以丁酸为碳源驯化ebpr污泥的可行性研究
：本课题的目的是探究以丁酸作为强化生物除磷进水碳源的可行性。实验结果显示，以丁酸作为进水碳源时SBR-2经18 d的驯化可达到实现EBPR功能，较以乙酸为碳源的SBR-1延长10 d。稳态运行条件下两个装置的除磷效率均达97%以上。以丁酸为碳源驯化而成的EBPR污泥具有典型PAO的代谢特性，但其厌氧释磷速率和好氧吸磷速率均明显低于乙酸驯化的EBPR污泥。尽管如此，由于丁酸驯化的EBPR污泥厌氧释放的磷浓度（39.18 mg/L）低于乙酸驯化的EBPR污泥（67.78 mg/L），其结果是两种进水碳源培养的EBPR污泥均可在相同的时间内（270 min）完成磷的吸收。上述结果说明以丁酸作为EBPR的进水碳源是完全可行的。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 材料 2
1.1.1 种子污泥2
1.1.2污水水质2
1.2 方法 2
1.2.1 装置启动及运行方法2
1.2.2 化学分析方法3
1.2.3 聚磷菌染色检测3
2 结果与分析4
2.1 EBPR污泥驯化期间反应器对磷的去除效果4
2.2 EBPR污泥驯化过程中污泥中含磷量的动态变化5
2.3 EBPR污泥驯化过程中聚磷菌的染色观察6
2.4 SBR 稳定运行的周期特征7
3小结与讨论8
致谢9
参考文献9
以丁酸为碳源驯化EBPR污泥的可行性研究
引言
强化生物除磷技术（EBPR）已经广泛运用于城市生活污水的生物处理中，对于削减磷的排放，控制水体富营养化具有十分重要的作用[1]。EBPR依赖聚磷菌（PAOs）的超量吸收，首先在厌氧条件下吸收废水中的小分子有机酸并转化为聚羟基烷酸（polyhydroxyalkanoate，PHA）储存起来，同时将细胞内的多聚磷酸盐（polyphosphate，polyP）水解产生ATP，用于乙酸的吸收，并将其转化成乙酰辅酶A和形成质子动力，此时ATP的水解会导致磷的释放。部
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
分乙酰辅酶A经TCA循环氧化产生NADH，它为乙酰辅酶A转化为PHB提供还原力。在随后的好氧环境下，细胞储存的PHB经TCA循环氧化分解产生质子动力用于ATP的合成、聚磷菌的生长和重新在细胞内储存多聚磷酸盐颗粒。废水中磷就是因此被吸收，再通过排除剩余生物污泥即可实现废水中磷的去除[2]。
影响PAOs生长的因素较多，包含碳源物质的浓度与种类、进水碳磷比、进水pH值、温度及污泥龄、溶氧等，其中碳源浓度与种类对PAOs生长影响很大[3]，EBPR运行中常常存在聚磷菌吸收利用的小分子有机酸含量供应不足的问题，严重影响生物除磷效果，因此需要投加额外的碳源以维持EBPR稳定运行。目前研究表明乙酸或丙酸均能使EBPR获得较好的除磷效果，但添加工业级的乙酸、丙酸将增加运行成本，经济上不可行，所以寻找其他低成本的碳源对EBPR技术改进有着重要意义。近年来有文献报道易腐垃圾的厌氧水解能产生高浓度的有机酸，除了含有乙酸、丙酸外，还含有较高浓度的丁酸，可望用做PAOs的潜在碳源。本课题探索丁酸为碳源驯化EBPR污泥的可行性，以期为工程应用提供理论与技术依据，并在工程应用中实现节约成本、节能高效的目的。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 种子污泥
种子污泥取自南京市江心洲污水处理厂生化池
1.1.2 污水水质
采用人工配水，配方如下（g/L）：有机酸0.3（以COD浓度计300 mg/L，以质量浓度计为乙酸281 mg/L或丁酸165 mg/L），NaCl 0.1，NH4Cl 0.061，MgSO47H2O 0.04，K2HPO43H2O 0.09，CaCl22H2O 0.008，蛋白胨0.005，烯丙基硫脲 0.01，微量元素溶液0.5 mL，pH7.5。微量元素溶液的配方如下（g/L）[4]: FeCl36H2O 1.5， H3BO3 0.15 ，CuSO45H2O 0.03， KI 0.18 ，MnCl24H2O 0.12 ，NaMoO42H2O 0.06，ZnSO47H2O 0.12，CoCl26H2O 0.15，EDTA 10。上述废水中氨氮浓度为16 mg/L，磷浓度为12 mg/L，COD:N:P为100:5.3:4。
1.2 方法
1.2.1装置启动及运行方法
实验装置采用有机玻璃制成的序批式生物反应器（SBR）[5]，反应器高30 cm，内径15 cm，有效容积3.4 L。设置2套SBR，其中以乙酸为进水碳源的反应器记为SBR1，以丁酸为进水碳源的反应器记为SBR2。两套装置除进水碳源不同外，其启动与运行条件相同。
装置接种初始污泥5 g/L后，加入人工废水，开始按周期运行。反应器运行周期为8 h，包括进水0.25 h，厌氧搅拌2 h，好氧曝气4 h，静置沉淀0.5 h，沉淀排水0.25 h，闲置1 h。周期的厌氧阶段靠磁力搅拌器使污泥保持悬浮状态，好氧阶段采用微型曝气器供氧，曝气量均为0.88 L/min。2套装置的运行温度均为22±1℃，每个运行周期控制换水比50%。运行过程中每天定时排泥，使反应器混合液30 min沉降比保持在30%，污泥停留时间（SRT）控制在20 d左右。
1.2.2化学分析方法
每天取样测定厌氧末期时混合液中磷酸根的浓度，以及好氧末期时出水中磷酸根浓度。待所有装置达到运行稳态后，取一个运行周期连续取样，即每隔30 min从反应器内取出污泥混合液30 mL，6000 r/min离心沉淀污泥，上清液用于COD、磷酸根的测定，沉淀污泥冻干后用于总磷和PHA含量的测定。
出水中COD浓度采用重铬酸钾氧化法测定[6]，磷酸根浓度采用钼锑分光光度法测定[7]，混合液中MLSS浓度采用烘干称法测定，MLVSS含量根据550℃灼烧后失重法测定。
污泥中总磷的测定采用过硫酸钾消解钼锑抗分光光度法测定[7]。首先从SBR中取活性污泥30 ml，6000 r/min离心5 min后去除上清液，再以等体积的去离子水离心洗涤2次，所得污泥样品在35℃、0.077 mbar下冷冻干燥24 h。准确称取污泥0.08 g左右（准确至0.0001g），加入150 ml具塞三角瓶中，再加入15 ml去离子水和10mL 10%过硫酸钾，加塞后置于蒸汽灭菌锅内，121℃消解30 min，消解液冷却后用中速滤纸过滤，然后将所得滤液转移至50 mL容量瓶中定容，取50μL用钼锑抗分光光度法测定磷的浓度。
污泥中糖原的测定采用苯酚硫酸法测定[8]，取5 mL污泥混合液加入配有螺旋盖的刻度试管中，立即加入含有0.5 mL，6 mol/L HCl,在100℃水浴恒温下消解2 h，冷却后用0.25 mL、10 mol/L的NaOH溶液中和，再加入0.5 mL、0.9 mol/L的磷酸缓冲液，5000 r/min离心10 min，取上清液用苯酚硫酸法测定。
污泥中PHA含量采用Law等紫外分光光度法测定[9]。从反应器中取污泥混合液30 mL，按1%（v/v）的比例与37%甲醛混合以抑制污泥中微生物的活性，混合液经离心后去除上清液，再以等体积的磷酸盐缓冲液洗涤并离心，所得污泥样品在35℃、0.077 mbar下冰冻干燥24 h，称取冻干污泥约0.01 g加入有螺旋扣塑料帽的玻璃管中，加入2 mL氯仿和2 mL酸化甲醇（含有3%H2SO4）紧紧密封盖子，在100℃恒温下消解2 h，冷却到室温后加入1 mL的纯水，混合后剧烈震荡5 min，静置1 h以实现相的分离，然后转移出下层的氯仿相加入另一个试管中。置50℃水浴加热除去三氯甲烷，加入 10 mL浓H2SO4，在100℃水浴中加热10 min，冷却并充分混匀，然后用浓H2SO4作空白对照，在235 nm处测OD值。用电子天平准确称取0.01 g标准品（sigmaCAS80181313），加入20 mL三氯甲烷，充分溶解混匀，从中吸取2 mL，加入198 mL氯仿，混均溶解，其浓度为5μg/mL，再从该溶液中分别吸取1、2、3、4、5、6、7 mL加入7支干燥带塞的刻度试管中，50℃水浴加热除去三氯甲烷，按上述方法测定，以浓度为横坐标，OD值为纵坐标作图，即可得到标准曲线。
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摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 材料 2
1.1.1 种子污泥2
1.1.2污水水质2
1.2 方法 2
1.2.1 装置启动及运行方法2
1.2.2 化学分析方法3
1.2.3 聚磷菌染色检测3
2 结果与分析4
2.1 EBPR污泥驯化期间反应器对磷的去除效果4
2.2 EBPR污泥驯化过程中污泥中含磷量的动态变化5
2.3 EBPR污泥驯化过程中聚磷菌的染色观察6
2.4 SBR 稳定运行的周期特征7
3小结与讨论8
致谢9
参考文献9
以丁酸为碳源驯化EBPR污泥的可行性研究
引言
强化生物除磷技术（EBPR）已经广泛运用于城市生活污水的生物处理中，对于削减磷的排放，控制水体富营养化具有十分重要的作用[1]。EBPR依赖聚磷菌（PAOs）的超量吸收，首先在厌氧条件下吸收废水中的小分子有机酸并转化为聚羟基烷酸（polyhydroxyalkanoate，PHA）储存起来，同时将细胞内的多聚磷酸盐（polyphosphate，polyP）水解产生ATP，用于乙酸的吸收，并将其转化成乙酰辅酶A和形成质子动力，此时ATP的水解会导致磷的释放。部
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
分乙酰辅酶A经TCA循环氧化产生NADH，它为乙酰辅酶A转化为PHB提供还原力。在随后的好氧环境下，细胞储存的PHB经TCA循环氧化分解产生质子动力用于ATP的合成、聚磷菌的生长和重新在细胞内储存多聚磷酸盐颗粒。废水中磷就是因此被吸收，再通过排除剩余生物污泥即可实现废水中磷的去除[2]。
影响PAOs生长的因素较多，包含碳源物质的浓度与种类、进水碳磷比、进水pH值、温度及污泥龄、溶氧等，其中碳源浓度与种类对PAOs生长影响很大[3]，EBPR运行中常常存在聚磷菌吸收利用的小分子有机酸含量供应不足的问题，严重影响生物除磷效果，因此需要投加额外的碳源以维持EBPR稳定运行。目前研究表明乙酸或丙酸均能使EBPR获得较好的除磷效果，但添加工业级的乙酸、丙酸将增加运行成本，经济上不可行，所以寻找其他低成本的碳源对EBPR技术改进有着重要意义。近年来有文献报道易腐垃圾的厌氧水解能产生高浓度的有机酸，除了含有乙酸、丙酸外，还含有较高浓度的丁酸，可望用做PAOs的潜在碳源。本课题探索丁酸为碳源驯化EBPR污泥的可行性，以期为工程应用提供理论与技术依据，并在工程应用中实现节约成本、节能高效的目的。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 种子污泥
种子污泥取自南京市江心洲污水处理厂生化池
1.1.2 污水水质
采用人工配水，配方如下（g/L）：有机酸0.3（以COD浓度计300 mg/L，以质量浓度计为乙酸281 mg/L或丁酸165 mg/L），NaCl 0.1，NH4Cl 0.061，MgSO47H2O 0.04，K2HPO43H2O 0.09，CaCl22H2O 0.008，蛋白胨0.005，烯丙基硫脲 0.01，微量元素溶液0.5 mL，pH7.5。微量元素溶液的配方如下（g/L）[4]: FeCl36H2O 1.5， H3BO3 0.15 ，CuSO45H2O 0.03， KI 0.18 ，MnCl24H2O 0.12 ，NaMoO42H2O 0.06，ZnSO47H2O 0.12，CoCl26H2O 0.15，EDTA 10。上述废水中氨氮浓度为16 mg/L，磷浓度为12 mg/L，COD:N:P为100:5.3:4。
1.2 方法
1.2.1装置启动及运行方法
实验装置采用有机玻璃制成的序批式生物反应器（SBR）[5]，反应器高30 cm，内径15 cm，有效容积3.4 L。设置2套SBR，其中以乙酸为进水碳源的反应器记为SBR1，以丁酸为进水碳源的反应器记为SBR2。两套装置除进水碳源不同外，其启动与运行条件相同。
装置接种初始污泥5 g/L后，加入人工废水，开始按周期运行。反应器运行周期为8 h，包括进水0.25 h，厌氧搅拌2 h，好氧曝气4 h，静置沉淀0.5 h，沉淀排水0.25 h，闲置1 h。周期的厌氧阶段靠磁力搅拌器使污泥保持悬浮状态，好氧阶段采用微型曝气器供氧，曝气量均为0.88 L/min。2套装置的运行温度均为22±1℃，每个运行周期控制换水比50%。运行过程中每天定时排泥，使反应器混合液30 min沉降比保持在30%，污泥停留时间（SRT）控制在20 d左右。
1.2.2化学分析方法
每天取样测定厌氧末期时混合液中磷酸根的浓度，以及好氧末期时出水中磷酸根浓度。待所有装置达到运行稳态后，取一个运行周期连续取样，即每隔30 min从反应器内取出污泥混合液30 mL，6000 r/min离心沉淀污泥，上清液用于COD、磷酸根的测定，沉淀污泥冻干后用于总磷和PHA含量的测定。
出水中COD浓度采用重铬酸钾氧化法测定[6]，磷酸根浓度采用钼锑分光光度法测定[7]，混合液中MLSS浓度采用烘干称法测定，MLVSS含量根据550℃灼烧后失重法测定。
污泥中总磷的测定采用过硫酸钾消解钼锑抗分光光度法测定[7]。首先从SBR中取活性污泥30 ml，6000 r/min离心5 min后去除上清液，再以等体积的去离子水离心洗涤2次，所得污泥样品在35℃、0.077 mbar下冷冻干燥24 h。准确称取污泥0.08 g左右（准确至0.0001g），加入150 ml具塞三角瓶中，再加入15 ml去离子水和10mL 10%过硫酸钾，加塞后置于蒸汽灭菌锅内，121℃消解30 min，消解液冷却后用中速滤纸过滤，然后将所得滤液转移至50 mL容量瓶中定容，取50μL用钼锑抗分光光度法测定磷的浓度。
污泥中糖原的测定采用苯酚硫酸法测定[8]，取5 mL污泥混合液加入配有螺旋盖的刻度试管中，立即加入含有0.5 mL，6 mol/L HCl,在100℃水浴恒温下消解2 h，冷却后用0.25 mL、10 mol/L的NaOH溶液中和，再加入0.5 mL、0.9 mol/L的磷酸缓冲液，5000 r/min离心10 min，取上清液用苯酚硫酸法测定。
污泥中PHA含量采用Law等紫外分光光度法测定[9]。从反应器中取污泥混合液30 mL，按1%（v/v）的比例与37%甲醛混合以抑制污泥中微生物的活性，混合液经离心后去除上清液，再以等体积的磷酸盐缓冲液洗涤并离心，所得污泥样品在35℃、0.077 mbar下冰冻干燥24 h，称取冻干污泥约0.01 g加入有螺旋扣塑料帽的玻璃管中，加入2 mL氯仿和2 mL酸化甲醇（含有3%H2SO4）紧紧密封盖子，在100℃恒温下消解2 h，冷却到室温后加入1 mL的纯水，混合后剧烈震荡5 min，静置1 h以实现相的分离，然后转移出下层的氯仿相加入另一个试管中。置50℃水浴加热除去三氯甲烷，加入 10 mL浓H2SO4，在100℃水浴中加热10 min，冷却并充分混匀，然后用浓H2SO4作空白对照，在235 nm处测OD值。用电子天平准确称取0.01 g标准品（sigmaCAS80181313），加入20 mL三氯甲烷，充分溶解混匀，从中吸取2 mL，加入198 mL氯仿，混均溶解，其浓度为5μg/mL，再从该溶液中分别吸取1、2、3、4、5、6、7 mL加入7支干燥带塞的刻度试管中，50℃水浴加热除去三氯甲烷，按上述方法测定，以浓度为横坐标，OD值为纵坐标作图，即可得到标准曲线。
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