磷酸盐生物强化MBR工艺对微生物特性的影响

赵佳佳　余海霞　何　平　董翠维

（杭州市环境监测中心站浙江杭州310007）

磷酸盐生物强化MBR工艺对微生物特性的影响

赵佳佳余海霞何平董翠维

（杭州市环境监测中心站浙江杭州310007）

微生物生长离不开合成代谢的物质，例如有机碳、无机碳、氧气、氮、磷和微量元素。试验中膜生物反应器进水水质较好，有机物及氨氮含量较低，这对于反应器中微生物的生长较为不利，使得饮用水处理中的MBR生物量明显少于污水处理工艺，因而微生物作用效果相对较差，出水水质不理想。为提高MBR工艺的处理效率，对该工艺中的微生物进行必要的强化是提高工艺处理效果的有效的方法之一。

磷酸盐生物强化；MBR；微生物特性；EPS；SMP

1　引言

管网中常常投加一定浓度的磷酸盐来抑制管壁腐蚀，然而带来的不利后果是细菌加快繁殖生长，但也由此看出，磷元素有助于微生物的生长。日本和芬兰有研究指出，供水管网中对微生物起到抑制作用的是磷而不是有机碳[1]。细胞需要吸收磷酸盐来生长、运动以及进行正常的日常活动。当缺乏磷时，微生物可以以其他元素替代，但是这仅仅在某一特定情况下才会发生。环境中的磷元素通常分为有机磷和无机磷，在水中常常以磷酸盐作为研究对象[1]。

磷是微生物生长必不可少的元素。试验原水中磷酸盐浓度小于0.1 mg L-1，微生物生长受到抑制[1]，势必会抑制MBR反应器中微生物的生长，影响生物活性和多样性。为了改善现有MBR中微生物的不良生长状况，试验中采用直接向反应柱中投加磷酸盐的方式来提高反应器中磷的浓度，促进微生物生长，强化其对微污染原水中污染物质的代谢。

2　EPS和SMP的变化

胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物产物（SMP）是表征膜生物反应器中污泥特性的重要指标。EPS是微生物在一定条件下所分泌出的一些高分子聚合物，以含水凝结状态与微生物粘结在一起。而SMP则被认为是水中溶解性TOC的主要成分，主要来自于微生物基质的分解过程和内源呼吸过程。EPS和SMP的主要组成均为多糖和蛋白质。

试验中采用投加磷酸盐营养液来强化膜生物反应器中微生物对有机物的利用。活性污泥中EPS和SMP在一定程度上与微生物活性及其生长代谢相关。当微生物长期处于贫营养状态时，微生物的内源呼吸加剧，导致大量死亡，对反应器中EPS、SMP和活性污泥微生物自身均会有很大影响。从蛋白质的角度研究分析，EPS中的蛋白质组分属于胞外酶，水中营养物质的生化降解将会产生高浓度的胞外酶，当原水中营养物质不足时，活性污泥中的微生物进行内源呼吸。

图1　不同强化阶段反应器中污泥EPS荧光光谱

试验中采用荧光光谱分析提取出的EPS和SMP，直观的对比了磷酸盐强化前后不同组分浓度的变化，进而分析磷酸盐对微生物活性的作用。

装置稳定运行的不同阶段中，EPS的荧光光谱情况见图1。由图可知，磷酸盐投加情况下，EPS呈下降趋势。说明在磷酸盐强化过程中，微生物细胞活性增大，代谢旺盛，底物消耗加快，当微生物处于贫营养状态时，对代谢产物有了一定的降解能力，因而EPS中能生物降解的多糖和蛋白质被微生物作为碳源所利用。

图2为不同强化阶段反应器中污泥SMP荧光光谱图。从图中可以看出，投加磷酸盐后，反应器中SMP呈上升趋势，可能是少量细胞自溶[2]。

图2　不同强化阶段反应器中污泥SMP荧光光谱

3　结语

微生物强化后，活性污泥的EPS降低，SMP略有升高，EPS中可生物利用组分进一步被去除。由于贫营养状态，虽然微生物降解有机物能力有所提高，但有限的营养物质不能满足微生物活性提高所需的营养物质浓度，使得部分微生物进入内源呼吸阶段，比耗氧速率有所降低。

[1]常海庆,梁恒,高伟.膜生物反应器与预处理联用净化微污染引黄水库水.哈尔滨工业大学学报,2012,Vol.44(12):25-31.

[2]黄兴,孙宝盛,孙井梅,et al.,贫营养条件下EPS、SMP和微生物多样性的研究.环境科学,2009,Vol.30(5):1465-1474.

赵佳佳（1984—），女，温州苍南人，本科，工程师，主要研究方向：环境监测与管理。