水蚯蚓死亡蟲體對聚磷菌除磷過程的影響結(jié)題總結(jié)報告確定版

1、水蚯蚓死亡蟲體對聚磷菌除磷過程的影響水蚯蚓死亡蟲體對聚磷菌除磷過程的影響程丹峰、王峰云、任鴻梅、趙一帆浙江工商大學環(huán)境科學與工程學院，杭州，310035摘要：摘要：水蚯蚓污泥減量效果毋庸置疑，這在前人的研究中已多次得到證實。但有研究者發(fā)現(xiàn)，水蚯蚓污泥減量系統(tǒng)在達到污泥減量效果的同時，也出現(xiàn)了出水氮、磷濃度升高的現(xiàn)象。大多數(shù)研究者針對這一現(xiàn)象進行了工藝改良，僅有少部分研究者對該現(xiàn)象進行了機理研究。本文首次研究了水蚯蚓殘體對聚磷微生物厭氧段釋磷、好氧段吸磷過程的影響。結(jié)果表明，水蚯蚓殘體進入污水系統(tǒng)后對于其初始磷濃度沒有顯著影響。然而，厭氧段釋磷卻隨著水蚯蚓殘體添加量的增加而增加，2.5%和5.0

2、%死亡率處理下厭氧段釋磷效率分別比對照提高了 31.1%和 57.3%。并且，活性污泥 pha 含量隨著水蚯蚓殘體體液的添加而增加。據(jù)報道，奇數(shù)型碳源能引起 phv合成的增加，因此可推測水蚯蚓殘體中某些奇數(shù)型有機物可能是促進厭氧段釋磷效率的原因之一。但是，好氧段中的污水亞硝酸鹽含量卻有所增高，這對于聚磷微生物吸磷而言具有一定的抑制作用。因此，盡量避免水蚯蚓殘體分解過程中產(chǎn)生的亞硝酸鹽是減輕水蚯蚓殘體影響除磷過程的有效手段之一。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：水蚯蚓、除磷、厭氧、好氧1、 引言引言目前，世界上超過 90%的城市污水處理系統(tǒng)都采用了活性污泥法。隨著污水處理設(shè)施的進一步普及、處理量的增加、處理標準的

3、提高和處理功能的拓展，活性污泥法處理工藝的最終產(chǎn)物剩余污泥的產(chǎn)生量也在大幅度地增加。如果不進行妥善的處理與處置，將會對環(huán)境造成直接或潛在的污染?，F(xiàn)有的污泥處理處置技術(shù)通常所需資金巨大，如在發(fā)達國家，污泥處理處置費用占污水處理廠總基建費用的比例高達 60-70%，因而亟需一種可持續(xù)發(fā)展的污泥處置新技術(shù)。近年來，有研究發(fā)現(xiàn)環(huán)節(jié)動物門寡毛綱顫蚓科分節(jié)蠕蟲（俗稱水蚯蚓） ，能大量攝食污泥，每天的食泥量可達本身體積的 8-9 倍。這種低成本且不產(chǎn)生二次污染的微型動物攝食污泥減量法，因其不可比擬的優(yōu)勢成為了研究的熱點。浙江工商大學環(huán)境仿真與水污染控制課題組也在此方面做了大量研究，并且與諸暨菲達宏宇環(huán)境發(fā)展

4、有限公司合作建立了“水蚯蚓-微生物共生系統(tǒng)”。從運行監(jiān)測 2 個多月內(nèi)的結(jié)果來看，該共生系統(tǒng)在達到污泥減量的同時，保持了出水水質(zhì)的達標。其中，對污水中磷的去除效果尤為明顯。然而，huang 等曾報道，將基于顫蚓攝食的污泥減量技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合，考察其組合工藝對污水處理效果的影響，發(fā)現(xiàn)出水中磷的含量有所增加，這顯然與本課題組所得到的試驗結(jié)果有較大的出入。但是，由于對“水蚯蚓-微生物共生系統(tǒng)”的研究正處于起步階段，其中涉及的許多機理尚未探究清楚，不足以解釋造成此差別的原因。因此，本項目試圖就“水蚯蚓-微生物共生系統(tǒng)”的除磷機理進行深入研究，考察水蚯蚓蟲體的存在對該共生系統(tǒng)除磷過程的影響。2

5、、 材料與方法材料與方法2.1 聚磷菌的馴化聚磷菌的馴化本試驗采用連續(xù)運行的sbr 反應(yīng)器進行聚磷菌的馴化。sbr 是序批式活性污泥法（sequencing batch reactor activated sludge process）的字母縮寫。sbr反應(yīng)器的特點是以時間順序來分割流程各單元，整個過程對于單個操作單元而言是間歇進行的。典型的 sbr 系統(tǒng)分為進水、反應(yīng)、沉淀、排水與閑置五個階段。每個周期由 2.5 h 厭氧段和 3 h 好氧段組成，通過定時器控制攪拌和曝氣的時間。此外在 sbr反應(yīng)器中放入便攜式 do 和 ph 檢測儀，在線檢測反應(yīng)過程中 do 和 ph 的變化，利用naoh

6、 和 hcl 調(diào)節(jié) ph 值使其控制在 7.58.0，而 do 控制在 23 mg/l。試驗運行期間用空調(diào)控制室溫為 20。在每個周期開始時按比例加入 a 液和 b 液（a 液：丙酸 3.5 ml/l 或無水乙酸鈉 7.2 g/l、nh4cl 1.53 g/l、mgso47h2o 1.23 g/l、無水 cacl2 0.15 g/l、atu 0.008 g/l、蛋酵 1 ml/l、微量元素 4 ml/l；b 液：kh2po4 6 g/l；naoh 4 g/l、10%hcl 用于調(diào)節(jié) ph），裝置運行初期每天洗泥 1 次，以減少雜菌的競爭，除磷效率穩(wěn)定后可不洗?？紤]到 paos 主要是在厭氧段吸

7、收營養(yǎng)物質(zhì)，而雜菌主要是在好氧段吸收，故在厭氧段結(jié)束后用去離子水洗去營養(yǎng)物質(zhì)。2.2 水蚯蚓殘體對厭氧段吸磷和好氧段放磷過程研究水蚯蚓殘體對厭氧段吸磷和好氧段放磷過程研究2.2.1 厭氧階段厭氧階段 試驗用活性污泥（聚磷菌）取自 sbr 工藝運行周期的好氧階段末期，試驗前用蒸餾水清洗污泥 3 次以去除營養(yǎng)物質(zhì)。初始污泥濃度調(diào)整為 5000 mg/l。本試驗研究所用水蚯蚓取自當?shù)匚鬯幚韽S，以霍夫水絲蚓（hoffmeisteri）為主。試驗前，先將水蚯蚓充分研磨，并于 15000 rpm 下離心 15 min，收集上清液待用。 試驗于 50 ml 塑料離心管中進行，分別加入 10 ml 活性污泥

8、 （控制 mlss 為2500mg/l），20ml 營養(yǎng)液和 10ml 不同濃度的水蚯蚓殘體。據(jù)當?shù)匚鬯幚韽S的實際運行情況可知，系統(tǒng)水蚯蚓密度為 12-16 mg/mg vss。在運行良好的情況下，系統(tǒng)中水蚯蚓蟲體死亡率低于 5。因此，本測試中水蚯蚓殘體濃度相應(yīng)調(diào)整為 1440 mg/l 和 2880 mg/l。分別代表 2.5和 5.0蟲體死亡率。 各反應(yīng)器通入氮氣 2.5 h 以維持厭氧條件，然后曝氣 3 h 以形成好氧條件。試驗參照組加入 10 ml 蒸餾水代替水蚯蚓殘體。2.2.2 好氧階段好氧階段 好氧段試驗用到的活性污泥（聚磷菌），取自 sbr 工藝運行周期的厭氧階段末期。將30

9、 ml 的污泥與 10 ml 不同濃度的水蚯蚓殘體體液放置于 50 ml 離心管，保持活性污泥濃度 2500 mg / l。然后持續(xù)用泵充氧 3 h。對照處理用 10 ml 蒸餾水代替水蚯蚓殘體。2.3 采樣和分析方法采樣和分析方法分別于厭氧和好氧階段的開始及結(jié)束時刻去水樣，然后立即在轉(zhuǎn)速為 15000 轉(zhuǎn)下離心 5 min，以分離上清液及污泥樣本。 總磷、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽濃度根據(jù)中國國家環(huán)保總局（國家環(huán)?？偩?，2002 年）的標準方法決定。部分污泥樣品用真空冷凍干燥機凍干，用于 pha 測定。2.4 pha 測定測定pha 的測定參考 oehmen 等(2005)的方法，利用氣質(zhì)聯(lián)用儀

10、進行分析。 3、結(jié)果、結(jié)果為了進一步研究水蚯蚓死亡后殘留于活性污泥系統(tǒng)對其除磷過程的影響，我們重點研究了水蚯蚓殘體體液對除磷微生物厭氧段放磷和好氧段吸磷的影響。結(jié)果表明，按 0、2.5%和 5.0%死亡率計算，添加了不同量的殘體體液后，厭氧段進水濃度（圖 1）及好氧段進水濃度（圖 2）均無顯著差異。然而，厭氧段釋磷量卻可隨著殘體體液添加量的增加而增加（圖 1），2.5%和 5.0%死亡率處理下厭氧段釋磷效率分別比對照提高了 31.1%和57.3%（圖 3）。這可能是由于水蚯蚓殘體體液中富含某些有機物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、氨基酸、有機酸等。這些有機物質(zhì)通常被認為可作為除磷微生物所需的碳源被利用，從而促進

11、了厭氧段的釋磷效率。為了驗證這一猜想，我們進一步分析了個處理下除磷微生物存儲胞內(nèi)物質(zhì) pha 的能力(oehmen 等，2007)。結(jié)果表明，活性污泥 pha 含量隨著水蚯蚓殘體體液的添加而增加。并且，pha 的增加主要表現(xiàn)為中成分之一 phv 的合成增加（圖 4）。據(jù)報道，奇數(shù)型碳源能引起 phv 合成的增加（comeau 等，1987），因此可推測水蚯蚓殘體中某些奇數(shù)型有機物可能是促進厭氧段釋磷效率的原因之一。圖 1 厭氧段進水、出水及好氧段出水 tp 濃度。試驗處理為在厭氧段初始添加不同量的水蚯蚓體液，添加量按 0、2.5%和 5.0%死亡率計算，每個處理重復 6 次。圖 2 好氧段進水

12、和出水 tp 濃度。試驗處理為在好氧段初始添加不同量的水蚯蚓體液，添加量按 0、2.5%和 5.0%死亡率計算，每個處理重復 6 次。圖 3 水蚯蚓殘體體液對厭氧段活性污泥釋磷過程的影響。試驗處理為在厭氧段初始添加不同量的水蚯蚓體液，添加量按 0、2.5%和 5.0%死亡率計算，每個處理重復 6 次。圖 4 厭氧段及好氧段結(jié)束時活性污泥 pha 含量。試驗處理為在好氧段初始添加不同量的水蚯蚓體液，添加量按 0、2.5%和 5.0%死亡率計算，每個處理重復 6 次。另一方面，好氧段吸磷效率也出現(xiàn)了增強的趨勢，2.5%和 5.0%死亡率處理下好氧段吸磷效率分別比對照提高了 20.0%和 32.8%

13、（圖 3）。然而，好氧段吸磷效率的增加量仍低于厭氧段釋磷效率，因而整個過程的除磷效率仍然有所降低。與此同時，我們也發(fā)現(xiàn)了好氧段 phb 的消耗有所降低，這一現(xiàn)象表明存在某些原因引起好氧段 phb 利用效率的下降（圖 4）。此外，若僅僅將水蚯蚓殘體體液添加于好氧段初始。好氧段結(jié)束時出水 tp 濃度仍有所增加（圖 5）。為了弄清上述原因，我們進步一分析了僅在好氧段添加水蚯蚓體液后除磷微生物 pha 含量的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各處理間 pha 含量沒有顯著差異（圖 6）。有報道指出除磷微生物利用各種碳源物質(zhì)的階段僅僅在厭氧段(pereira 等，1996; mino 等，1998; hesselmann

14、 等，2000)，因而各處理間 pha 含量沒有差異也十分合理。為進一步弄清水蚯蚓體液影響除磷的原因，我們還分析了污泥系統(tǒng)中 nh4+-n、no3n和 no2-n 這些氮源的變化。結(jié)果表明，各處理間 nh4+-n 含量沒有顯著變化，no3n 含量則低于檢出限。因此，nh4+-n 與 no3n 的變化對于系統(tǒng)除磷過程的影響可排除。然而，添加水蚯蚓體液初始就能發(fā)現(xiàn) no2-n 含量增加數(shù)倍，厭氧段結(jié)束時 5.0%死亡率處理 no2-n 含量比對照增加了 60%（圖 7）。同樣地，僅在好氧段添加水蚯蚓殘體體液也引起好氧段 no2-n 含量的增加（圖 8）。眾所周知，硝酸鹽對于細菌的生長和呼吸過程具有

15、一定抑制作用 (rowe 等，1979；yarbrough 等，1980)。水蚯蚓殘體體液中引入的硝酸鹽可能是其引起除磷效率降低的可能原因之一。圖 5 水蚯蚓殘體體液對好氧段活性污泥吸磷過程的影響。試驗處理為在好氧段初始添加不同量的水蚯蚓體液，添加量按 0、2.5%和 5.0%死亡率計算，每個處理重復 6 次。圖 6 好氧段結(jié)束時活性污泥 pha 含量。試驗處理為在好氧段初始添加不同量的水蚯蚓體液，添加量按0、2.5%和 5.0%死亡率計算，每個處理重復 6 次。圖 7 各處理間 nh4+ (a) 和 no2- (b)含量變化。試驗處理為在厭氧段初始添加不同量的水蚯蚓體液，添加量按 0、2.5

16、%和 5.0%死亡率計算，每個處理重復 6 次。圖 8 各處理間 nh4+ (a) 和 no2- (b)含量變化。試驗處理為在好氧段初始添加不同量的水蚯蚓體液，添加量按 0、2.5%和 5.0%死亡率計算，每個處理重復 6 次。參考文獻1wei,y.s., zhu,h., wang,y.w., li,j.f., zhang,p.x. ,hu,j., liu,j.x. nutrients release and phosphorus distribution during oligochaetes predation on activated sludge. biochemical engine

17、ering journal. 2009. 43: 239-245.2huang x., liang p., qian y. excess sludge reduction induced by tubifex tubifex in a recycled sludge reactor. journal of biotechnology. 2007. 127 (3): 443451.3oehmen, a., lemosa, p.c., carvalhoa, g., yuan, z.g., kellerb, j., blackallb, l.l., reis, m.a.m. advances in

18、enhanced biological phosphorus removal: from micro to macro scale. water research. 2007. 41: 2271-2300.4comeau, y., rabionwitz, b., hall, k.j., oldham, w.k. phosphate release and uptake in enhanced biological phosphorus removal from wastewater. journal of the water pollution control federation. 1987

19、. 59 (7): 707715.5pereira, h., lemos, p.c., reis, m.a.m., cresp, j.p.s.g., carrond, m.j.t., santos, h. model for carbon metabolism in biological phosphorus removal processes based on in vivo 13c-nmr labeling experiments. water research. 1996. 30: 2128-2138.6mino, t., van loosdrecht, m.c.m., heijnen, j.j. microbiology and biochemistry of the enh