有研究表明，PHA的組成不同時，PAOs吸磷速率存在差異，PHB較PHV有著更高的吸磷速率。而DPAOs的吸磷速率也取決于細胞內PHB的含量和其所能獲得的硝酸鹽數量，并不受到環境中基質數量與性質的影響。Mino模型認為合成PHA所需要的還原力主要來自于PAOs體內糖原的代謝。WINKLER等通過對AOA-SBR系統進行研究，得出糖原是后置缺氧反硝化的主要碳源。細胞內糖原的代謝可以為厭氧條件下吸收有機底物以及合成PHA提供能量，糖原代謝所能提供能量的多少與糖原代謝的途徑息息相關。PAOs在厭氧條件下吸收基質需要多聚磷酸鹽顆粒和糖原2種物質，前者可以提供能量，而后者既能夠提供還原力又能夠提供能量。
在傳統的AOA-SBR工藝的基礎上，陸續有研究者針對系統脫氮除磷性能的調控方式及外加碳(C)源投加量進行研究，而對AOA-SBR系統中的功能菌群研究較少。本研究采用AOA-SBR工藝處理人工配水，通過對排水比、好氧停留時間和進水氨氮負荷進行調試，優化運行工況。在優化工況穩定運行條件下，通過分析典型周期系統中胞內聚合物與磷之間的轉化關系，探究PAOs的代謝特性。
1實驗部分
1. 1實驗裝置
SBR反應器采用有機玻璃制成，總高為0. 25 m，直徑為0. 18 m，有效體積為
4. 40 L。反應器內設攪拌裝置，底部有一組微孔曝氣頭，采用PL-60曝氣泵供氣，通過轉子流量計控制空氣流量。運行中進水、攪拌、曝氣和排水等工序通過時間控制器和電磁閥實現自動切換。
1. 2運行參數及進水水質
本實驗與傳統的AOA-SBR工藝不同，在沒有投加任何外碳源的情況下，只是通過控制合適的好氧(Oxygen)停留時間與進水氨氮負荷將系統的好氧吸磷量控制在一定范圍內，從而保證系統的缺氧反硝化吸磷量。本實驗根據運行方式的不同，可以分為7個階段，具體情況見表1所示。通過對比排水比為50%與75 %，好氧停留時間分別為90、 110與140 min，進水氨氮負荷分別為0.
16、0. 20與0. 24 kg N / 的條件下，系統的脫氮除磷及缺氧反硝化除磷性能，確定系統的最佳工況。系統的其他運行參數為:運行周期為8h，其中包括進水5 min，厭氧120 min，缺氧180 min，排水10 min，根據好氧停留時間確定沉淀時間;污泥濃度控制在3 300 mg / L左右;進水采用人工配制，碳源由乙酸鈉提供，COD約為400 mg / L,氨氮由NH4 Cl提供，PO4為20 mg / L ,1 L污水中含有60 mg的MgS04?7H2
O、20 mg的CaCl2和0. 3mL的微量元索。微量元索的組成為:1.50 g / L FeCl3?6H2O,0. 15 g / L H3B04,0.03 g / L CuS04?5H20,0.03 g / L KI, 0.12g / L MnCl2?4H2O,0.06 g / L 6Mo7O24?7H2O,0. 12 g / L ZnS04?7H2O,0. 15 g / L CoCl2?6H2O。
表1 不同工況下系統的主要運行參數及進水水質
1. 3 接種污泥
活性污泥取自于天津某污水處理廠AO工藝的回流污泥，該污泥具有部分脫氮除磷性能。中空纖維膜紡絲機通過膜技術進行水處理，應用于制藥、釀造、餐飲、化工、市政污水回傭、醫院、小區污水會用、造紙等生產生活污水處理。膜分離技術是一種廣泛應用于溶液或氣體物質分離、濃縮和提純的分離技術。膜壁微孔密布，原液在一定壓力下通過膜的一側，溶劑及小分子溶質透過膜壁為濾出液，而大分子溶質被膜截留，達到物質分離及濃縮的目的。膜分離過程為動態過濾過程，大分子溶質被膜壁阻隔，隨濃縮液流出，膜不易被堵塞，可連續長期使用。系統在20一30℃條件下運行了3個月左右，DPAOs的富集情況良好，經缺氧吸磷速率/好氧吸磷速率實驗證實DPAOs占總PAOs的比例近50%。
1. 4分析方法
測定項目(xiàng mù)包括:COD,磷酸鹽、氨氮、總氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、MLSS ,糖原、乙酸分別采用重鉻酸鉀法、鉬銻抗分光光度法、納氏試劑光度法、過硫酸鉀氧(Oxygen)化一紫外分光光度法、酚二磺酸光度法、N-一乙二胺光度法、濾紙法、蔥酮法和氣相色譜法測定。PHA及其組分采用氣質聯用儀測定，氣質儀器設備為Agilent6890 N，載氣為氦氣，色譜柱為DB-5柱子。聚磷采用冷凍干燥法測定。 D
O、溫度及pH均是用WTW Multi 3401測定。
2結果與討論
2. 1系統在不同工況下去除污染物性能對比及最佳工況的確定
2.1.1系統對COD的去除情況(Condition)
圖1為系統對COD的去除情況。由圖1可見，系統對COD的去除情況較為穩定，進水的平均COD為20
3. 80 mg / L，出水平均濃度為
19. 54 mg / L，達到90%以上的去除率。
在排水比的對比實驗（experiment)中，工況I對有機物的去除能力高于工況II，這可能是由于排水比的增加使得系統進水的污染物負荷提高，而系統不能夠對增加的這部分污染物完全去除。III一V是好氧停留時間不同時系統對COD的去除情況(Condition)對比，由圖1中可知，當好氧停留時間為90和140min時，系統對COD的去除效果很好，均可以達到95%以上的去除率。而好氧停留時間為110 min時，COD的去除效果略差，但也達到了80%左右的去除率。在進水氨氮的對比實驗中，可以發現運行條件I
V、VI和VII下的去除效果，只有IV較差，而VI和VII也就是進水氨氮負荷為0. 16和0. 20 kg N / 時，系統對COD的去除效果較好。
綜述所述，在運行條件發生改變時，系統(system)對COD的去除效果均保持了良好的狀態。對于排水比、好氧停留時間和進水氨氮濃度的對比實驗來說，50%的排水比、90和140 min的好氧停留時間、0. 16和0. 20 kgN / 的氨氮負荷較好。
2.
1. 2系統對TP的去除情況
圖2給出了系統對TP去除效果的變化情況。由圖2可知，當運行條件發生改變時，系統對TP的去除效果會發生很大變化，但是當運行條件改善時，系統對TP的去除效果也會很快得到改善并趨于穩定。
在排水比的對比實驗中，排水比為50%時，系統在缺氧段發生了二次釋磷，所以II中的去除率很低。由圖2可知，好氧停留時間越長，系統對TP的去除效果越好。但是由于好氧停留時間過長，系統中大部分的磷會在好氧段被去除掉，這樣就降低了系統中缺氧反硝化吸磷的功效。因此，從除磷角度看，將好氧停留時間設為110 min較好。在氨氮進水負荷的對比實驗中，珊中的去除效果最佳，可以達到80%以上的去除率。因此，氨氮負荷為0. 20kg N / 時，系統的除磷效果最佳。
綜上所述，系統對TP的去除效果隨著運行方式的變化有較大的變化。實驗（experiment)證實，在I-VII的運行狀態中，工況VII即當排水比為50%，好氧停留時間為110 min，進水氨氮負荷為0. 20 kg N / 時，系統對TP的去除效果最佳，進水平均濃度為
11. 93 mg / L，出水平均濃度為
2. 15mg / L，平均去除率可達到8
1. 50%。
2.
1. 3系統對TN的篩除情況
圖3為系統對TN去除效果的變化情況。由圖3可知，系統運行條件的改變對TN的去除情況影響不太大，除了II中48%,VI中82%的去除率外，其他TN的去除率都保持在65%左右。
2.
1. 4最佳工況的確定
由上述系統對各污染物的去除情況可知，當系統的排水比為50%，好氧停留時間為110 min，進水氨氮負荷為0. 20 kg N / 時，系統能夠較好地保證好氧吸磷與缺氧反硝化吸磷間的關系，并保持較好的去除污染物能力。在該工況下，COD ,TP和TN的平均進水濃度為18
8. 52,
11. 93和24.14 mg / L，出水的平均濃度分別為
2
7. 28 ,
2. 15與
10. 27mg / L，平均去除率分別達到了8
5. 46% ,8
1. 5%和5
6. 54%。
2. 2典型周期內胞內聚合物和磷酸鹽的變化情況
旱在20世紀50-60年代，研究人員發現了能夠利用有機物儲存在體內的多聚物，目前已見報道的胞內多聚物主要有:PHA,糖類和聚磷。胞內儲存的多聚物是在瞬時的非穩態環境條件下，促進了基質儲存，使微生物用較少的能量來吸收有機物形成的。這不是某些細菌具有的特定能力，而是SBR條件下的典型特征。
圖4顯示了AOA-SBR系統中典型周期胞內聚合物的變化情況。由圖4可知，乙酸在厭氧段已經被完全吸收，后期基本不再變化，同時還發生了糖原的降解，聚磷的水解以及PHA的合成。厭氧段降解的糖原量為
2. 53 mmolC / L ,Gly降解/HAc吸收=0. 52，這個數值與OEHMEN等獲得0. 60的數值相差不大。合成的PHA中含有PHB與PHV，不存在PH2MV，這與碳源為乙酸是相對應的。厭氧段合成的PHB為
6. 80 mmolC / L ,PHV為0. 44 mmolC / L , PHB占了PHA總合成（解釋:由幾個部分合并成一個整體)量的94%左右。膜生物反應器膜分離技術與生物處理技術有機結合之新型態廢水處理系統。以膜組件取代傳統生物處理技術末端二沉池，在生物反應器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機負荷，從而減少污水處理設施占地面積，并通過保持低污泥負荷減少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池內之膜分離設備截留槽內的活性污泥與大分子有機物。膜生物反應器系統內活性污泥（MLSS）濃度可提升至8000~10,000mg/L，甚至更高；污泥齡(SRT)可延長至30天以上。其中厭氧段Gly降解/ PHA合成 = 0. 35 , ARUM等和CARVALHO等指出當厭氧段的Gly降解/ PHA合成在0. 28 - 0. 36之間的時候，說明強化除磷系統就成功了。由圖4可知，系統在厭氧段釋磷量高達
2. 515 mmolP / L 即77.96 mg / L，P釋放/HAc吸收=0. 52 mmol P/mmol C。膜生物反應器在污水處理，水資源再利用領域，MBR又稱膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor ）,是一種由膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水處理技術。文獻指出，比值在0. 48 - 0. 80 mmol P/mmol C時多為PAOs富集的環境，這也說明該AOA-SBR系統已經是良好的強化生物除磷系統。聚磷水解的量為
2. 11 mmol P?L-1，這與厭氧段的釋磷量
2. 515 mmolP?L-1相差不大，污泥中含有部分磷的胞外聚合物可能是這兩者存在差別的原因。
由圖4可知，好氧段基本不存在乙酸，PAOs只能以胞內聚合物PHA為碳源進行好氧吸磷，而缺氧(hypoxia)段的 PHA含量已經很少，到缺氧末的時候不存在PHB，還有一小部分PHV殘留。缺氧段消耗的PHV含量很少，這說明PHB較PHV而言，PHB是PAOs較為青睞的碳源。
2.3 AOA-SBR系統(system)中厭氧段合成PHA的能量及還原力來源探討
關于合成PHA能量來源問題，旱期研究者認為PAOs代謝的唯一能量來源于聚磷的水解，現今研究表明，糖酵解途徑也能提供合成PHA的能量。厭氧條件下PAOs吸收有機物需要多聚磷酸鹽顆粒和糖原，前者可以提供能量，后者既可提供能量又可提供還原力，這也說明合成PHA的能量可能是由聚磷和糖原共同提供的。有研究表明，當厭氧區P釋放/VFA吸收的值較低,Gly降解/VFA吸收值較高 , PHV/PHA值較高時，厭氧段合成PHA的能量主要是來自于糖酵解反應;當厭氧區P釋放/VFA吸收的值較高 , Gly降解/VFA吸收值較低 , PHV/PHA較低時，厭氧段合成PHA的能量來源主要是聚磷的水解而不是糖酵解。本系統中化學計量數P釋放/VFA吸收=0. 52 , Gly降解/VFA吸收=0. 52 , PHV/PHA = 0. 06，因此，可以推測本系統中厭氧段合成PHA的能量主要來自于聚磷的水解。
關于合成PHA還原力來源問題，大多數研究者認為PAOs合成PHA的還原力有煙酞胺腺嘿吟二核背酸和煙酞胺腺嘿吟二核背酸磷酸，它們主要來自TCA循環和各種糖降解途徑。然而，合成PHA所需要的還原力是來自TCA循環還是糖酵解依舊是研究者關注的話題，其中包括3種觀點:MINO等認為合成PHA所需要的還原力主要來自于PAOs體內糖原的代謝;COMEAU等提出Comeau-Wentzel模型則認為TCA循環是產生還原力的唯一來源;ZHOU等認為合成PHA的還原力是TCA循環和糖酵解共同提供的。文獻指出乙酸通過糖酵解可轉化為乙酞輔酶A，提供還原力合成PHB，這個過程中不會產生PHV本系統中存在部分PHV，可能是由于糖酵解過程中產生了過量還原力，這些過量還原力平衡了TCA循環的還原電位，通過唬拍酸一丙酸途徑產生了丙酞輔酶A而合成了PHV。因此，可以推測本系統中合成PHA的還原力是由糖酵解和TCA循環共同提供的。圖5是ZHOU等在綜合了前人研究還原力來源并對實驗中的化學計量數進行擬合，總結出的關于Gly降解/VFA吸收與TCA循環之間的關系。本系統中的Gly降解/VFA吸收=0. 52，由圖5可知，約有25%的還原力是來自于完整TCA循環。因此，本系統中糖酵解是提供還原力的主要來源。
2. 4后置缺氧(Oxygen)反硝化的探討
PHA和糖原可以作為后置缺氧反硝化系統中驅動硝酸鹽進行缺氧反硝化吸磷的碳源。VOCKS等提出糖原可能是驅動后置缺氧反硝化的唯一碳源，但是他們的實驗結果是建立在單一批量實驗基礎上的，因此，還需要對具有循環式PHA和糖原的系統做進一步的評估。由于糖原是驅動反硝化除磷的潛在碳源，所以關注系統中糖原的儲備量對后置缺氧反硝化除磷系統具有重要意義。有研究指出當系統中沒有碳源時，細胞衰減也可以產生脫氮效果，細胞衰減產生的脫氮速度在0. 20一0. 60 mg N03- / 之間。厭氧/缺氧運行方式下的強化生物除磷系統，以PHA為碳源進行反硝化吸磷時，反硝化速率一般為
1. 12 -
10. 80 mg N03- / 。普通的非強化生物除磷系統中以PHA為碳源進行反硝化吸磷時，反硝化速率一般為
1. 20-
2. 90 mg N03- / 。圖6是系統在典型周期內三氮及總氮的變化情況。由圖6可知，系統的反硝化速率為0. 82 mg N03- / ，這明顯與上述的各化學計量數不符，因此，可以推斷該系統中PHA不是本系統進行反硝化吸磷的唯一碳源。圖4是典型周期內胞內聚合物與磷酸鹽的變化情況。由圖4可知，缺氧(Oxygen)段PHA和糖原都有明顯的降低，而PHB在出水時已經消耗殆盡。因此，可以推斷PHA和糖原是本系統共同進行后置缺氧反硝化的碳源。
由圖6可知，系統在缺氧段消耗的NO3-為6.93 mg / L，同時生成了
1. 21 mg / L的NO2-，說明系統中的反硝化反應沒有進行完全，這可能（maybe)是由于缺氧段利用內碳源進行反硝化的速率較慢,3 h的缺氧停留時間不足以完全反硝化。而缺氧段的吸磷量為
9. 19 mg / L，計算知缺氧段減少的PO43- -P與NO3- -N的比值為
1. 33，這與XU等得出的
2. 17士0. 42相比略低。這可能是由于在缺氧(hypoxia)段還存在少量的外碳源，有一小部分普通反硝化菌進行了反硝化脫氮。具體參見污水寶商城資料或
3結論
AOA-SBR系統具有較好的脫氮除磷性能，當排水比為50%，好氧停留時間為110 min，進水氨氮負荷為0. 20 kg N / 時，系統的脫氮除磷性能較好，此時TP的平均去除率為8
1. 50% ,TN的平均去除率為5
1. 54%。
在AOA-SBR同步脫氮除磷系統中，厭氧段合成PHA的主要能量來源是聚磷的水解，而還原力主要是來自于糖原的水解，只有約25%來自于TCA循環。
AOA-SBR同步脫氮除磷系統中，PHA和糖原可能是共同驅動缺氧反硝化吸磷的碳源，而且對于以內碳源進行的反硝化除磷反應來說，反應速率較慢，宜采用較長的缺氧停留時間，以保證充分的脫氮除磷效果。
