摘要：以SBR系統反硝化除磷污泥為對象，利用氧化還原電位、溶解氧和磷酸鹽微電極定量研究了污泥聚集體內除磷菌的原位除磷活性及有機物濃度的影響。結果發現，厭氧初期污泥聚集體內最大凈體積釋磷速率為3.29mg·（cm3·h）~1，是缺氧初期最大凈體積吸磷速率的3倍左右；厭氧末期釋磷速率明顯降低，最大凈體積釋磷速率僅為厭氧初期的一半。在缺氧末期，最大凈體積吸磷速率降至0.14mg·（cm3·h）~1，且在1800μm以下深層區域發生了“二次釋磷”現象。隨著COD濃度由350 mg·L-1降至250 mg·L-1和150 mg·L-1，反硝化除磷菌的最大凈體積釋磷速率由3.27 mg·（cm3·h）~1降至2.44 mg·（cm3·h）~1和2.01 mg·（cm3·h）~1，且快速吸磷區域整體向污泥聚集體表層收窄。

反硝化除磷是指在缺氧條件利用NOx-氧化胞內聚合物，同時完成反硝化脫氮和除磷的生物過程。因可“一碳兩用”，具有節省碳源、降低曝氣量和污泥產量的優點，成為本領域的研究熱點之一。研究者通過試驗研究獲得了反硝化除磷的影響因素及運行參數，但大部分停留在反應器去除效能等宏觀層面。

微生物活性是反應器去除效能的決定因素，有研究者利用尖端細小的微電極測定污泥基團（污泥聚集體或生物膜等）內部物質濃度的空間分布特征，獲得了原位生物活性，從而為污水處理問題診斷或優化提供依據。目前，研究對象多針對脫氮系統，對除磷污泥聚集體原位生物活性的研究尚少見報道。Lee等利用磷酸鹽微電極，測定了厭氧條件下污泥內的磷濃度的空間分布特性，首次揭示了除磷菌的原位生物活性。呂永濤等研究獲得了污水廠A2/O工藝沿程處理單元除磷菌活性的變化規律，為污水處理參數的優化提供了一定依據。

本文在SBR系統中實現了反硝化除磷的啟動與穩定運行。在此基礎上，利用微電極定量研究了厭氧和缺氧段污泥聚集體內的原位除磷生物活性以及有機物濃度對釋磷活性的影響，通過揭示反硝化除磷的原位生物活性，以期為系統的優化提供一定的依據。

1、材料與方法

1.1試驗裝置

采用圓柱形SBR反應器，內徑15 cm，高34 cm，有效容積5 L，排水比為0.6.采用磁力攪拌器使泥水混合均勻，通過PLC自動控制反應器的連續運行。

1.2運行操作

反應器每天運行3個周期，單周期運行時間為8 h，具體包括：厭氧進水（3 L）5 min，厭氧攪拌164 min，沉淀排水（3 L）47 min，缺氧進水（3 L）5 min，缺氧攪拌216 min，沉淀排水（3 L）47 min.

1.3接種污泥與試驗用水

反應器所用污泥取自西安某污水處理廠，接種后初始污泥濃度約為4000 mg·L-1，穩定運行期間控制SRT為15 d，污泥濃度維持在（3700±200）mg·L-1，SVI約為52.5 mL·g-1.

進水基質人工配置，厭氧段主要為乙酸鈉和NaHCO3，其中COD 200——330mg·L-1，NH4+-N 10——30mg·L-1，NaHCO3200mg·L-1.缺氧段主要為KH2PO4、KNO3和NaHCO3，其中NO3--N 19.9——58mg·L-1，PO43--P 19——26mg·L-1，NaHCO3200mg·L-1.另外，每升進水中加入1 mL的微量元素，成分按文獻配制。

1.4化學分析方法

氨氮采用納氏試劑分光光度法，化學需氧量采用重鉻酸鉀法，亞硝氮采用N-（1-萘基）~乙二胺比色法，硝氮采用鹽酸~氨基磺酸比色法，磷酸鹽采用鉬酸鹽分光光度法，溶解氧采用哈希便攜式溶氧儀。

1.5微電極系統與測試方案

1.5.1微電極及性能

采用氧化還原電位、溶解氧和磷酸鹽微電極均為課題組自制。其中，氧化還原電位、溶解氧微電極尖端直徑小于25μm，響應時間在65 s內，標準曲線的R2=0.995±0.002.磷酸鹽微電極尖端直徑約為20μm，標準曲線的R2＞0.992，響應時間小于90 s.

1.5.2微電極測試裝置與方法

采用升流式測試槽，通過開啟蠕動泵將厚度約為5000μm的污泥懸浮在絲狀網上。30 min后，待傳質穩定后開始測量。由于污泥層中的物質濃度呈對稱分布，所以本試驗測定0——2500μm的上層深度。

1.5.3試驗方案

（1）反硝化除磷污泥聚集體的原位生物活性分別在厭氧初期（反應初始1 min）、厭氧末期（反應最后1 min）、缺氧初期（反應初始1 min）、缺氧末期（反應最后1 min）各取100 mL泥水混合液，放置在微電極測試槽里，使污泥懸浮在絲狀網上，30 min后開始測定環境及物質的空間濃度。

（2）COD濃度對厭氧釋磷原位活性影響厭氧反應初始1 min取泥水混合液100 mL，完成泥水分離后置于絲狀網上，測試槽中分別配置COD為150、250和350 mg·L-1的基質進行微電極測試。

每個樣品利用每種微電極分別測量3次，試驗結果取3次試驗平均值。

1.6凈體積產生/消耗速率計算

根據污泥聚集體內PO43--P的空間濃度，利用Fick第二定律，計算除磷菌的凈體積產生/消耗速率。其中，負值表示產生速率，正值表示消耗速率。