不动杆菌是最早被发现和 分离 到的聚 磷菌 。 1975年 Fuhs和 Chen[ 10 ]首次用传统的培养方法从 能高效除磷的活性污泥中分离出属 Proteobacteriaγ 亚纲 的 A cinetobacter spp. , 并 认 为 可 能 是 主 要 的 PAO s。1980 年 Deiaema等人通过对不动杆菌进行 纯种培养 , 发现在生长早期阶段 , 该菌能过最摄取 培养基内的磷 , 在细胞内形成聚磷酸盐 , 含量可达 细菌干重的 10% ～20%。1983年 Buchanm 通过考 察除磷效果良好的几种试验装置和南非几座污水生 物除磷处理厂的曝气池活性污泥微生物组成 , 发现 不动杆 菌 在 各 种 活 性 污 泥 系 统 异 养 型 细 菌 中 占
在厌氧条件下 , 以乙酸为碳源 , 聚磷菌释磷以 简化的方式描述为 :
C2 H4 O2 + 012 (HPO3 ) (聚磷 ) + H2 O ϖ (C5 H4 O2 ) 2 (贮存有机物 ) + PO34 - + 3H + 在好氧条件下 , 聚磷菌吸磷以简化的方式描述
3期
吴 蕾等 : 生物除磷微生物研究进展
50%以上 。由于不动杆菌广泛存在且易于分离 , 当 时被人们 认 为 可 能 是 除 磷 的 优 势 菌 种 。然 而 在 1988年 , C locte和 Styen研究了南非 Cape Town北 区废水生物除磷处理厂的活性污泥中的不动杆菌的 数量和除磷能力 。结果表明 , 不动杆菌在曝气池内 的所有细菌虽占 79194% ～89194% , 但仅能去除 系统中 5% ～16%的磷 , 所以不动杆菌不是废水生 物除磷系统中唯一能过量摄取磷的细菌 , 一定还存 在其他具有除磷能力的聚磷菌 。 [ 11 ]
1 生物除磷机理
111 传统生物除磷机理 目前普遍认可的生物除磷理论是聚磷微生物的
摄 /放磷原理 : 在厌氧区内 , 聚磷菌把细胞中的聚 磷水解为正磷酸盐 ( PO3422P) 释放到细胞外 , 并从 中获取能量 。污水中易生物降解的 COD 被产酸菌
收稿日期 : 2007201226 作者简介 :吴 蕾 (1982 - ) ,山东泰安人 ,青岛理工大学环境工程
2 生物除磷微生物
具有聚磷能力的微生物就目前所知绝大多数是 聚磷菌和反硝化聚磷菌 , 还有一些微藻类 , 它们在 生物除磷体系中发挥着重要作用 。 211 聚磷菌 ( PAO s)
聚磷菌多呈球杆状 , 不是细菌分类学上的概 念 , 只是从工程的角度出发 , 对厌氧 /好氧交替运 行导致厌氧释磷 、好氧超量吸磷的这一类异养性细 菌的总称 [ 9 ] 。 21111 不动杆菌 (A cinetobacter spp. )
C2 H4 O2 + 0116NH4+ + 0196NO3- + 012PO34 - ϖ 0116C5 H7 NO2 + 112CO2 + 012 (HPO3 ) (聚磷 ) + 114OH - + 0196H2 O + 0148N2 由于 DPB 可在缺氧环境下摄磷 , 这就使得摄 磷和反硝化两个过程借助同一种细菌在同一个环境 下完成 , 将摄磷和反硝化 (脱氮 ) 两个彼此独立 的生物过程合二为一 。
Progress of Research on M icrobes for phosphorus rem ova l WU Lei, SONG Zhi2wen, W EN Shao2peng, L I L ing2yun
( Institu te of Environm en t and M un icipa l Eng ineering, Q ingdao Technolog ica l U n iversity, Q ingdao, S handong 266033, Ch ina)
Abstra ct: This paper expatiated the metabolism mechanism of PAO s and DPB in biological phosphorus removal, and summed
up the species, habits and characteristics of the phosphorus removing m icroorganism s isolated in EBPR system as well as some biological phosphorus removal system s else in recent years. Then a p rospect in important fields concerned for future research are put forward.
假单 胞 菌 是 具 有 除 磷 能 力 的 细 菌 。 1985 年 Suresh[ 15 ]等人通过纯种培养试验 , 考察了从运转正 常的厌氧 /好氧 (A /O ) 废水生物除磷处理系统曝 气池内活性污泥中分离的假单胞菌属的磷代谢性 能 , 发现它们能够累积聚磷酸盐 , 其含量达细菌干 重的 31% , 而且在好氧条件下 , 这类菌从对数生 长期到稳定生长期时 , 聚磷酸盐含量也随培养时间 的延长而增加 , 且聚磷酸盐激酶增长速率是对数生 长期的 10倍 。当该菌生长到稳定期的中后期 , 速 率降低为对数生长期的 3 倍 。周岳溪 [ 11 ]等研究了
第 26卷第 3期 2007年 6月
四 川 环 境
Vol126, No13
SICHUAN ENV IRONMENT
June 2007
·综 述 ·
生物除磷微生物研究进展
吴 蕾 , 宋志文 , 温少鹏 , 李凌云
(青岛理工大学环境与市政工程学院 , 山东 青岛 266033)
摘要 : 本文阐述了生物除磷过程中 PAO s和 DPB代谢机理 , 总结了近年来在 EBPR 系统及其他生物除磷系统中分离到 的除磷微生物的种类 、习性 、特征等 , 并对今后相关重点研究进行展望 。 关 键 词 : 生物除磷 ; EBPR; 聚磷菌 ; 反硝化聚磷菌 ; 微藻类 中图分类号 : X172 文献标识码 : A 文章编号 : 100123644 (2007) 0320094205
95
为 : C2 H4 O2 + 0116NH4+ + 112O2 + 012PO34 - ϖ 0116C5 H7 NO2 + 112CO2 ( HPO3 ) (聚磷 ) + 0144OH + 1144H2 O 112 反硝化聚磷菌除磷机理
反硝化除磷现象的发现是生物除磷的最新研究 成果 。该研究表明 , 除 PAO s可在好氧环境中摄磷 外 , 一种兼性厌氧反硝化细菌 (Denitrifying Phos2 phorus Removing Bacteria, DPB ) 也能在厌氧 /缺氧 交替的运行环境下摄磷 。该微生物利用 O2 或 NO2x 作为电子受体 , 并且在吸磷的同时将 NOx 2N 转变 成为 N2 或氮化物 , 在无溶解氧和只存在 NOx2的缺 氧情况下 , DPB 进行反硝化的同时 , 将污水中的 磷以聚磷的形式吸入细胞内而去除 [ 8 ] 。在缺氧的 条件下 , 表达式为 :
Keywords: B iological phosphorus removal; EBPR; PAO s; DPB; Tiny alga
近年来 , 废水生物除磷成为研究热点 [ 1～6 ] , 尤 其是对生物除磷的主角 —聚磷微生物 ( Poly2phos2 phate Accum ulating O rganism s, PAO s) 做了深入的 研究 。随着细菌分离培养技术和微生物种群表征技 术的发展 , 目前已经从生 物强 化除磷 系统 ( En2 hanced B iological Phosphate Removal, EB PR ) 分离出 许多种类的聚磷微生物 , 并对其生物学特性进行研 究 。本文从生物除磷微生物类型 、生物学特性 、除 磷机理等方面进行阐述 。
专业 2005级硕士研究生 ,主要从事环境技术方面研究 。
和某些 聚 磷 菌 酸 化 分 解 成 乙 酸 等 低 分 子 脂 肪 酸 (VFA ) 或短链脂肪酸 ( SCFA ) , VFA ( SCFA ) 不 仅适合于聚磷菌利用 , 而且能诱导激发细胞将其体 内积累的高能聚合磷分解 , 释放出磷酸根和键能 , 聚磷 菌 通 过 三 磷 酸 腺 苷 (ATP ) →二 磷 酸 腺 苷 (ADP) 的转换 , 以聚 β2羟基丁酸盐 ( PHB ) 的形 式贮存在体内 。在好氧区内 , 聚磷菌将贮存于体内 的 PHB 进行好氧分解 , 释放出大量能量供聚磷菌 增殖 , 在充分利用基质的同时 , 大量吸收溶解态的 正磷酸盐 , 在细胞内合成并积累多聚磷酸盐 , 对磷 积累可达细胞干重的 6%左右 , 个别可达 8% [ 7 ] 。 PAO s以循环方式经历厌氧 /好氧环境后 , 底物环境 的磷在好氧环境下以聚磷形式储存在细胞内 , 最终 通过排放富含聚磷菌的剩余污泥实现除磷的目的 。
96
四 川 环 境
26卷
自除磷效果良好的循序间歇式废水生物除磷处理装 置中的活性污泥中所分离的优势菌假单胞磷代谢生 理特性 , 发现假单胞菌同样具有厌氧释磷 、好氧吸 磷的聚磷菌共性 , 在过量摄磷过程中 , 其细胞外膜 上诱导产生的磷酸专一性孔道蛋白起重要作用 。 Nagadom i[ 16 ]等报道了光合细菌中的球形红假单胞 菌 ( R hodopseudom onas sphaeroides) 和沼泽红假单 胞菌 ( R hodopseudom onas Pa lustris) 能同时去除污 水中的 COD、 PO342、N0M32 和 H2 S, 在序批式试验 中 , 48 h内磷的去除率为 77%。周茂洪 [ 17 ]等的研 究还表明 : 光 照 微 好 氧 条 件 下 沼 泽 红 假 单 胞 菌 ( R hodopseudom onas Pa lustris) 对磷的同化能力比黑 暗微好氧条件下强 , 在光照微好氧 、NaAc 或苹果 酸为碳源、pH为 619的条件下 , 可同化 01020 mg/mL 左右的磷 。李军 、王宝贞 [ 19 ]等的研究也表明淹投 式生物膜法除磷工艺中的优势菌属为假单胞菌属 。