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水体中磷的去除对防止水体的富营养化具有重要意义。目前对于废水中磷的去除主要是利用活性污泥中的聚磷菌在厌氧/好氧(A/O)或厌氧/缺氧(A/A)交替运行下对废水中磷的过量摄取,再通过污泥排放这种方式来除磷的。但由于对聚磷菌本身的聚磷特性和聚磷机理的研究还不够深入,导致生物除磷技术尚未得到广泛应用,也使得增强生物除磷(Enhanced Biological Phosphorus Removal，EBPR)运行效果不够稳定。本文从高效聚磷菌的分离筛选入手,在聚磷菌的聚磷特性及其机理等方面展开了较深入的研究。 从巢湖底泥中分离得到两株高效聚磷菌株P6和P8,经过16S rDNA序列分析,初步鉴定P6菌株属于短小杆菌属(Exiguobacterium sp.),P8菌株属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.)。 为考察影响两菌株聚磷性能的因素,对温度、pH值、碳氮源等因素进行了分析,并确定了各因素的最适作用范围。P6菌株的最适温度为35℃,最适pH值在4~5之间。最适碳源是麦芽糖,且浓度在0.75 g/L时,聚磷效果最好,除磷率达到84.6％。最适复合氮源是蛋白胨+氯化铵。P8菌株的最适温度是35℃,最适pH值在6~7之间。最适碳源是乙醇,且浓度在3.75g/L时,除磷效果最佳,除磷率达到92.9％。最适复合氮源为蛋白胨+硫酸铵。比较两菌株发现,环境因素的改变对P8菌株的除磷能力影响不大,温度在10℃~40℃范围内,pH值在4~11之间,P8菌株都表现出较高的除磷能力,同时实验结果还显示,P8菌株可以利用多种碳源和氮源。 改变环境中磷浓度,考察外源磷对聚磷菌除磷的影响发现,随着外源磷浓度的增加,聚磷菌的除磷率也在不断上升。磷作为外源诱导物有刺激聚磷菌聚磷的作用,能提高除磷效率。 为更好地研究各因素对聚磷菌聚磷能力的交互影响,优化除磷条件,本实验采用响应曲面法(Response Surface Methodology,RSM)来分析各种因素对聚磷菌聚磷能力的影响。显著性实验及显著因子水平值的优化实验表明,菌株P6的三个显著因素的最优值分别是:蛋白胨1.06 g/L、NH4Cl0.82 g/L、FeSO4·7H2O0.53 g/L;菌株P8的三个显著因素的最优值分别是:蛋白胨0.9 g/L、(NH4)2SO40.7 g/L、MgSO4·7H2O0.8 g/L。在上述优化条件下,P6和P8菌株的除磷率分别达到了98.25％和95.84％。利用响应曲面分析(Response Surface Analysis,RSA)技术,建立了两菌株除磷的二次多项式数学模型,对聚磷菌进行预测。经实验验证,实验值与模型预测值之间的相对误差低于1％。, 为揭示生物聚磷的机理,本实验分析了菌株P6和P8在厌氧和好氧阶段胞内、胞外磷含量的变化及生物量的变化。结果表明,两菌株均能在厌氧环境中向胞外释放磷,环境中的磷含量有明显增加。同时菌体在厌氧条件下生长受到抑制,生物量保持在较低的水平,甚至下降。而在好氧阶段,菌体内的磷含量迅速上升,伴随着的是环境中磷含量在大幅减少,表明磷被过量地摄入到菌体内,同时在此阶段生物量也快速增加。上述结果表明,所筛选的菌株P6和P8具有聚磷菌的特征,即厌氧释磷、好氧聚磷。 磷是导致水体富营养化的关键因素,其在水体中引起藻类爆发性生长的浓度是极低的,远低于国家规定的磷排放标准。因此,控制水体富营养化,防止藻类爆发应从两方面入手,一是从源头控制污水中的磷含量,减少排入自然水体中的磷;二是对可控的水体(如人工湖,景观水池等)进行有效的除磷,控制藻类的生长。但过低的磷含量对聚磷菌的生长也会造成影响,不利于除磷。为此,本文考察了自行筛选的两株聚磷菌在极低磷浓度下的聚磷能力,发现当环境中磷的浓度低至0.05 mg/L,两株聚磷菌依然保持有70％以上的聚磷率,从而为这两株聚磷菌在生物除磷工艺中的实际应用提供了前提。