震荡培养箱中培养20h。考察菌株在不同温度下的脱氮除磷效果，结果见图3、4。图3不同温度下菌株的除磷效果图4不同温度下菌株的脱氮效果Fig.3PhosphorusremovaleffectunderdifferenttemperatureFig.4Denitrificationeffectunderdifferenttemperature从图3、4中可以看出，当温度控制在20~30℃之间时，二株菌株的PO43-去除率均在68%以上，NO3-去除率在75%以上。De3号菌株的脱氮除磷最佳温度为25℃，PO43-去除率为90%，NO3-去除率为92%；Ps5号菌株脱氮除磷的最佳温度在30℃，PO43-去除率为80%，NO3-去除率为82%。当温度低于20℃时，二菌株的PO43-去除率分别降至48%和42%，NO3-去除率降为53%和48%。这是由于温度过低，微生物体内酶的活性也相应降低，影响菌株的生长及代谢，从而导致菌株脱氮除磷效果变差。而当温度超过30℃时，二株菌株的脱氮除磷效果也有所下降，PO43-去除率分别降至57%和52%，NO3-去除率降为65%和58%。当温度升高时，菌株的胞内酶发生变性，使菌株代谢反应变差，导致菌株的脱氮除磷效果受到影响。因此反硝化聚磷菌的最适生长温度应控制在20~30℃之间。2.3碳源种类碳源是微生物生长所必须的营养物质，为微生物的生长、繁殖和运动提供能量。试验pH值控制在7.5左右，NO3-浓度30mg/L左右，在30℃的震荡培养箱中培养20h。考察不同碳源对菌株脱氮除磷效果的影响，结果见图5、6。图5不同碳源下菌株的除磷效果图6不同碳源下菌株的脱氮效果Fig.5PhosphorusremovaleffectunderdifferentcarbonsourceFig.6Denitrificationeffectunderdifferentcarbonsource从图5、6可以看出，以乙酸钠为碳源时，二株菌株的脱氮除磷效果均达到最佳，PO43-去除率分别为90%和78%，NO3-去除率分别为86%和75%；在以酒石酸钾钠和葡萄糖为碳源时，菌株的脱氮除磷除磷效果也较好，但去除率略低于以乙酸钠为碳源时；当以淀粉为碳源时，二菌株的脱氮除磷效果都很差，PO43-去除率分别为17%和13%，NO3-去除率分别为13%和10%。有研究表明除磷菌只能直接利用乙酸、丙酸和甲酸等挥发性脂肪酸，葡萄糖需要经过分解转化为丙酮酸后，才能被菌株吸收利用，因此在以葡萄糖为碳源时，菌株脱氮除磷速率由葡萄糖转化成小分子的速率决定。当以淀粉为碳源时，菌株脱氮除磷效果均很差，这说明菌株不能将淀粉水解成小分子物质供菌株的生长代谢，因此会出现以淀粉为碳源时菌株的除磷脱氮效果较差。3结语温度控制在20~30℃之间时，菌株脱氮除磷效果好；pH值过高会导致NO3-去除率下降；反硝化聚磷菌易直接利用乙酸、丙酸等短链挥发性脂肪酸。pH值为7.5、以NO3-为电子受体除磷、NO3-浓度30mg/L、乙酸钠为碳源、，温度30℃时，De3号和Ps5号菌株脱氮除磷效果最好，其PO43-去除率分别为90%和78%，NO3-去除率分别为86%和75%。参考文献:[1]贾学斌，王强，杜丛，等，反硝化聚磷菌富集、筛选及其特性[J],哈尔滨工业大学学报，2011,43（2）：35-39.(JIAxuebin,Wangqiang,etal.Studyontheenrichmentisola⁃tionandcharacteristicsofdenitrifyingphosphorusremovalbacteria[J].JournalofHarbinInstituteofTechnology,2011,43(2):35-39.)[2]Kub