李 冬，田海成，梁瑜海，范 丹，張 杰,2

(1.水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程北京市重點實驗室(北京工業(yè)大學(xué))，北京100124；2.城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室(哈爾濱工業(yè)大學(xué))，哈爾濱150090)

水質(zhì)條件對厭氧氨氧化顆粒污泥EPS含量的影響

李 冬1，田海成1，梁瑜海1，范 丹1，張 杰1,2

(1.水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程北京市重點實驗室(北京工業(yè)大學(xué))，北京100124；2.城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室(哈爾濱工業(yè)大學(xué))，哈爾濱150090)

為研究水質(zhì)條件對厭氧氨氧化顆粒污泥EPS含量的影響，采用16個SBR反應(yīng)器研究同周期內(nèi)基質(zhì)利用階段與基質(zhì)匱乏階段EPS含量的變化以及總氮質(zhì)量濃度、IC/TN、COD/TN對于厭氧氨氧化顆粒污泥EPS含量的影響.結(jié)果表明，同周期內(nèi)，基質(zhì)利用階段的EPS含量不斷升高，基質(zhì)匱乏階段EPS含量不斷降低；總氮質(zhì)量濃度為35～280 mg/L時，提高總氮質(zhì)量濃度可以提高EPS的含量，總氮質(zhì)量濃度>280 mg/L時EPS含量有所減少；IC/TN為0.01～0.2時，EPS及其各組分含量隨無機(jī)碳質(zhì)量濃度的升高而增加，IC/TN>0.2時，無機(jī)碳質(zhì)量濃度對于EPS及其各組分含量無明顯影響；COD/TN<0.5時，有機(jī)物對于EPS含量具有促進(jìn)作用，COD/TN>0.5時，有機(jī)物的提高對于EPS含量有抑制作用.在厭氧氨氧化顆粒污泥工藝的實際運(yùn)行過程中，應(yīng)避免過長的基質(zhì)利用階段與基質(zhì)匱乏階段，總氮質(zhì)量濃度應(yīng)保持在150～210 mg/L，無機(jī)碳質(zhì)量濃度應(yīng)保持在IC/TN為0.1～0.2，有機(jī)物質(zhì)量濃度應(yīng)保持在COD/TN<0.5.

厭氧氨氧化；EPS含量；影響因素；顆粒污泥；微生物活性

厭氧氨氧化工藝(anaerobic ammonium oxidation，ANAMMOX)

由于具有能源消耗量低、無需外加有機(jī)碳源、污泥產(chǎn)量低等優(yōu)點而成為當(dāng)前研究的熱點.厭氧氨氧化菌(AnAOB)生長速率緩慢[1]，因此，如何實現(xiàn)AnAOB的快速富集與有效持留菌體成為制約其工程應(yīng)用的關(guān)鍵.顆粒污泥技術(shù)由于可以有效解決污泥流失的難題，而成為厭氧氨氧化研究應(yīng)用的主要形式[2-5].而胞外聚合物(extracellular polymeric substances，EPS)是實現(xiàn)顆粒污泥快速形成與穩(wěn)定維持的關(guān)鍵因素之一，其主要成分是胞外多糖(ploysaccharide，PS)和胞外蛋白(protein，PN).EPS的形成受水質(zhì)條件、反應(yīng)器運(yùn)行方式、基質(zhì)消耗速率以及優(yōu)勢菌種的代謝水平等多種因素影響[6]，同時，EPS也發(fā)生水解并在基質(zhì)匱乏時充當(dāng)碳源和能源物質(zhì)被消耗[7]，因此，反應(yīng)器內(nèi)的EPS含量是產(chǎn)生與消耗的綜合表征.目前，國內(nèi)外對于EPS的研究主要集中于好氧顆粒污泥領(lǐng)域[8-12]，而針對厭氧氨氧化顆粒污泥這種厭氧自養(yǎng)菌形成的顆粒污泥的EPS研究較少，且主要側(cè)重于EPS對于顆粒污泥快速形成的作用研究[13-17]，而關(guān)于水質(zhì)條件對厭氧氨氧化顆粒污泥EPS含量的影響方面的研究較少.

本實驗通過向16組完全相同的SBR反應(yīng)器分別接種穩(wěn)定運(yùn)行的厭氧氨氧化顆粒污泥，研究同一周期內(nèi)EPS變化以及不同總氮質(zhì)量濃度、IC/TN、COD/TN對厭氧氨氧化顆粒污泥EPS含量的影響，以期進(jìn)一步明晰水質(zhì)條件對于厭氧氨氧化顆粒污泥EPS含量的影響，從而提出相應(yīng)的控制條件，實現(xiàn)厭氧氨氧化顆粒污泥工藝的穩(wěn)定運(yùn)行，也為未來厭氧氨氧化顆粒污泥的數(shù)學(xué)建模提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ).

1 實 驗

1.1 實驗裝置

實驗采用16個完全相同的SBR反應(yīng)器，反應(yīng)器由有機(jī)玻璃精加工而成，高18 cm，內(nèi)徑10 cm，有效容積1 L.利用六聯(lián)攪拌機(jī)控制相同轉(zhuǎn)速使各反應(yīng)器內(nèi)細(xì)菌與基質(zhì)充分混合，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速100 r/min.

1.2 接種污泥與實驗水質(zhì)

接種污泥采用在氨氮質(zhì)量濃度為45 mg/L、亞氮質(zhì)量濃度為60 mg/L的人工配水水質(zhì)條件下穩(wěn)定運(yùn)行的UASB反應(yīng)器中的厭氧氨氧化顆粒污泥，反應(yīng)器容積24 L，總氮去除率79%，總氮去除負(fù)荷1.35 kg/(m3·d)，顆粒污泥體積平均粒徑2.12 mm.實驗水質(zhì)以(NH4)2SO4、NaNO2、KH2PO4為營養(yǎng)物質(zhì)，NaHCO3為無機(jī)碳源，乙酸鈉為有機(jī)碳源，溫度為室溫24～26 ℃.各反應(yīng)器具體水質(zhì)條件見表1.

表1 各反應(yīng)器水質(zhì)條件對比Tab.1 Comparison of water quality of each reactor

1.3 操控條件與運(yùn)行方法

1#～16#反應(yīng)器均采用SBR的運(yùn)行方式，每個周期包括瞬時進(jìn)水、反應(yīng)(時間為T)、沉淀(1 min)、排水(1 min).各反應(yīng)器的反應(yīng)時間T按照氨氧化率達(dá)到90%確定.實驗共計運(yùn)行3個周期，每個周期運(yùn)行前通過循環(huán)進(jìn)水(自來水)—攪拌—沉淀—排水等過程，將上一個周期殘留的NH4+-N、NO2--N、NO3--N、COD、IC等淘洗干凈以排除干擾.為避免溶解氧對于厭氧氨氧化活性的抑制，每周期在加入基質(zhì)前分別加入0.1 g亞硫酸鈉以去除進(jìn)水中的溶解氧至0.1 mg/L以下，反應(yīng)器運(yùn)行過程中封閉以避免溶解氧對于厭氧氨氧化菌活性的抑制.

為研究同周期厭氧氨氧化顆粒污泥EPS分泌量的變化(以3#反應(yīng)器為例)，按基質(zhì)是否反應(yīng)完全劃分為基質(zhì)利用階段與基質(zhì)匱乏階段，在0、5、10、20、40、60、80、100、125、150 min與210、270 min分別取泥水混合樣來提取并測定EPS(PN、PS)含量以及氮化合物含量研究基質(zhì)利用階段.為比較不同水質(zhì)條件對厭氧氨氧化污泥EPS分泌量的影響，在各反應(yīng)周期剛剛結(jié)束未靜置前取泥水混合樣來提取并測定EPS(PS、PN)含量.

1.4 分析項目與方法

DO、T、pH均采用WTW便攜測定儀測定；MLVSS采用重量法測定；水樣分析中NH4+-N采用納氏試劑光度法測定，NO2--N采用N-(1-萘基)乙二胺光度法測定，NO3--N采用紫外分光光度法測定，TIC采用非色散紅外吸收TOC測定儀，COD采用COD快速測定儀.EPS中多糖含量的測定采用苯酚-硫酸比色法，蛋白質(zhì)含量的測定采用考馬斯亮藍(lán)法.EPS的提取方法為首先取泥水混合樣品于10 mL離心管中，室溫下用離心機(jī)以8 000 r/min離心15 min，倒掉上清液，加入適量磷酸鹽緩沖溶液，將污泥稀釋至原體積，之后將污泥搖散后超聲處理3.5 min，接著80 ℃水浴30 min(每隔10 min左右將泥搖勻1次)，最后用離心機(jī)8 000 r/min離心15 min，取上清液測定多糖、蛋白質(zhì)含量，剩余污泥測定MLVSS.

實驗涉及的公式如下:

(1)

(2)

(3)

2 結(jié)果與討論

2.1 不同反應(yīng)時期厭氧氨氧化顆粒污泥EPS含量的變化

以3#反應(yīng)器為典型，研究同周期內(nèi)不同反應(yīng)時期的厭氧氨氧化顆粒污泥EPS含量的變化.反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)質(zhì)量濃度與EPS總量變化如圖1所示.在0～150 min內(nèi)，氨氮與亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度不斷下降，反應(yīng)器總氮去除率為87%，總氮去除負(fù)荷為1.12 g/(L·d).反應(yīng)器內(nèi)的PS與PN的變化如圖2所示.在反應(yīng)周期內(nèi)，EPS各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷升高，單位MLVSS PS質(zhì)量分?jǐn)?shù)由開始時的34.28 mg/g不斷升高至結(jié)束時的37.81 mg/g；PN質(zhì)量分?jǐn)?shù)由開始時的89.35 mg/g不斷升高至結(jié)束時的94.01 mg/g；EPS總量由開始時的123.63 mg/g升高至結(jié)束時的131.82 mg/g.在整個反應(yīng)周期內(nèi)，厭氧氨氧化菌具有充足的基質(zhì)來維持較高的厭氧氨氧化活性，因此，細(xì)菌產(chǎn)生的EPS也因不斷積累而升高.研究表明EPS具有促進(jìn)細(xì)胞絮凝、維持顆粒結(jié)構(gòu)以及提供能源等多種作用[19]，不斷增加的EPS將有助于促進(jìn)污泥顆?；瑫r維持顆粒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定.由表2可知，厭氧氨氧化污泥的EPS總量明顯高于其他種類污泥，較高的EPS含量使得厭氧氨氧化污泥更易于發(fā)生細(xì)胞凝聚而形成顆粒.研究表明，厭氧氨氧化污泥高度的凝聚性不僅意味著細(xì)胞數(shù)量的增加，細(xì)胞間的信息交換和合作也都將加強(qiáng)，繼而增強(qiáng)細(xì)胞的代謝和活性，EPS對于細(xì)胞凝聚的促進(jìn)作用將增加基因表達(dá)的穩(wěn)健性，增強(qiáng)厭氧氨氧化菌對于客觀環(huán)境變化的容忍性[13].厭氧氨氧化污泥EPS中的PN組分比例明顯高于其他種類污泥，而Hou等[13]通過絮凝實驗證實了PN是影響厭氧氨氧化菌凝聚性的關(guān)鍵物質(zhì)，因此，厭氧氨氧化污泥EPS中較高的PN含量將有助于厭氧氨氧化菌的細(xì)胞凝聚形成顆粒.

圖1 同周期內(nèi)基質(zhì)質(zhì)量濃度與EPS總量變化

Fig.1 Changes of matrix concentration and total amount of EPS in the same cycle

圖2 同周期內(nèi)胞外多糖與蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化Fig.2 Changes of polysaccharide and protein content in the same cycle

為研究基質(zhì)匱乏狀態(tài)下厭氧氨氧化菌EPS含量的變化，反應(yīng)器繼續(xù)運(yùn)行2 h，PS質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐步下降至35.23 mg/g，PN逐步下降至90.22 mg/g，EPS總量下降至125.45 mg/g.在周期結(jié)束后的150～270 min，EPS的形成過程由于基質(zhì)匱乏而停滯，但是部分EPS依然通過水解等作用釋放到液相中且部分可生物降解的EPS又被充當(dāng)能源物質(zhì)而消耗，以維持細(xì)菌的正常代謝.吳昌永等[11]通過厭氧/好氧交替的運(yùn)行方式研究了好氧顆粒污泥在基質(zhì)利用階段與基質(zhì)匱乏階段EPS的變化，結(jié)果也表明基質(zhì)利用階段儲存的EPS在基質(zhì)匱乏階段可以被利用，從而保證了EPS含量的穩(wěn)定而更有利于促進(jìn)顆粒的形成；李冬等[20]研究了亞硝化污泥在一個典型周期內(nèi)EPS含量的變化，結(jié)果表明PN和PS均呈逐漸增加趨勢，而在基質(zhì)匱乏階段，PN和PS又被當(dāng)做能源物質(zhì)而消耗，這些現(xiàn)象與本研究的厭氧氨氧化污泥EPS含量在基質(zhì)匱乏階段的變化趨勢相同.由于EPS在基質(zhì)利用階段不斷升高而又在基質(zhì)匱乏階段不斷下降，SBR工藝所具有的間歇進(jìn)料特性將有利于維持反應(yīng)器內(nèi)EPS含量的穩(wěn)定，避免由于EPS持續(xù)升高而導(dǎo)致基質(zhì)傳遞通道受阻繼而降低微生物活性的問題；但是基質(zhì)匱乏階段較長也會造成EPS含量大幅下降，造成顆粒解體繼而影響污泥顆粒化.因此，SBR工藝在實際控制過程中應(yīng)避免過長的反應(yīng)階段以及閑置階段，因不利于反應(yīng)器脫氮性能的發(fā)揮以及顆粒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定.

表2 不同種類污泥EPS各組分對比Tab.2 Comparison of contents of EPS in different kinds of sludge

2.2 總氮質(zhì)量濃度對厭氧氨氧化顆粒污泥EPS含量的影響

為研究總氮質(zhì)量濃度對于厭氧氨氧化顆粒污泥EPS含量的影響，采用1#～6#反應(yīng)器進(jìn)行對比，結(jié)果如圖3、4所示.總氮質(zhì)量濃度在35～210 mg/L時，PS質(zhì)量分?jǐn)?shù)由35.23 mg/g升高至38.92 mg/g，繼續(xù)增加總氮質(zhì)量濃度至350 mg/L時，PS質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降至36.54 mg/g；總氮質(zhì)量濃度在35～280 mg/L時，PN質(zhì)量分?jǐn)?shù)由90.46 mg/g 升高至96.81 mg/g，繼續(xù)增加總氮質(zhì)量濃度至350 mg/L時，PN質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降至95.34 mg/g；總氮質(zhì)量濃度在35～280 mg/L時，EPS總量由125.69 mg/g升高至134.5 mg/g，繼續(xù)增加總氮質(zhì)量濃度至350 mg/L時，EPS總量下降至131.88 mg/g.綜上，總氮質(zhì)量濃度在一定范圍內(nèi)時，EPS及各組分含量隨著基質(zhì)質(zhì)量濃度的升高而升高，超過一定范圍，繼續(xù)提高總氮質(zhì)量濃度反而會使EPS及各組分含量降低.當(dāng)總氮質(zhì)量濃度較低時，提高總氮質(zhì)量濃度意味著基質(zhì)消耗速率的提高，而研究表明EPS的形成速率與基質(zhì)消耗速率呈比例關(guān)系，同時反應(yīng)時間的延長也將使基質(zhì)利用階段產(chǎn)生的EPS增多；但是基質(zhì)質(zhì)量濃度較高時，過長的反應(yīng)時間將使得EPS的含量過高，易堵塞基質(zhì)向顆粒內(nèi)部傳遞的通道，而且EPS黏性較強(qiáng)也會增加基質(zhì)向顆粒內(nèi)部傳遞的阻力[23]，降低微生物活性，且研究表明過高的亞氮質(zhì)量濃度也會對厭氧氨氧化菌的活性造成抑制，微生物活性降低反過來也會導(dǎo)致EPS的形成量降低，不利于顆粒污泥的形成與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的維持.李冬等[20]對亞硝化污泥EPS含量的研究結(jié)果也進(jìn)一步證實了過高的基質(zhì)質(zhì)量濃度不利于EPS的分泌.綜上，總氮質(zhì)量濃度過高不利于EPS含量的提高，也不利于厭氧氨氧化活性的充分發(fā)揮.實驗中，總氮質(zhì)量濃度在35～150 mg/L時，RAN由92.82 mg/(g·d)不斷升高至110.95 mg/(g·d)，繼續(xù)提高總氮質(zhì)量濃度至350 mg/L時，RAN不斷下降至67.95 mg/(g·d).由圖2可知，在實際工藝運(yùn)行過程中，通過調(diào)節(jié)容積交換率的方式控制反應(yīng)初期的總氮質(zhì)量濃度在150～210 mg/L時，既可以實現(xiàn)較高微生物活性及反應(yīng)器的脫氮性能，還可以形成較高的EPS含量促進(jìn)污泥顆?；约敖Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性.

圖3 總氮質(zhì)量濃度對厭氧氨氧化活性與EPS總量的影響

Fig.3 Effects of total nitrogen concentration on anaerobic ammonia oxidation activity and total amount of EPS

圖4 總氮質(zhì)量濃度對胞外多糖與蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

Fig.4 Effects of total nitrogen concentration on extracellular polysaccharide and protein content

2.3 無機(jī)碳對于厭氧氨氧化污泥EPS含量的影響

為研究無機(jī)碳對于厭氧氨氧化菌EPS含量的影響，采用3#、7#～11#反應(yīng)器進(jìn)行對比，結(jié)果如圖5、6所示.

圖5 無機(jī)碳對厭氧氨氧化活性與EPS總量的影響

Fig.5 Effects of inorganic carbon on anaerobic ammonia oxidation activity and total amount of EPS

圖6 無機(jī)碳對胞外多糖與蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

Fig.6 Effects of inorganic carbon on extracellular polysaccharide and protein content

IC/TN在0.01～0.2時，PS質(zhì)量分?jǐn)?shù)由34.34 mg/g不斷升高至38.23 mg/g，PN質(zhì)量分?jǐn)?shù)由90.34 mg/g不斷升高至95.12 mg/g，EPS總量由124.31 mg/g不斷升高至133.35 mg/g；繼續(xù)增加無機(jī)碳至IC/TN為0.5時，EPS及各組分含量并無明顯增長.綜上，無機(jī)碳質(zhì)量濃度在一定范圍內(nèi)時，EPS及各組分含量隨著無機(jī)碳質(zhì)量濃度的升高而升高，超過一定范圍，繼續(xù)提高無機(jī)碳質(zhì)量濃度對于EPS及各組分含量無明顯影響.無機(jī)碳作為厭氧氨氧化菌的碳源，影響厭氧氨氧化菌的活性以及EPS的分泌量，理論上厭氧氨氧化反應(yīng)需要的無機(jī)碳含量為IC/TN=0.024(按反應(yīng)式(1)計算)，本實驗在IC/TN為0.01～0.2時，RAN由70.05 mg/(g·d)不斷升高至116.19 mg/(g·d)，表明無機(jī)碳對于厭氧氨氧化活性具有顯著的促進(jìn)作用，相關(guān)研究結(jié)果也進(jìn)一步證明了無機(jī)碳對于厭氧氨氧化菌活性具有促進(jìn)作用[24-25]，無機(jī)碳對于厭氧氨氧化活性的促進(jìn)作用將導(dǎo)致厭氧氨氧化菌EPS分泌量的提高，但是無機(jī)碳的促進(jìn)作用有一定限制，當(dāng)IC/TN>0.2時，無機(jī)碳無法繼續(xù)提高厭氧氨氧化菌活性及EPS含量.綜合EPS含量與微生物活性兩方面影響，厭氧氨氧化顆粒污泥工藝的無機(jī)碳質(zhì)量濃度應(yīng)控制在IC/TN為0.1～0.2，在厭氧氨氧化顆粒污泥工藝的實際運(yùn)行過程中，若無機(jī)碳源質(zhì)量濃度較低，應(yīng)當(dāng)投加適量無機(jī)碳源，以避免由于無機(jī)碳的缺乏造成EPS含量的降低以及微生物活性的限制.

2.4 有機(jī)物對于厭氧氨氧化污泥活性及EPS含量的影響

已有研究表明，有機(jī)物的存在對于厭氧氨氧化菌活性以及EPS含量有重要影響.為研究有機(jī)物質(zhì)量濃度對于厭氧氨氧化菌EPS含量的影響，采用3#、12#～16#反應(yīng)器進(jìn)行對比，結(jié)果如圖7、8所示.COD/TN為0時，PS和PN質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為37.81和94.01 mg/g，RAN為110.945 mg/(g·d)；提高有機(jī)物至COD/TN=0.5時，PS和PN質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別升高至38.63和94.56 mg/g，RAN也升高至119.98 mg/(g·d)；繼續(xù)提高有機(jī)物至COD/TN=2.5 時，PS和PN質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別下降至35.01和91.56 mg/g，RAN也下降至71.16 mg/(g·d)；EPS總量的變化趨勢與PS和PN的變化趨勢相同.由此表明，少量有機(jī)物的存在可以促進(jìn)厭氧氨氧化菌活性同時提高EPS的含量，繼續(xù)提高有機(jī)物質(zhì)量濃度將抑制厭氧氨氧化的活性并且降低厭氧氨氧化菌EPS及各組分的含量.Ni等[15]的研究結(jié)果表明即使進(jìn)水中不含有機(jī)物的厭氧氨氧化系統(tǒng)中也將含有23%的異養(yǎng)菌，這些異養(yǎng)菌以可溶性的細(xì)胞產(chǎn)物、細(xì)菌腐敗產(chǎn)物等為基質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，有利于提高厭氧氨氧化系統(tǒng)的處理效果.Li等[14]的研究結(jié)果表明適量的COD有助于促進(jìn)EPS的分泌從而促進(jìn)污泥顆?；^量的COD將抑制厭氧氨氧化菌的競爭優(yōu)勢.因此，少量有機(jī)物的存在將有利于異養(yǎng)菌分泌更多的EPS，但是由于厭氧氨氧化菌是自養(yǎng)菌，過高的有機(jī)物將對自養(yǎng)菌的生長代謝造成抑制，更不利于厭氧氨氧化菌EPS的分泌，因此，COD/N較高時，厭氧氨氧化活性和EPS及各組分含量均明顯下降.李延軍等[9]研究了COD/N對好氧顆粒污泥EPS含量的影響，結(jié)果表明多糖含量幾乎沒有變化，而蛋白質(zhì)及EPS總量均隨CON/N的增大而降低.陳晨等[22]研究了COD/N對厭氧顆粒污泥EPS的影響，結(jié)果表明EPS及各組分含量均隨COD/N的增大而先增大后減少.李冬等[20]研究了有機(jī)物對于亞硝化污泥EPS含量的影響，結(jié)果顯示廢水中含有機(jī)物的污泥系統(tǒng)中EPS含量明顯高于相同氨氮質(zhì)量濃度、不含有機(jī)物質(zhì)的污泥系統(tǒng).綜上，合適的COD/N對于細(xì)菌分泌EPS具有重要影響，對于厭氧氨氧化顆粒污泥工藝，實際運(yùn)行過程中應(yīng)控制COD/TN<0.5，以避免有機(jī)物過高對于厭氧氨氧化活性的限制.

圖7 有機(jī)物對厭氧氨氧化活性與EPS總量的影響

Fig.7 Effects of organic matter on anaerobic ammonia oxidation activity and total amount of EPS

圖8 有機(jī)物對胞外多糖與蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

Fig.8 Effects of organic matter on extracellular polysaccharide and protein content

3 結(jié) 論

1)同周期內(nèi)，基質(zhì)利用階段的EPS及各組分含量不斷增加；而基質(zhì)匱乏階段EPS及各組分含量又不斷降低.在SBR工藝的實際控制過程中，應(yīng)避免過長的基質(zhì)利用階段以及過長的基質(zhì)匱乏階段.

2)總氮質(zhì)量濃度為35～280 mg/L時，提高總氮質(zhì)量濃度可以提高EPS的含量；總氮質(zhì)量濃度超過280 mg/L時，提高總氮質(zhì)量濃度會降低EPS及各組分含量.為維持較高的脫氮性能，總氮質(zhì)量濃度應(yīng)控制在150～210 mg/L.

3)IC/TN為0.01～0.2時，EPS及其各組分含量隨無機(jī)碳質(zhì)量濃度的升高而增加；IC/TN超過0.2時，無機(jī)碳質(zhì)量濃度對于EPS及其各組分含量無明顯影響；IC/TN應(yīng)控制在0.1～0.5.

4)COD/TN<0.5時，有機(jī)物對于EPS含量以及反應(yīng)器脫氮性能具有促進(jìn)作用；COD/TN超過0.5時，有機(jī)物的提高對于EPS含量以及反應(yīng)器脫氮性能有抑制作用.COD/TN應(yīng)控制在0.5以下.

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(編輯 劉 彤)

Effect of water quality of influent on the content of extracellular polymeric substances in anammox granule sludge

LI Dong1, TIAN Haicheng1, LIANG Yuhai1, FAN Dan1, ZHANG Jie1,2

(1.Key Laboratory of Beijing for Water Quality Science and Water Environment Recovery Engineering(Beijing University of Technology), Beijing 100124, China;2. State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment(Harbin Institute of Technology), Harbin 150090, China)

Content of EPS affects not only the formation and stability of anammox granular sludge, but also the performance of reactor. To study the effect of influent water quality on the EPS content, sixteen SBR reactors with different total nitrogen concentrations, different IC/TN ratios and different COD/TN were operated and compared. Experimental results indicated that the content of EPS increased during the substrate utilization phase, but declined under the shortage phase. Specifically, the EPS content increased slighty with the increasing of total nitrogen concentration from 35 to 280 mg/L, however, it decreased significantly once the total nitrogen concentration exceeded 280 mg/L. With a IC/TN of 0.01-0.2, the content of EPS increased with a continuous input of inorganic carbon, but the inorganic carbon concentration had no significant effect on EPS content when IC/TN>0.2. Under the condition of COD/TN<0.5, higher organic matter promoted EPS formation, but it inhibited EPS formation when COD/TN>0.5. Thus, long substrate utilization phase and the shortage phase should be avoided during the operation of anammox reactor, and the total nitrogen concentration should be maintained between 150-210 mg/L, IC/TN should be 0.1-0.2, COD /TN should be lower than 0.5.

anammox; extracellular polymeric substances content; factors；granular sludge；microbial activity

10.11918/j.issn.0367-6234.2017.02.002

2015-08-15

北京市青年拔尖團(tuán)隊項目(2014000026833TD02)

李 冬(1976—)，女，教授，博士生導(dǎo)師; 張 杰(1938—)，男，教授，中國工程院院士

李 冬，lidong2006@bjut.edu.cn

X703

A

0367-6234(2017)02-0006-07