2012 年第 1 期
高志广，王在东，周
琪，等：缺氧条件下
PAOs
与
OHOs
碳源竞争研究
2
结果与讨论
2．1
COD
充足情况下厌氧释磷及反硝化过程
图
1
是
COD
浓 度 为
300mg/L
、
NO
3
－
－N
浓 度 分 别 为
10
，
20
，
30mg/L
时各基质随时间的变化曲线。 从图中可以看出，当有机
物和
NO
3
－
－N
溶液加入反应器后， 污泥的释磷与反硝化反应同
时进行，并且在开始阶段有一个适应过程。 聚磷菌迅速吸收混
合液中的乙酸并将其合成为
PHAs
，分解糖原为合成
PHAs
提供
还原力，
PHAs
和糖原合成与降解均呈线性 ， 且伴随着磷的释
放，同时异养反硝化菌也以有机物为电子供体、
NO
3
－
－N
为电子
受体进行反硝化作用，两者均以一定的速率进行降解和消耗。
NO
3
－
－N
浓度为
10mg/L
时， 当缺氧反应至
70min
时，
NO
3
－
－N
已经
被完全消耗， 而此时释磷、
PHAs
合成和糖 原 降 解 继 续 以 几 乎
同样的速率进行反应， 并没有因
NO
3
－
－N
被消耗完全和反硝化
反应终止而受到影响。
各 组 批 式 试 验 中 ， 初 始
COD
浓 度 为
300mg/L
条 件 下 至 反
应结束，每组
SBR
反应 器 内 剩 余 乙 酸 浓 度 都 大 于
20mg/L
，说 明
反应过程中碳源充足。
NO
3
－
－N
浓度分别为
10
，
20
，
30mg/L
的
3
组
批 式 试 验 比 释 磷 速 率 依 次 为
10．4
，
10．2
，
10．3mgP/
（
gSS
·
h
）， 比
硝氮去除速率依次为
3．7
，
4．8
，
4．4mgN/
（
gSS
·
h
）。 说明试验范围
内硝酸盐浓度的高低（或碳氮比）对反硝化反应及聚磷菌释磷
影响微乎其微。 对乙酸和胞内
PHAs
变化速率的统计也支持上
述观点。
综上，在有机物供给充足的条件下，尽管缺氧条件下反硝
化过程比聚磷裂解产生更 多 的
ATP
， 但 反 硝 化 作 用 在 获 取 碳
源 并 没 有 比 释 磷 具 有 绝 对 “优先权”，这 两 个 过 程 是 同 时 发 生
的，没有出现先后顺序现象，并且释磷速率、
PHAs
合 成 速 率 和
糖原降解速率几乎不因硝酸盐的存在而受到影响。
2．2
COD
有限情况下厌氧释磷及反硝化过程
为进一步研究碳源不足情况缺氧条件下反硝化作用与释
磷 之 间 的 动 态 竞 争 关 系 ， 进 行 了 进 水
COD
浓 度 为
150mg/L
，
NO
3
－
－N
浓度
10mg/L
和
30mg/L
下聚磷菌与反硝化菌对碳源的利
用竞争批式试验。
图
2
是
COD
浓度为
150mg/L
和
NO
3
－
－N
浓度分别为
10
，
30mg/L
时 各 基 质 随 时 间 的 变 化 曲 线 。 从 图 中 可 看 出 ， 当 有 机 物 和
NO
3
－
－N
溶液加入反应器后，聚磷菌迅速释放出磷，同时反硝化
菌进行反硝化作用。
图
2a
所 示 ，
NO
3
－
－N
浓 度 分 别 为
10mg/L
的 批 式 试 验 中 ，
当 缺 氧 反 应 至
60min
时 ，
NO
3
－
－N
已 经 被 消 耗 完 毕 ，
NO
3
－
－N
对
碳 源 的 争 夺 作 用 消 失 ， 此 时 混 合 液 中 乙 酸 也 消 耗 殆 尽
（
2mg/L
） ， 此 后 系 统 由 缺 氧 环 境 转 变 为 了 厌 氧 环 境 ，
PHAs
合
成 速 率 迅 速 下 降 ， 磷 酸 盐 的 曲 线 也 出 现 了 转 折 点 ， 释 磷 曲
线 出 现 平 台 。 考 查 溶 液 中
HAc
去 除 变 化 曲 线 可 以 发 现 ，在 乙
酸 浓 度 降 至
2mg/L
之 前 ， 磷 酸 盐 释 放 及 硝 酸 盐 的 去 除 都 呈
零 级 反 应 态 势 ， 并 没 有 受 乙 酸 浓 度 的 限 制 ； 而 在 乙 酸 浓 度
降 至
2mg/L
之 后 ， 磷 酸 盐 释 放 速 率 及 硝 酸 盐 的 去 除 速 率 明
显 减 慢 直 至 出 现 平 台 。 因 此 ，可 以 认 为 乙 酸 浓 度 大 于
2mg/L
情 况 下 ， 硝 化 反 应 与 聚 磷 菌 释 磷 两 个 过 程 是 同 时 发 生 的 ，
并 且 相 互 之 间 影 响 很 小 。
图
2b
所示，
NO
3
－
－N
浓度为
30mg/L
的批式试验中，当缺氧反
应至
60min
时，乙酸已经消耗殆尽（
4mg/L
），此后系统释磷及反
硝化速率减慢并过渡至缺氧反硝化阶段， 异养菌的反硝化活
动终止， 聚磷菌的代谢则转为利用硝酸盐为电子受体的反硝
35
30
25
20
15
10
5
NO
－
3
－N
（
mg/L
）
PO
3+
4
－P
（
mg/L
）
PHA
（
mg/gSS
）
HAc
（
mg/L
）
N
、
P
、
P
H
A
浓
度
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
H
A
c
浓
度
120
100
80
60
40
20
0
时 间
/h
（
a）COD300mg/L，NO
3
－
－N浓度10mg/L（MLSS＝2380mg/L）
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
NO
－
3
－N
（
mg/L
）
PO
3+
4
－P
（
mg/L
）
PHA
（
mg/gSS
）
HAc
（
mg/L
）
N
、
P
、
P
H
A
浓
度
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
H
A
c
浓
度
240
200
160
120
80
40
时 间
/h
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
NO
－
3
－N
（
mg/L
）
PO
3+
4
－P
（
mg/L
）
PHA
（
mg/gSS
）
HAc
（
mg/L
）
N
、
P
、
P
H
A
浓
度
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
H
A
c
浓
度
240
200
160
120
80
40
时 间
/h
（
b）COD300mg/L，NO
3
－
－N浓度20mg/L（MLSS＝2350mg/L）
（
c）COD300mg/L，NO
3
－
－N浓度30mg/L（MLSS＝2310mg/L）
图1 不同硝态氮浓度下碳源竞争过程
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
NO
－
3
－N
（
mg/L
）
PO
3+
4
－P
（
mg/L
）
PHA
（
mg/gSS
）
HAc
（
mg/L
）
N
、
P
、
P
H
A
浓
度
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
H
A
c
浓
度
240
200
160
120
80
40
时 间
/h
40
35
30
25
20
15
10
5
0
NO
－
3
－N
（
mg/L
）
PO
3+
4
－P
（
mg/L
）
PHA
（
mg/gSS
）
HAc
（
mg/L
）
N
、
P
、
P
H
A
浓
度
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
H
A
c
浓
度
120
100
80
60
40
20
0
时 间
/h
（
a）COD150mg/L，NO
3
－
－N浓度10mg/L（MLSS＝2820mg/L）
（
b）COD150mg/L，NO
3
－
－N浓度30mg/L（MLSS＝2780mg/L）
图2 不同硝态氮浓度下碳源竞争过程
2
· ·