D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.06.002 第31卷第6期 北京科技大学学报 Vol.31 No.6 2009年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2009 低碳源浓度条件下聚磷菌特性 林海李萍陈月芳王 倩 侯瑞荣张艳 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要从北京城市排水集团高碑店污水处理厂二沉池回流污泥中分离获得两株高效聚磷菌株，确定出稀释倒平板分离技 术更有利于聚磷微生物的筛选·经形态特征及生理生化实验初步鉴定为不动杆菌属(acinetobacter sp·)确定出A、E两菌的 最优碳源选择分别为乙酸钠和谷氨酸钠：并在降低碳源质量浓度，即C0D小于100mgL的条件下进行最佳生长条件优化： A、E两菌的最适pH值分别为8和7，最适温度分别为20℃和25℃：金属镁、钾和锰离子对聚磷微生物具有积极促进作用.聚 磷微生物呈现出较好的厌氧放磷、好氧摄磷的特性· 关键词聚磷菌(PA0);低碳源：筛选：生物除磷 分类号X703.1 Characteristics of phosphorus accumulating organisms at low carbon level LIN Hai,LI Ping.CHEN Yue-fang:WANG Qian,HOU Rui-rong,ZHA NG Yan School of Civil and Environmental Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT Two efficient polyphosphate accumulating organisms,A and E.were screened from the returned sludge which comes from the final sedimentation tank in Beijing Gaobeidian Sewage Treatment Plant.At the same time,the reversing dilution plate sepa- ration technology was identified to be beneficial to screening the polyphosphate accumulating organisms.Observations of their morpho- logical,physiological and biochemical features indicate that they are acinetobacter sp.By experiment,the optimal choices for carbon of the polyphosphate accumulating organisms A and E are CH3COONa and CsHsNNa04.respectively.Experimental data show the best growth conditions of polyphosphate accumulating organisms in reducing carbon concentrations,i.e.less than COD 100mgL the optimal pH values and temperatures of the polyphosphate accumulating organisms A and E are 8 and 7.20C and 25C.respec- tively.Metal ions Mg,Kand Mncan be helpful toaccumulate polyphosphate.The effect of oxygen on the phosphate accumu lating microorganisms was discussed,and the characteristics of P removal in anaerobic condition and P uptake in aerobic condition could be observed. KEY WORDS phosphorus accumulating organisms (PAO):low carbon sources:screening:biological phosphorus removal 目前磷是影响水体富营养化的重要因素，对污 条件下，对微生物的聚磷能力及生理生化特性进行 水中磷的质量浓度进行有效的控制处理是十分必要 实验研究 的)].生物除磷法主要利用聚磷菌聚磷作用，相 比化学除磷，具有运行费用低，减少二次污染，减少 1材料与方法 活性污泥膨胀现象，是目前大多数污水处理厂所采 1.1材料 用的除磷方法[， (1)采样：北京城市排水集团高碑店污水处理 最早从活性污泥中分离出的是不动杆菌属[闺， 厂二沉池回流污泥 迄今为止分离出的聚磷菌为数不多，大部分污水处 (2)培养基：合成废水培养基可]，分离培养基采 理厂在除磷工艺处理中由于碳源含量过低即COD 用牛肉膏蛋白胨基础培养基 值较低，降低了聚磷微生物的除磷效率，并最终导致 1.2方法 出水磷含量不达标·因此，本实验筛选高效聚磷微 ()聚磷菌富集及分离纯化，通过连续培养的 生物，并以磷为目标污染物，在降低碳源质量浓度的 方式，不断增加培养液中磷的含量，淘汰聚磷效果差 收稿日期：2008-07-04 基金项目：国家“十一五"科技支撑计划重大资助项目(No·2006哪AC19B01) 作者简介：林海(1966一)，男，教授.博士生导师，E-mail:linhai@ces-usth-edu-cn
低碳源浓度条件下聚磷菌特性 林 海 李 萍 陈月芳 王 倩 侯瑞荣 张 艳 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 摘 要 从北京城市排水集团高碑店污水处理厂二沉池回流污泥中分离获得两株高效聚磷菌株确定出稀释倒平板分离技 术更有利于聚磷微生物的筛选．经形态特征及生理生化实验初步鉴定为不动杆菌属（ acinetobacter sp．）．确定出 A、E 两菌的 最优碳源选择分别为乙酸钠和谷氨酸钠；并在降低碳源质量浓度即 COD 小于100mg·L －1的条件下进行最佳生长条件优化： A、E 两菌的最适 pH 值分别为8和7最适温度分别为20℃和25℃；金属镁、钾和锰离子对聚磷微生物具有积极促进作用．聚 磷微生物呈现出较好的厌氧放磷、好氧摄磷的特性． 关键词 聚磷菌（PAO）；低碳源；筛选；生物除磷 分类号 X703∙1 Characteristics of phosphorus accumulating organisms at low carbon level LIN HaiLI PingCHEN Y ue-f angW A NG QianHOU Ru-i rongZHA NG Y an School of Civil and Environmental EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT T wo efficient polyphosphate accumulating organismsA and Ewere screened from the returned sludge which comes from the final sedimentation tank in Beijing Gaobeidian Sewage Treatment Plant．At the same timethe reversing dilution plate separation technology was identified to be beneficial to screening the polyphosphate accumulating organisms．Observations of their morphologicalphysiological and biochemical features indicate that they are acinetobacter sp．By experimentthe optimal choices for carbon of the polyphosphate accumulating organisms A and E are CH3COONa and C5H8NNaO4respectively．Experimental data show the best growth conditions of polyphosphate accumulating organisms in reducing carbon concentrationsi．e．less than COD100mg·L －1： the optimal pH values and temperatures of the polyphosphate accumulating organisms A and E are8and720℃ and25℃respectively．Metal ions Mg 2＋K ＋ and Mn 2＋ can be helpful to accumulate polyphosphate．T he effect of oxygen on the phosphate accumulating microorganisms was discussedand the characteristics of P removal in anaerobic condition and P uptake in aerobic condition could be observed． KEY WORDS phosphorus accumulating organisms （PAO）；low carbon sources；screening；biological phosphorus removal 收稿日期：2008-07-04 基金项目：国家“十一五”科技支撑计划重大资助项目（No．2006BAC19B01） 作者简介：林 海（1966－）男教授博士生导师E-mail：linhai＠ces．ustb．edu．cn 目前磷是影响水体富营养化的重要因素对污 水中磷的质量浓度进行有效的控制处理是十分必要 的［1－2］．生物除磷法主要利用聚磷菌聚磷作用相 比化学除磷具有运行费用低减少二次污染减少 活性污泥膨胀现象是目前大多数污水处理厂所采 用的除磷方法［3］． 最早从活性污泥中分离出的是不动杆菌属［4］ 迄今为止分离出的聚磷菌为数不多．大部分污水处 理厂在除磷工艺处理中由于碳源含量过低即 COD 值较低降低了聚磷微生物的除磷效率并最终导致 出水磷含量不达标．因此本实验筛选高效聚磷微 生物并以磷为目标污染物在降低碳源质量浓度的 条件下对微生物的聚磷能力及生理生化特性进行 实验研究． 1 材料与方法 1∙1 材料 （1） 采样：北京城市排水集团高碑店污水处理 厂二沉池回流污泥． （2） 培养基：合成废水培养基［5］分离培养基采 用牛肉膏蛋白胨基础培养基． 1∙2 方法 （1） 聚磷菌富集及分离纯化．通过连续培养的 方式不断增加培养液中磷的含量淘汰聚磷效果差 第31卷 第6期 2009年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．6 Jun．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．06．002
680 北京科技大学学报 第31卷 的菌株，培养优势菌株[6).具体操作为：称取活性污 定为稀释倒平板法分离得到的聚磷菌株的除磷效率 泥1g放入盛有100mL的无菌水三角瓶中，于 普遍优于涂布稀释法的分离技术（见图1），这是由 30℃、150rmin1的摇床上培养24h后，按1%的 于大部分聚磷菌属于兼性厌氧菌，稀释倒平板法可 接种量转入合成废水培养基中，逐渐增加培养液中 以为菌群提供一定条件的厌氧环境，最终筛选出两 磷的质量浓度，观察其生长情况， 株聚磷效果较好的菌株，并分别命名为A菌和E菌 分离纯化采用两种分离方法：涂布稀释法和稀 (见表1)，确定为本实验菌株 释倒平板法[]. (2)评价指标.对聚磷微生物进行显微镜镜 检：培养液中磷的测定采用钼酸铵分光光度法[8]； 除两效率 2 20% C0D的测定采用重铬酸钾法). 屏德数中 (3)菌种鉴定，菌种的生理生化鉴定参考相关 60% w。 除磷效率 >60% 文献[10-11] 2结果和讨论 a (b) 2.1聚磷菌的分离和筛选 图1各菌除磷率的分布·()涂布稀释法：(b)稀释倒平板法 经富集培养后采用两种分离纯化技术进行初筛 Fig.I Distribution of phosphorus removal rate of bacteria:(a) 和复筛，通过测定培养液中磷的质量浓度，最终确 coating method:(b)inverted plate dilution method 表1不同磷源质量浓度条件下各菌的除磷率 Table 1 Phosphorus removal rate for the various strains of bacteria under the conditions of different concentrations of phosphorus source 菌株 除磷率/% 名称 磷质量浓度2.0mgL 磷质量浓度6.8mgL磷质量浓度11.4mgL磷质量浓度16.0mgL1磷质量浓度20.5mgL-1 A 99.5 78.9 52.5 22.7 15.7 B 89.0 42.2 21.3 16.1 2.8 87.3 55.4 34.6 22.9 7.8 60.1 37.2 14.1 9.2 E 95.1 79.2 44.1 26.2 16.9 80.2 38.4 20.0 G 65.2 22.4 2.2菌种的鉴定 bacter sp·). 两株分离出的高效聚磷菌见图2.由图可见：A 表2聚磷菌生理生化特性 菌落呈不规则生长，菌落直径约为2~3mm,表面光 Table 2 Physiological and biochemical characteristics of PAOs 滑，成半透明状：革兰氏染色为阳性菌，E菌落表面 实验 A菌落 E菌落 光滑，呈乳白色，生长旺盛，表面微微凸起；革兰氏染 甲基实验 色阳性呈短杆状，对两菌进行各项生理生化指标测 VP实验 定（表2），初步鉴定A、E菌为不动杆菌属(Acineto 尿素水解 产H2s实验 + 纤维素分解 柠檬酸盐实验 硝酸盐实验 + 动力性实验 2.3聚磷菌生长条件特性 图2聚磷菌株分离照片.(a)聚磷菌A;(b)聚磷菌E Fig.2 PAOs isolated photos:(a)PAOs A:(b)PAOs E (1)聚磷菌生长曲线的测定，实验采用OD值
的菌株培养优势菌株［6］．具体操作为：称取活性污 泥1g 放入盛有100mL 的无菌水三角瓶中于 30℃、150r·min －1的摇床上培养24h 后按1％的 接种量转入合成废水培养基中逐渐增加培养液中 磷的质量浓度观察其生长情况． 分离纯化采用两种分离方法：涂布稀释法和稀 释倒平板法［7］． （2） 评价指标．对聚磷微生物进行显微镜镜 检；培养液中磷的测定采用钼酸铵分光光度法［8］； COD 的测定采用重铬酸钾法［9］． （3） 菌种鉴定．菌种的生理生化鉴定参考相关 文献［10－11］． 2 结果和讨论 2∙1 聚磷菌的分离和筛选 经富集培养后采用两种分离纯化技术进行初筛 和复筛．通过测定培养液中磷的质量浓度最终确 定为稀释倒平板法分离得到的聚磷菌株的除磷效率 普遍优于涂布稀释法的分离技术（见图1）这是由 于大部分聚磷菌属于兼性厌氧菌稀释倒平板法可 以为菌群提供一定条件的厌氧环境．最终筛选出两 株聚磷效果较好的菌株并分别命名为 A 菌和 E 菌 （见表1）确定为本实验菌株． 图1 各菌除磷率的分布．（a） 涂布稀释法；（b） 稀释倒平板法 Fig．1 Distribution of phosphorus removal rate of bacteria：（a） coating method；（b） inverted plate dilution method 表1 不同磷源质量浓度条件下各菌的除磷率 Table1 Phosphorus removal rate for the various strains of bacteria under the conditions of different concentrations of phosphorus source 菌株 名称 除磷率／％ 磷质量浓度2∙0mg·L －1 磷质量浓度6∙8mg·L －1 磷质量浓度11∙4mg·L －1 磷质量浓度16∙0mg·L －1 磷质量浓度20∙5mg·L －1 A 99∙5 78∙9 52∙5 22∙7 15∙7 B 89∙0 42∙2 21∙3 16∙1 2∙8 C 87∙3 55∙4 34∙6 22∙9 7∙8 D 60∙1 37∙2 14∙1 9∙2 － E 95∙1 79∙2 44∙1 26∙2 16∙9 F 80∙2 38∙4 20∙0 － － G 65∙2 22∙4 － － － 图2 聚磷菌株分离照片．（a） 聚磷菌 A；（b） 聚磷菌 E Fig．2 PAOs isolated photos：（a） PAOs A；（b） PAOs E 2∙2 菌种的鉴定 两株分离出的高效聚磷菌见图2．由图可见：A 菌落呈不规则生长菌落直径约为2～3mm表面光 滑成半透明状；革兰氏染色为阳性菌．E 菌落表面 光滑呈乳白色生长旺盛表面微微凸起；革兰氏染 色阳性呈短杆状．对两菌进行各项生理生化指标测 定（表2）初步鉴定 A、E 菌为不动杆菌属（ Acinetobacter sp．）． 表2 聚磷菌生理生化特性 Table2 Physiological and biochemical characteristics of PAOs 实验 A 菌落 E 菌落 甲基实验 － ＋ V－P 实验 － － 尿素水解 ＋ ＋ 产 H2S 实验 － ＋ 纤维素分解 ＋ － 柠檬酸盐实验 ＋ ＋ 硝酸盐实验 ＋ ＋ 动力性实验 ＋ － 2∙3 聚磷菌生长条件特性 （1） 聚磷菌生长曲线的测定．实验采用 OD 值 ·680· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
第6期 林海等：低碳源浓度条件下聚磷菌特性 .681. 法测定聚磷菌的生长曲线(OD600是指菌体细胞密 15h,吸光度值在24h增至最大并基本保持稳定，菌 度)，从生长曲线（图3所示）可以看出，A、E两聚磷 种开始稳定生长期.30h后，吸光度值缓慢下降，菌 菌株在经过大约10h的迟缓期后，吸光度值开始明 体走向衰亡，E菌经历30h进入对数生长期，在 显增大，进入对数生长期，A菌在这一阶段持续了 48h后进入衰亡期，至约70h完成一个生长周期. 0.8 (a) 06) 0.5- ● 0.6 0.4 ● 0.4 % 02 0.1 %0- 5 101520253035 20 40 60 80 时间h 时间h 图3测定的生长曲线.(a)聚磷菌A;(b)聚磷菌E Fig-3 Determined growth curves:(a)PAOs A:(b)PAOs E (2)碳源对聚磷菌生长的影响.碳源为大多数 1.0gL时，两菌的聚磷率基本达到最大值，再增 微生物机体提供必要的能源，不同的微生物对于碳 加碳源质量浓度时，聚磷效率没有明显的变化，图6 源的利用也各不相同.从图4可以看出，低分子的 100 有机碳源如乙酸钠、丙酸钠和谷氨酸钠更利于聚磷 微生物的吸收，且随着有机分子量的增大除磷效率 80 逐渐降低，A、E两菌确定最佳碳源分别为乙酸钠和 60 谷氨酸钠， 。A菌 40 E菌 100r 80 口A菌除磷率 20 口E菌除磷率 60 40 0.5 1.015 2.0 乙酸钠的质量浓度(gL月 0 图5碳源质量浓度对A、E两菌除磷效率的影响 -20 尿素葡萄糖旅糖牛乳乙丙谷氢 Fig.5 Effect of carbon source concentration on the phosphorus re- 酸钠酸钠酸钠 moval efficiency of A and E bacteria 图4不同碳源条件下A,E菌除磷效率 700 Fig.4 Phosphorus removal rate of PAOs A and E under the condi- -9A菌 tions of different carbon sources 600 女E菌 500 )-8150r-128.5 R=0.9928 2.4聚磷菌培养条件优化 (1)碳源质量浓度对聚磷菌生长的影响.碳源 9 是除磷微生物的重要能源物质，聚磷微生物将碳源 200 分解以PHB的形式贮存于机体内，以便于更好地利 3=7109.4r-129.44 R20.9999 用碳源物质PHB进行磷的聚集[12]，因此对碳源质 100 量浓度考察是研究聚磷微生物除磷效率的重要因素 0.02 0.040.060.08 0.10 之一，通过C0D的测定降低碳源质量浓度，在低碳 碳源的质量浓度(gL) 浓度条件下考察聚磷微生物生理生化特性·从图5 图6碳源质量浓度和C0D关系 可以得出，随着碳源质量浓度的增加A、E两菌的聚 Fig.6 Relationship between carhon source concentration and COD 磷效率均有显著的升高，当碳源质量浓度达到 curves
法测定聚磷菌的生长曲线（OD600是指菌体细胞密 度）．从生长曲线（图3所示）可以看出A、E 两聚磷 菌株在经过大约10h 的迟缓期后吸光度值开始明 显增大进入对数生长期A 菌在这一阶段持续了 15h吸光度值在24h增至最大并基本保持稳定菌 种开始稳定生长期．30h 后吸光度值缓慢下降菌 体走向衰亡．E 菌经历30h 进入对数生长期在 48h 后进入衰亡期至约70h 完成一个生长周期． 图3 测定的生长曲线．（a） 聚磷菌 A；（b） 聚磷菌 E Fig．3 Determined growth curves：（a） PAOs A；（b） PAOs E （2） 碳源对聚磷菌生长的影响．碳源为大多数 微生物机体提供必要的能源不同的微生物对于碳 源的利用也各不相同．从图4可以看出低分子的 有机碳源如乙酸钠、丙酸钠和谷氨酸钠更利于聚磷 微生物的吸收且随着有机分子量的增大除磷效率 逐渐降低A、E 两菌确定最佳碳源分别为乙酸钠和 谷氨酸钠． 图4 不同碳源条件下 A、E 菌除磷效率 Fig．4 Phosphorus removal rate of PAOs A and E under the conditions of different carbon sources 2∙4 聚磷菌培养条件优化 （1） 碳源质量浓度对聚磷菌生长的影响．碳源 是除磷微生物的重要能源物质聚磷微生物将碳源 分解以 PHB 的形式贮存于机体内以便于更好地利 用碳源物质 PHB 进行磷的聚集［12］因此对碳源质 量浓度考察是研究聚磷微生物除磷效率的重要因素 之一．通过 COD 的测定降低碳源质量浓度在低碳 浓度条件下考察聚磷微生物生理生化特性．从图5 可以得出随着碳源质量浓度的增加 A、E 两菌的聚 磷效率均有显著的升高．当碳源质量浓度达到 1∙0g·L －1时两菌的聚磷率基本达到最大值再增 加碳源质量浓度时聚磷效率没有明显的变化．图6 图5 碳源质量浓度对 A、E 两菌除磷效率的影响 Fig．5 Effect of carbon source concentration on the phosphorus removal efficiency of A and E bacteria 图6 碳源质量浓度和 COD 关系 Fig．6 Relationship between carbon source concentration and COD curves 第6期 林 海等： 低碳源浓度条件下聚磷菌特性 ·681·
.682 北京科技大学学报 第31卷 通过测定不同质量浓度的乙酸钠和谷氨酸钠对应的 是微生物生长必不可少的一类营养物质，它们在机 COD值，在低碳源浓度条件下(COD值小于 体内中能维持生物大分子和细胞结构的稳定性，调 100mgL)考察两菌的生理生化特性，即选择碳 解并维持渗透压平衡，控制细胞氧化还原电位和作 源质量浓度小于0.3gL. 为某些微生物生长的能源物质等，本实验考察了不 (2)初始pH值对聚磷菌生长的影响，微生物 同种类的单一金属离子对A、E两聚磷菌生长的影 的生长和繁殖需要一定的酸碱度即pH值环境.由 响，从图8可以看出，镁离子、钾离子及钠离子对聚 于微生物生长过程中机体内发生的生物化学反应是 磷微生物具有积极的促进作用，此外微量元素锰离 酶促反应，而溶液中H值的改变将影响酶活性中 子的加入使得E菌聚磷效率明显升高.锌离子对两 心的存在形式，改变底物分子和酶分子的带电状态， 菌的除磷效率没有明显促进作用，反而会破坏细胞 从而影响酶与底物的结合，从图7可以看出，随着 结构的稳定性以及延长培养时间， H值的升高，培养液中磷的质量浓度也逐渐降低， 当pH值增加到9时，培养液中磷的质量浓度又有 口A菌 回E菌 所回升，除磷效率降低·因此，弱碱性环境更利于聚 5 磷微生物的生长，最终A、E菌的最优pH值为8 3 和7. 口A菌 空白 Mg Ca K' Na'Mn2 Zn @E菌 图8金属离子对聚磷微生物除磷效率的影响 Fig.8 Effect of metal ions on the phosphorus removal efficiency of 2 PAOs (4)温度对聚磷菌生长的影响，温度影响微生 pH 物细胞质膜的流动性，温度过高和过低均不利于微 图7pH值对聚磷微生物的影响 生物的生长，由图9可以看到：随着温度的升高，A、 Fig.7 Effect of pH value on P-microbial E两菌除磷效率呈下降趋势，在较低的温度范围内 两菌表现出较好的聚磷效果，A、E两菌最优温度分 (3)金属离子对聚磷菌生长的影响，金属离子 别选择为20℃和25℃，这更加有利于生产实践， 0.9 4.0 0.7 (a) 上清液磷浓度 3.0 OD. 3.5 0.8 0.6 3.0 2.0 0.7 2.5 0.5 50 0.6 2.0 1.5 0.4 0.5 1.0 一上清液磷浓度 e-OD8o0 0.4 0 30 15 25 35 45 03 温度/℃ 温度/℃ 图9温度对聚磷菌的影响。(a)A菌；(b)E菌 Fig.9 Effect of temperature on PAOs:(a)A PAOs:(b)E PAOs (5)厌氧好氧条件对聚磷菌生长的影响.在常 好氧条件下的聚磷率.同时，通过厌氧好氧交替反 规的好氧条件下要想达到较高的除磷效率很难，但 应，聚磷菌先表现出逐渐放磷的过程，然后随时间增 通过引入厌氧阶段，可以使这一过程实现，参照 加在好氧阶段又进行超量摄磷，这也进一步验证了 图10，无论是A聚磷菌还是E聚磷菌在同样的时间 所筛菌株具有除磷的特性 条件下，经过先厌氧后好氧，最终除磷效率明显高于 (6)稳定性测定，在低碳质量浓度和优化的各
通过测定不同质量浓度的乙酸钠和谷氨酸钠对应的 COD 值在 低 碳 源 浓 度 条 件 下 （COD 值 小 于 100mg·L －1）考察两菌的生理生化特性即选择碳 源质量浓度小于0∙3g·L －1． （2） 初始 pH 值对聚磷菌生长的影响．微生物 的生长和繁殖需要一定的酸碱度即 pH 值环境．由 于微生物生长过程中机体内发生的生物化学反应是 酶促反应而溶液中 pH 值的改变将影响酶活性中 心的存在形式改变底物分子和酶分子的带电状态 从而影响酶与底物的结合．从图7可以看出随着 pH 值的升高培养液中磷的质量浓度也逐渐降低 当 pH 值增加到9时培养液中磷的质量浓度又有 所回升除磷效率降低．因此弱碱性环境更利于聚 磷微生物的生长最终 A、E 菌的最优 pH 值为8 和7． 图7 pH 值对聚磷微生物的影响 Fig．7 Effect of pH value on P-microbial （3）金属离子对聚磷菌生长的影响．金属离子 是微生物生长必不可少的一类营养物质它们在机 体内中能维持生物大分子和细胞结构的稳定性调 解并维持渗透压平衡控制细胞氧化还原电位和作 为某些微生物生长的能源物质等．本实验考察了不 同种类的单一金属离子对 A、E 两聚磷菌生长的影 响．从图8可以看出镁离子、钾离子及钠离子对聚 磷微生物具有积极的促进作用此外微量元素锰离 子的加入使得 E 菌聚磷效率明显升高．锌离子对两 菌的除磷效率没有明显促进作用反而会破坏细胞 结构的稳定性以及延长培养时间． 图8 金属离子对聚磷微生物除磷效率的影响 Fig．8 Effect of metal ions on the phosphorus removal efficiency of PAOs （4） 温度对聚磷菌生长的影响．温度影响微生 物细胞质膜的流动性温度过高和过低均不利于微 生物的生长．由图9可以看到：随着温度的升高A、 E 两菌除磷效率呈下降趋势在较低的温度范围内 两菌表现出较好的聚磷效果．A、E 两菌最优温度分 别选择为20℃和25℃这更加有利于生产实践． 图9 温度对聚磷菌的影响．（a） A 菌；（b） E 菌 Fig．9 Effect of temperature on PAOs：（a） A PAOs；（b） E PAOs （5） 厌氧好氧条件对聚磷菌生长的影响．在常 规的好氧条件下要想达到较高的除磷效率很难但 通过引入厌氧阶段可以使这一过程实现．参照 图10无论是 A 聚磷菌还是 E 聚磷菌在同样的时间 条件下经过先厌氧后好氧最终除磷效率明显高于 好氧条件下的聚磷率．同时通过厌氧好氧交替反 应聚磷菌先表现出逐渐放磷的过程然后随时间增 加在好氧阶段又进行超量摄磷这也进一步验证了 所筛菌株具有除磷的特性． （6） 稳定性测定．在低碳质量浓度和优化的各 ·682· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
第6期 林海等：低碳源浓度条件下聚磷菌特性 ,683 [2]Xia H S,Xiang X.Technology of phosphorus removal for wastewater and development analysis on it.Environ Sci Man- age,2006,31(1):125 (夏宏生，向欣废水除磷技术及进展分析，环境科学与管理， 2006,31(1):125) A菌好氧 [3]Zhu G B.Peng YZ.Biological Phosphorus Removal Manual for A菌先厌氧后好氧 E菌好氧 Design and Operation.Beijing:China Building Industry Press. E菌先厌氧后好氧 2005,7 (祝贵兵，彭永臻，生物除磷技术与运行手册·北京：中国建筑工 10 15 20 15 业出版杜，2005.7) 时间h [4]Fuhs D F,Chen M.Microbiological basis of phosphate removal in 图10氧对聚磷微生物聚磷效率影响 the activated sludge process for the treatment of wastewater.Mi- crob Ecol.1975.2:119 Fig-10 Effect of oxygen on the phosphorus removal efficieney of [5]Tomohiro M.Tomohiro Y.Junichi K.A method for screening phosphorus microbial polyphosphate accumulating mutants which remove phosphate efficient- 参数条件下，进行连续培养，测定的A、E两聚磷菌 ly from synthetic wastewater.JBiosci Biceng.2003.95:637 [6]Venkaleswarlu K.Persistence and biodegradation of carbofuran in 的除磷效率均很稳定，除磷率分别为83%和79%. flooded soil.JAgrie Food Chem.1997.25:533 3结论 [7]Shen P.Fan X R.Li G W.Experimental Microbiology.Bei- jing:Higher Education Press,1999 (1)对聚磷微生物的筛选，确定了较优的筛选 (沈萍，范秀容，李广武微生物学实验北京：高等教育出版社， 1999) 分离方法：对富集培养后的微生物采用稀释倒平板 [8]National Environmental Protection Agency.GB11893-89 Water 法比涂布稀释法或平板划线法所筛选出的高效聚磷 Quality-Determination of Total Phosphorus:Ammonium 菌的比率较大，最终得到两株高效除磷菌A、E,通 Molybdate Spectrophotometric Method.Beijing:China Environ- 过形态学和生理生化实验初步确定为不动杆菌属. mental Science Press,2002 (2)对A、E两菌进行碳源优化，确定最佳碳源 (国家环境保护总局.GB11893一89水质一总磷的测定：钼 酸铵分光光度法，北京：中国环境科学出版社，2002) 分别为乙酸钠和谷氨酸钠，并在降低碳源质量浓度 [9]National Environmental Protection Agency.GB 11914-89 Wa- 的条件下考察了最优的pH、温度、金属离子和氧气 ter Quality-Determinotion of the Chemical Oxygen Demand: 等因素对聚磷效率的影响， Dichromate Method.Beijing:China Environmental Science (③)在优化的参数下进行稳定性实验测定，通 Press,2002 过六批连续培养实验测定出A、E聚磷菌的聚磷能 (国家环境保护总局.GB11914一89水质一化学需氧量的测 力分别为83%和79%.在低浓度碳源条件下具有 定：重铬酸盐法.北京：中国环境科学出版社，2002) 很好的处理效果 [10]Dong XZ.Cai M Y.Common Bocteria Identification Manu- al.Beijing:Science Press,2001:162 (东秀珠，蔡妙英，常见细菌鉴定手册.北京：科学出版社， 参考文献 2001:162) [1]Seviour R J.Mino T.Onuki M.The microbiology of biological [11]Lu ZZ.Bacterial Taxonomy.Wuhan:Wuhan University phosphorus removal inactivated sludge systems.FEMS Microbiol Press,1994:88 Rem,2003,27,99 (卢振祖.细菌分类学.武汉：武汉大学出版社，1994：88)
图10 氧对聚磷微生物聚磷效率影响 Fig．10 Effect of oxygen on the phosphorus removal efficiency of phosphorus-microbial 参数条件下进行连续培养测定的 A、E 两聚磷菌 的除磷效率均很稳定除磷率分别为83％和79％． 3 结论 （1） 对聚磷微生物的筛选确定了较优的筛选 分离方法：对富集培养后的微生物采用稀释倒平板 法比涂布稀释法或平板划线法所筛选出的高效聚磷 菌的比率较大．最终得到两株高效除磷菌 A、E通 过形态学和生理生化实验初步确定为不动杆菌属． （2） 对 A、E 两菌进行碳源优化确定最佳碳源 分别为乙酸钠和谷氨酸钠并在降低碳源质量浓度 的条件下考察了最优的 pH、温度、金属离子和氧气 等因素对聚磷效率的影响． （3） 在优化的参数下进行稳定性实验测定通 过六批连续培养实验测定出 A、E 聚磷菌的聚磷能 力分别为83％和79％．在低浓度碳源条件下具有 很好的处理效果． 参 考 文 献 ［1］ Seviour R JMino TOnuki M．The microbiology of biological phosphorus removal inactivated sludge systems．FEMS Microbiol Rev200327：99 ［2］ Xia H SXiang X． Technology of phosphorus removal for wastewater and development analysis on it．Environ Sci Manage200631（1）：125 （夏宏生向欣．废水除磷技术及进展分析．环境科学与管理 200631（1）：125） ［3］ Zhu G BPeng Y Z．Biological Phosphorus Remov al Manual for Design and Operation．Beijing：China Building Industry Press 2005：7 （祝贵兵彭永臻．生物除磷技术与运行手册．北京：中国建筑工 业出版社2005：7） ［4］ Fuhs D FChen M．Microbiological basis of phosphate removal in the activated sludge process for the treatment of wastewater．Microb Ecol19752：119 ［5］ Tomohiro MTomohiro YJunichi K．A method for screening polyphosphate accumulating mutants which remove phosphate efficiently from synthetic wastewater．J Biosci Bioeng200395：637 ［6］ Venkaleswarlu K．Persistence and biodegradation of carbofuran in flooded soil．J Agric Food Chem199725：533 ［7］ Shen PFan X RLi G W．Experimental Microbiology．Beijing：Higher Education Press1999 （沈萍范秀容李广武．微生物学实验．北京：高等教育出版社 1999） ［8］ National Environmental Protection Agency．GB11893－89 Water Quality— Determination of Total Phosphorus： A mmonium Molybdate Spectrophotometric Method．Beijing：China Environmental Science Press2002 （国家环境保护总局．GB11893－89水质－－－总磷的测定：钼 酸铵分光光度法．北京：中国环境科学出版社2002） ［9］ National Environmental Protection Agency．GB11914－89 Water Quality-Determinotion of the Chemical Oxygen Demand： Dichromate Method． Beijing： China Environmental Science Press2002 （国家环境保护总局．GB11914－89水质－－－化学需氧量的测 定：重铬酸盐法．北京：中国环境科学出版社2002） ［10］ Dong X ZCai M Y．Common Bacteria Identification Manual．Beijing：Science Press2001：162 （东秀珠蔡妙英．常见细菌鉴定手册．北京：科学出版社 2001：162） ［11］ Lu Z Z． Bacterial Taxonomy． Wuhan： Wuhan University Press．1994：88 （卢振祖．细菌分类学．武汉：武汉大学出版社1994：88） 第6期 林 海等： 低碳源浓度条件下聚磷菌特性 ·683·
