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1、水蚯蚓死亡虫体对聚磷菌除磷过程的影响摘要：水蚯蚓污泥减量效果毋庸置疑，这在前人的研究中已多次得到证实。但有研究者发现，水蚯蚓污泥减量系统在达到污泥减量效果的同时，也出现了出水氮、磷浓度升高的现象。大多数研究者针对这一现象进行了工艺改良，仅有少部分研究者对该现象进行了机理研究。本文首次研究了水蚯蚓残体对聚磷微生物厌氧段释磷、好氧段吸磷过程的影响。结果表明，水蚯蚓残体进入污水系统后对于其初始磷浓度没有显著影响。然而，厌氧段释磷却随着水蚯蚓残体添加量的增加而增加，2.5%和5.0%死亡率处理下厌氧段释磷效率分别比对照提高了31.1%和57.3%。并且，活性污泥PHA含量随着水蚯蚓残体体液的添加而增加
2、。据报道，奇数型碳源能引起PHV合成的增加，因此可推测水蚯蚓残体中某些奇数型有机物可能是促进厌氧段释磷效率的原因之一。但是，好氧段中的污水亚硝酸盐含量却有所增高，这对于聚磷微生物吸磷而言具有一定的抑制作用。因此，尽量避免水蚯蚓残体分解过程中产生的亚硝酸盐是减轻水蚯蚓残体影响除磷过程的有效手段之一。关键词：水蚯蚓、除磷、厌氧、好氧1、 引言目前，世界上超过90%的城市污水处理系统都采用了活性污泥法。随着污水处理设施的进一步普及、处理量的增加、处理标准的提高和处理功能的拓展，活性污泥法处理工艺的最终产物剩余污泥的产生量也在大幅度地增加。如果不进行妥善的处理与处置，将会对环境造成直接或潜在的污染。现
3、有的污泥处理处置技术通常所需资金巨大，如在发达国家，污泥处理处置费用占污水处理厂总基建费用的比例高达60-70%，因而亟需一种可持续发展的污泥处置新技术。近年来，有研究发现环节动物门寡毛纲颤蚓科分节蠕虫（俗称水蚯蚓），能大量摄食污泥，每天的食泥量可达本身体积的8-9倍。这种低成本且不产生二次污染的微型动物摄食污泥减量法，因其不可比拟的优势成为了研究的热点。浙江工商大学环境仿真与水污染控制课题组也在此方面做了大量研究，并且与诸暨菲达宏宇环境发展有限公司合作建立了“水蚯蚓-微生物共生系统”。从运行监测2个多月内的结果来看，该共生系统在达到污泥减量的同时，保持了出水水质的达标。其中，对污水中磷的去除
4、效果尤为明显。然而，Huang等曾报道，将基于颤蚓摄食的污泥减量技术与传统活性污泥法相结合，考察其组合工艺对污水处理效果的影响，发现出水中磷的含量有所增加，这显然与本课题组所得到的试验结果有较大的出入。但是，由于对“水蚯蚓-微生物共生系统”的研究正处于起步阶段，其中涉及的许多机理尚未探究清楚，不足以解释造成此差别的原因。因此，本项目试图就“水蚯蚓-微生物共生系统”的除磷机理进行深入研究，考察水蚯蚓虫体的存在对该共生系统除磷过程的影响。2、 材料与方法2.1 聚磷菌的驯化本试验采用连续运行的SBR 反应器进行聚磷菌的驯化。SBR 是序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reacto
5、r Activated Sludge Process）的字母缩写。SBR反应器的特点是以时间顺序来分割流程各单元，整个过程对于单个操作单元而言是间歇进行的。典型的SBR 系统分为进水、反应、沉淀、排水与闲置五个阶段。每个周期由2.5 h厌氧段和3 h好氧段组成，通过定时器控制搅拌和曝气的时间。此外在SBR反应器中放入便携式DO和pH检测仪，在线检测反应过程中DO和pH的变化，利用NaOH和 HCl调节pH值使其控制在7.58.0，而DO控制在23 mg/L。试验运行期间用空调控制室温为20。在每个周期开始时按比例加入A液和B液（A液：丙酸3.5 mL/L或无水乙酸钠7.2 g/L、NH4Cl
6、1.53 g/L、MgSO47H2O 1.23 g/L、无水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用于调节pH），装置运行初期每天洗泥1次，以减少杂菌的竞争，除磷效率稳定后可不洗。考虑到PAOs主要是在厌氧段吸收营养物质，而杂菌主要是在好氧段吸收，故在厌氧段结束后用去离子水洗去营养物质。2.2 水蚯蚓残体对厌氧段吸磷和好氧段放磷过程研究2.2.1厌氧阶段 试验用活性污泥（聚磷菌）取自SBR工艺运行周期的厌氧阶段末期，试验前用蒸馏水清洗污泥三次以去除营养物质。初始污泥浓度
7、调整为5000 mg/L。本试验研究所用水蚯蚓取自当地污水处理厂，以水丝蚓hoffmeisteri为主。试验前，先将水丝蚓hoffmeisteri蠕虫充分研磨，并于15000 rpm下离心15分钟，收集上清液待用。 试验于50 mL塑料离心管中进行，分别加入10 mL活性污泥 （控制MLSS为2500mg/L），20mL,营养液和10mL不同浓度的水蚯蚓残体。据当地污水处理厂的实际运行情况知，系统水蚯蚓密度为1216 mg/mg VSS。在运行良好的情况下，系统水丝蚓hoffmeisteri虫体死亡率低于5。因此，本测试中水蚯蚓残体浓度相应调整为1440mg/L和2880mg/L。分别代表2.
8、5和5.0虫体死亡率。 各反应器通入氮气2.5 h以维持厌氧条件，然后曝气3 h以形成好氧条件。试验参照组加入10 mL蒸馏水代替水蚯蚓残体。2.2.2好氧阶段 在磷充分释放之后，试验用活性污泥（聚磷菌）取自SBR工艺运行周期的好氧阶段末期，经过磷的充分释放。 然后30毫升的污泥与10mL不同浓度的蠕虫浸出液被转移到每50 mL离心管，结果在2500 mg / L的混合液悬浮固体中。之后混合液被暴露在有氧条件下3小时并注入新鲜空气。控制试验也设定为10mL蒸馏水来代替蠕虫渗滤液。2.3采样和分析方法批量测试的六个平行样品测定在厌氧和好氧阶段的开始和结束，然后立即在转速为15000转下离心5分钟
9、，以分离上清液及污泥样本。 总磷，氨氮，硝酸盐，二氧化氮和氮在上清液的浓度根据中国国家环保总局（国家环保总局，2002年）的标准方法决定。然后用真空冷冻干燥机将污泥样品冻干，为PHA测定做准备。2.4 PHA 测定PHA 的测定参考Oehmen等(2005)的方法，利用气质联用仪进行分析。 3、结果为了进一步研究水蚯蚓死亡后残留于活性污泥系统对其除磷过程的影响，我们重点研究了水蚯蚓残体体液对除磷微生物厌氧段放磷和好氧段吸磷的影响。结果表明，按0、2.5%和5.0%死亡率计算，添加了不同量的残体体液后，厌氧段进水浓度（图1）及好氧段进水浓度（图2）均无显著差异。然而，厌氧段释磷量却可随着残体体液
10、添加量的增加而增加（图1），2.5%和5.0%死亡率处理下厌氧段释磷效率分别比对照提高了31.1%和57.3%（图3）。这可能是由于水蚯蚓残体体液中富含某些有机物质，如蛋白质、氨基酸、有机酸等。这些有机物质通常被认为可作为除磷微生物所需的碳源被利用，从而促进了厌氧段的释磷效率。为了验证这一猜想，我们进一步分析了个处理下除磷微生物存储胞内物质PHA的能力(Oehmen等，2007)。结果表明，活性污泥PHA含量随着水蚯蚓残体体液的添加而增加。并且，PHA的增加主要表现为中成分之一PHV的合成增加（图4）。据报道，奇数型碳源能引起PHV合成的增加（Comeau等，1987），因此可推测水蚯蚓残体中
11、某些奇数型有机物可能是促进厌氧段释磷效率的原因之一。图1 厌氧段进水、出水及好氧段出水TP浓度。试验处理为在厌氧段初始添加不同量的水蚯蚓体液，添加量按0、2.5%和5.0%死亡率计算，每个处理重复6次。图2好氧段进水和出水TP浓度。试验处理为在好氧段初始添加不同量的水蚯蚓体液，添加量按0、2.5%和5.0%死亡率计算，每个处理重复6次。图3 水蚯蚓残体体液对厌氧段活性污泥释磷过程的影响。试验处理为在厌氧段初始添加不同量的水蚯蚓体液，添加量按0、2.5%和5.0%死亡率计算，每个处理重复6次。图4 厌氧段及好氧段结束时活性污泥PHA含量。试验处理为在好氧段初始添加不同量的水蚯蚓体液，添加量按0、
12、2.5%和5.0%死亡率计算，每个处理重复6次。另一方面，好氧段吸磷效率也出现了增强的趋势，2.5%和5.0%死亡率处理下好氧段吸磷效率分别比对照提高了20.0%和32.8%（图3）。然而，好氧段吸磷效率的增加量仍低于厌氧段释磷效率，因而整个过程的除磷效率仍然有所降低。与此同时，我们也发现了好氧段PHB的消耗有所降低，这一现象表明存在某些原因引起好氧段PHB利用效率的下降（图4）。此外，若仅仅将水蚯蚓残体体液添加于好氧段初始。好氧段结束时出水TP浓度仍有所增加（图5）。为了弄清上述原因，我们进步一分析了仅在好氧段添加水蚯蚓体液后除磷微生物PHA含量的变化。结果发现，各处理间PHA含量没有显著差
13、异（图6）。有报道指出除磷微生物利用各种碳源物质的阶段仅仅在厌氧段(Pereira等，1996; Mino等，1998; Hesselmann等，2000)，因而各处理间PHA含量没有差异也十分合理。为进一步弄清水蚯蚓体液影响除磷的原因，我们还分析了污泥系统中NH4+-N、NO3N和NO2-N这些氮源的变化。结果表明，各处理间NH4+-N含量没有显著变化，NO3N含量则低于检出限。因此，NH4+-N与NO3N的变化对于系统除磷过程的影响可排除。然而，添加水蚯蚓体液初始就能发现NO2-N含量增加数倍，厌氧段结束时5.0%死亡率处理NO2-N含量比对照增加了60%（图7）。同样地，仅在好氧段添加水
14、蚯蚓残体体液也引起好氧段NO2-N含量的增加（图8）。众所周知，硝酸盐对于细菌的生长和呼吸过程具有一定抑制作用 (Rowe等，1979；Yarbrough等，1980)。水蚯蚓残体体液中引入的硝酸盐可能是其引起除磷效率降低的可能原因之一。图5水蚯蚓残体体液对好氧段活性污泥吸磷过程的影响。试验处理为在好氧段初始添加不同量的水蚯蚓体液，添加量按0、2.5%和5.0%死亡率计算，每个处理重复6次。图6好氧段结束时活性污泥PHA含量。试验处理为在好氧段初始添加不同量的水蚯蚓体液，添加量按0、2.5%和5.0%死亡率计算，每个处理重复6次。图7 各处理间NH4+ (a) 和 NO2- (b)含量变化。试
15、验处理为在厌氧段初始添加不同量的水蚯蚓体液，添加量按0、2.5%和5.0%死亡率计算，每个处理重复6次。图8 各处理间NH4+ (a) 和 NO2- (b)含量变化。试验处理为在好氧段初始添加不同量的水蚯蚓体液，添加量按0、2.5%和5.0%死亡率计算，每个处理重复6次。参考文献1 Wei,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 slu
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