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StudyonPHBandOURmonitoringandanalysisinA2/Osystem

ChenXi1，2，DaiXingchun1，HuangMinsheng1，GaoShang1，ZhuYong1，GaoYan1

（ofResourceandEnviromentalSciences，EastChinaNormalUniversity，Shanghai200062，China；

ofResources&Envinonment，AnqingTeachersCollege，Anqing246011，China）

A2/O系统PHB和OUR监测及其分析研究

陈曦1，2，戴兴春1，黄民生1，高尚1，朱勇1，高岩1

（1.华东师范大学资源与环境学院，上海200062；2.安庆师范学院资源环境学院，安徽安庆246011）

［摘要］A2/O系统中，温度的升高可以促进聚磷菌代谢速率，从而促进PHB的合成，但温度对PHB合成的影响

是有限制的。厌氧池中PHB含量与系统中F/M呈显著的正相关性。厌氧池中PHB的合成量随厌氧释磷量的增加

而增加。OUR可表征A2/O系统对有机物的去除效率，硝化OUR可表征硝化功能的变化，常规OUR值介于7.1~

13.3mg/（g·h），硝化OUR值介于0.88~2.95mg/（g·h）。温度对提高活性污泥的OUR有明显作用。硝化OUR的高效

区是温度介于25~33℃，NO3

--N质量浓度介于9.2~11.0mg/L。提高F/M对OUR有促进作用。

［关键词］A2/O；聚羟基丁酸酯；呼吸好氧速率；聚磷菌

［中图分类号］TU991.21［文献标识码］A［文章编号］1005-829X（2009）09-0077-04

Abstract：InA2/Osystem，reaoftemperaturecan

promotethePAOmetabolismrate，BcontentandsystemF/Mare

thesisquantityofPHBincreaswiththequantityofanaerobicphosphorus

anismremovalefficiencyofA2/OsystemcanbecharacterizedbyOUR，andthenitrification

ventionalOURvalueisbetween7.1

mg/（g·h）and13.3mg/（g·h），nitrificationOURvaluesisbetween0.88mg/（g·h）and2.95mg/（g·h）.

icienttemperaturerangeof

nitrificationOURisbetween25-33℃，andNO

3

--Nconcentrationisbetween9.2-11.0mg/ingtheF/M

actsonthepromotionofOUR.

Keywords：A2/O；PHB；OUR；phosphorusaccumulationorganism

第29卷第9期

2009年9月

工业水处理

IndustrialWaterTreatment

Vol．29No．9

Sep.，2009

［基金项目］上海市建设与交通委员会重大科技攻关项目（重科2007-07）

A2/O系统的脱氮除磷功能主要是通过厌氧、缺

氧和好氧3种环境的交替运行，将不同种类的微生

物如聚磷菌（PAO）、反硝化细菌、硝化细菌以及异养

细菌同存于一个系统之中，从而实现脱氮除磷以及

去除有机物的功能。

非稳态条件下活性污泥具有吸收有机物并将之

以多聚物（PHB等）形式储存在细胞内的能力，微生

物细胞内的PHB代谢已被证明是影响脱氮除磷功

能的一个关键过程。田淑媛等〔1〕的研究表明：好氧条

件下，活性污泥在大量吸收磷的同时，PHB迅速减

少，微生物体内积聚的磷迅速增多，并且厌氧条件下

合成的PHB越多，则好氧条件下聚磷量越大。王亚

宜〔2〕等认为：内源反硝化脱氮速率取决于细胞内

PHB的贮存量，当反硝化聚磷微生物细胞内的PHB

被耗尽、微生物处于极度饥饿状态时，内源反硝化速

率很低，同时也不发生吸磷反应；污水中的挥发性有

机酸（VFA）含量越高，则厌氧段初始的释磷速率越

快、释磷越充分，后续反硝化脱氮和缺氧吸磷效果也

将明显提高。上述研究结果充分显示了PHB含量同

A2/O系统的脱氮与除磷功能密切相关，因此分析

PHB含量为及时、准确地监控和评价系统脱氮除磷

功能提供了可能性。

77——

工业水处理2009－09，29（9）

rez等〔3〕研究发现，与生物毒性、DHA、

ATP等方法相比，OUR法能更好地反映水中有毒物

质对城市污水处理系统的影响。孟雪征等〔4〕的研究

结果表明，OUR可灵敏地表征重金属离子对污泥活

性的抑制作用。与好氧型异养细菌相比，硝化细菌

对外界环境变化更为敏感，因此硝化呼吸速率更适

合评价受低浓度毒性物质影响的城市污水处理系

统。另外，作为A2/O系统中重要的功能菌群———硝

化细菌，硝化呼吸速率和亚硝化呼吸速率的测定可

快速、准确地评价其生物量和生化活性。D.J.B.

Dalzell等〔5〕采用硝化呼吸速率法监测城市污水活性

污泥法处理系统的运行状况，发现硝化呼吸速率法

具有良好的特异性和灵敏性。陈金声等〔6〕认为硝化

呼吸速率法可作为判断污水处理系统生物脱氮功能

的重要指标，可快速、准确地判定系统的运行状况。

王建龙等〔7〕通过监测系统的硝化呼吸速率，直接计

算出污泥的亚硝化活性和硝化活性，进而评价系统

的硝化功能。

1材料及方法

1.1试验装置

按照A2/O工艺设计规范构建小试装置，工艺流

程见图1。曝气池尺寸为60cm×20cm×12cm，

V=14.4L；厌氧池和兼氧池尺寸为内径R=16cm、高

H=28cm，V=4.8L；沉淀池尺寸为内径R=18cm，高

H=32cm，V=5.8L。

1.2实验条件

采用上海白龙港污水厂初沉池进水作为A2/O

小试系统的原水，经沉淀后其进水主要水质指标见

表1。用计量泵（IWAKI柱塞泵，ESBN4型）控制进

水流量2.4L/h，曝气池、厌氧池、兼氧池中，污水停

留时间分别为6、2、2h；系统有机负荷（F/M）为0.12

g/（g·d）；硝化混合液和污泥回流采用蠕动泵（兰格

BT100-1J型），其中硝化混合液内回流比为2，污泥

回流比为0.5；曝气池溶解氧控制在2~4mg/L，兼氧

池0.5mg/L左右；厌氧池、缺氧池、曝气池均采用机

械搅拌混合（DN13W型，30r/min）；污泥龄约为15d；

沉淀池停留时间约为2.5h。试验时间为2007年4

月—2007年7月。

1.3分析项目及方法

（1）MLSS、BOD

5

、COD

Cr

、NH

3

-N、TP等常规理化

指标测定参照文献〔8〕。

（2）PHB含量通过紫外分光光度法测定〔9〕：取一

定的干污泥（约10~20mg），破胞后用热氯仿抽提

（PHB在氯仿层），蒸发掉氯仿后，加入10mL的浓

硫酸，100℃下加热10min，冷却后用紫外分光光度

计在235nm测量，再根据标准曲线（PHB标样为

SIGMA公司产品）测定PHB的含量。

（3）OUR测定：取曝气池中活性污泥混合液约

800mL置于烧杯中，调节温度至20℃，曝气充氧

5min，测定其中的DO并与该温度下的饱和DO对

照。将上述20℃的含饱和DO的活性污泥混合液倒

入BOD测定瓶中，注意不可有气泡混入，并放入溶

解氧仪的电极探头，探头应置于混合液的中下部，避

免与空气接触（溶解氧仪每次测定前需要调零校正）。

将BOD瓶置于电磁搅拌器上，开启搅拌器和溶解氧

仪，待溶解氧仪DO上升幅度不超过0.1mg/（L·h）

后开始记录数值，前2min每隔15s记录1次，然

后每隔1min记录1次，一直到实验结束，整个测定

时间为15min〔10〕。硝化呼吸速率为加入生物抑制剂

次氯酸钠后的OUR与正常状态下OUR的差值；亚

硝化呼吸速率为加入生物抑制剂丙烯基硫脲（ATU）

后的OUR与加入生物抑制剂次氯酸钠后的OUR的

差值。

2结果与讨论

2．1PHB含量及其与温度、F/M、释磷量的关系

2.1.1PHB含量与温度的关系

PHB含量与温度的关系见图2。

由图2可知，水温在17~29℃范围内，厌氧池

表1实验进水水质

指标CODCr

BOD

5

NH

3

-NTP

质量浓度/（mg·L-1）150～25090～12015～300.2～1.4

平均值/（mg·L-1）198.5100.618.70.5

污泥回流曝气池

分析与监测

78——

工业水处理2009－09，29（9）

陈曦，等：A2/O系统PHB和OUR监测及其分析研究

PHB含量随温度的升高而增加，最高可达（以单位

MLSS计）27.8mg/g；当水温升至30℃以上时，厌氧

池PHB含量不升反降，此时污泥发生大量解絮凝现

象，系统的运行效能开始恶化。由此可见：温度对

PHB的影响是有限制的，由实验结果，最高温度比

最低温度下的活性污泥中PHB约增加5mg/g，大

约占其总量的20%左右，表明温度的升高可以促进

聚磷菌代谢速率，从而促进PHB的合成。

2.1.2PHB含量与F/M的关系

A

2

/O系统的F/M在0.12~0.42g/（g·d）之间波

动，其对应的厌氧池中PHB为23.2~32.2mg/g。由

SPSS13.0软件分析，两者的相关系数r=0.697，p=

0.02，小于0.05，说明厌氧池中PHB含量与系统F/M

呈显著的正相关性，即厌氧池PHB含量随系统F/M

的增加而呈上升趋势，这与等〔11〕理论相

一致。认为高F/M条件提供了丰富的代

谢基质，在较高的基质梯度条件下，有利于基质进入

微生物细胞参与合成PHB的反应。清华大学吴光学

等〔12〕也进行过类似分析，结论也相一致。

2.1.3PHB合成量与厌氧池中的释磷量的关系

厌氧池释磷量在0.58~1.42mg/L之间，其对应

的厌氧池中PHB合成量为20.1~25.8mg/g，厌氧池

中PHB的合成量随厌氧释磷量的增加而增加，且呈

不断上升趋势，且二者的变化趋势趋于一致。传统

的生物除磷理论认为，在厌氧过程中，聚磷菌的分解

将引起细胞内的磷的积累，多余的磷将通过细胞膜

上的载体蛋白输送到体外，使污水中磷含量升高，形

成释磷现象。因此厌氧池中释磷量的大小与微生物

体内PHB的合成存在密切联系，也为测定PHB合

成量的意义所在。

2.2OUR及其与温度、NO

3

--N和NO

2

--N浓度、F/M

的关系

2.2.1亚硝化OUR和硝化OUR与温度的关系

亚硝化OUR和硝化OUR与温度的关系见图

3、图4所示。

由图3和图4可见，水温在17~26℃变化时，

系统中亚硝化OUR和硝化OUR受温度变化的影

响较小，但波动较大，最低值为0.6mg/（g·h），最高值

为1.8mg/（g·h）。当温度达到28℃以上时，其亚硝

化OUR和硝化OUR分别达到2.25mg/（g·h）和

3.0mg/（g·h）以上，此时系统运行很不稳定，部分污

泥发生解絮凝现象，处理效果随之恶化。从图3和

图4还可以看出，亚硝化OUR和硝化OUR的变化

相似，但亚硝化OUR的波动范围较大。

2.2.2亚硝化OUR和硝化OUR与NO

3

--N和

NO

2

--N浓度的关系

曝气池中NO3

--N质量浓度的波动较大，最高

值达13.0mg/L，最小值仅为8.2mg/L。其硝化

OUR在1.5~4.0mg/（g·h）。当NO

3

--N质量浓度在

11.0mg/L之上时，其系统运行状态不稳定，大量污

泥结成团状。此时的系统N去除率由原来的78%

降至为49%；曝气池中NO2

--N质量浓度的波动幅

度较小，最大值为0.160mg/L，最小值为0.020mg/L。

其对应的亚硝化OUR变化也较为平稳，在1.50~

2.86mg/（g·h）之间徘徊。NO

3

-N质量浓度介于

9.2~11.0mg/L，系统处于最佳状态。系统中的有机

物先转化为NH3

-N，然后NH

3

--N又转化为NO

2

--

N即为亚硝化，NO

2

--N再转化为NO

3

--N为其硝化。

2.2.3亚硝化OUR和硝化OUR与F/M的关系

亚硝化OUR和硝化OUR与F/M的关系见图

5、图6所示。

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工业水处理2009－09，29（9）

由图5、图6可见，F/M在0.05~0.42g/（g·d），其

对应的亚硝化OUR在0.2~1.4mg/（g·h）；当F/M在

0.12~0.25g/（g·d）时，系统表现稳定，此时的亚硝化

OUR在0.4~1.1mg/（g·h）。F/M在0.05~0.42g/（g·d）

之间，其对应的硝化OUR在0.3~18mg/（g·h）；当F/M

在0.08~0.22g/（g·d）时，系统此时表现稳定，此时的

硝化OUR在0.5~1.3mg/（g·h）。由图5和图6还可

以看出，高F/M对系统的硝化和亚硝化OUR有抑

制作用，随着F/M的增加，曝气池的硝化和亚硝化

OUR波动下降。

3结论

（1）通过研究温度、F/M及其NO

3

--N和NO

2

--N

浓度与PHB和OUR的关系，监控系统中PHB和

OUR，可及时地提示污泥负荷的高低，出水水质的好

坏，处理效果的理想与否，对系统的稳定运行有显著

的实用意义。微生物的生理生化指标可以视为对传

统的活性污泥系统理化指标的补充和优化，在A2/O

工艺的生产实践中有其良好的应用前景。

（2）A2/O系统中，温度的升高可以促进聚磷菌

代谢速率，促进PHB的合成，但温度对PHB的影响

是有限制的，当其温度超过30℃时这一规律不再适

用。研究表明最高温度比最低温度下的活性污泥中

PHB约增加5mg/g（以MLSS计），大约占其总量的

20%左右。厌氧池中PHB含量与系统F/M呈显著的

正相关性，即厌氧池PHB含量随系统F/M的增加而

呈上升趋势。厌氧池中PHB的合成量随厌氧释磷量

的增加而增加，且呈不断上升趋势，且二者的变化趋

势趋于一致。厌氧池中释磷量的大小与微生物体内

PHB的合成存在密切联系。因此凭借PHB的合成以

及存储状况可用来评价A2/O系统的除磷效果。

（3）OUR可表征A2/O系统对有机物的去除效

率，硝化OUR可表征硝化功能的变化，常规OUR的

值介于7.1~13.3mg/（g·h），硝化OUR值在0.88~

2.95mg/（g·h）。温度对提高活性污泥的OUR有明显

作用。当温度在28℃以上时的OUR为温度在20℃

以下的1~2倍，表明高温条件下微生物氧化有机物

效率较高。通过实验得出，硝化OUR的高效区是温度

介于25~33℃，NO3

--N质量浓度在9.2~11.0mg/L。

提高F/M对OUR有促进作用，但此时系统中的硝

化OUR会降低，系统的硝化功能被抑制。

［参考文献］

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艺中PHB的影响［J］.环境科学，2005，26（2）：126－130.

［作者简介］陈曦（1983—），硕士，主要研究方向为废水生化处理，

E-mail：cx1_55@。通讯联系人：黄民生，E-mail：

mshuang@。

［收稿日期］2009-04-07（修改稿）

分析与监测

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·简讯·

江苏大学日前与句容市宁武化工有限公司签订合作协议。双方将共建产学研合作基地，并签订油田破乳剂技术开发合同。

据有关方面人士介绍：句容市宁武化工有限公司是国家2008年新认定的国家级高新技术企业，建有江苏省工程技术研究

中心，主要以生产聚氨酯、聚醚、油田破乳剂、油田高效水处理剂和道路桥梁用超级沥青系列产品。

本刊通讯员沈镇平供稿

江苏大学与句容宁武化工公司共建产学研合作基地

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