王春雷
摘 要：当前水污染治理的重点关注问题之一就是水体富营养化。各种人为因素导致在生产生活等诸多领域向水体中排放的氮磷元素越来越多，使得水体中氮磷含量高的问题日益严重。近年来随着相关研究的发展，利用反硝化聚磷菌来进行脱氮除磷的反硝化除磷工艺为生物脱氮除磷提供了新的方向。本文将对低温反硝化聚磷菌的驯化筛选原理及其脱氮除磷的效能机制的研究进展进行探究分析。
关键词：反硝化聚磷菌 驯化筛选 多聚磷酸盐
中图分类号：X172 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）10（a）-0101-02
水资源是人类赖以生存的非常重要的资源之一，现阶段人类对于水资源的消耗逐渐扩大，水资源短缺的同时也带来了水体富营养化的问题。随着经济快速的发展，氮、磷逐渐增长为水体中的主要污染物对于水体富营养化的治理，关键之处在于对水体中氮磷元素的去除。微生物技术随着科学技术的逐渐发展快速走进人们的视野，该技术具有成本低廉、无二次污染等优点，逐渐成为解决水体富营养化的主要途径之一[1]。本文将对低温反硝化聚磷菌的驯化筛选原理及其脱氮除磷的效能机制的研究进展进行探究分析。
1 反硝化聚磷菌
反硝化聚磷菌是一种微生物，其具有反硝化脱氮和聚磷两种机能。其具有碳源的转化功能，当期处于厌氧条件下时，其污水中外碳源经过其物质作用的转化可以变为胞内碳源，转化完毕的物质在细胞内进行储存。当期处于缺氧阶段时，此时胞内的碳源就起到了作用，其体内的相关物质对其进行利用，进而进行反硝化脱氮和吸磷，对资源的利用效率有显著的提高作用[2]。对于实际中的污水处理，有反硝化聚磷菌应用的污水处理技术不仅对于低碳污水处理中碳源不足的矛盾可以有效加以解决，对污泥生产量的降低也有较好的效果。不同类型微生物对泥龄存在一定的矛盾，反硝化聚磷菌也可以对此加以解决，并且同时减少耗能。但是在其有着良好作用的同时，反硝化聚磷菌在脱氮除磷过程中，厌氧段碳源转化能力、胞内胞外碳源对脱氮除磷的影响等基础信息的相关研究目前还不甚明确[3]。
2 低温反硝化聚磷菌的驯化筛选原理
在相关的反硝化聚磷菌的驯化筛选实验中，菌种的分离方法一般采取的是稀释平板划线法，吸磷实验、硝酸盐还原产气反应实验在此过程中扮演重要角色，革兰氏染色、类脂肪颗粒染色和异染颗粒染色实验也被应用到此过程中，可筛选得到相应具有吸附氮磷元素的反硝化聚磷菌。将具有吸附氮磷元素作用的菌株接种在平板上培养，挑取纯菌株进行革兰氏染色、类脂肪颗粒染色及异染颗粒染色实验[4]。筛选出的菌株在类脂肪颗粒染色和异染颗粒染色实验中均有显色，而其他菌株类脂肪颗粒染色无显色，说明不具有类脂肪颗粒。而异染颗粒在微生物体内普遍存，其主要的组成物质为多聚磷酸盐，而该种物质主要来自于ATP的分解，它的存在代表微生物吸磷作用的代表之一就是其发生作用的结果；类脂物质是微生物体内常见的碳源储存物，主要是PHA，其的主要作用是为脱氮除磷反应提供碳源和能量。通过这些因素可以对相应菌株是反硝化聚磷菌的可能性进行排除，最终确定反硝化聚磷菌的种类[5]。
3 反硝化聚磷菌脱氮除磷的效能机制
作为氮素生物地球化学循環中非常重要的一部分，反硝化细菌在自然界中存在的范围十分广阔。其可以通过催化作用将水体中的溶解性氮还原为可返回至大气中的正常氮。反硝化除磷机理与厌氧/缺氧交替运行条件下利用聚磷菌除磷具有较为相似的反应机理[6]。能量中的一大部分用在对自身细胞的合成中，另外一部分用于吸收污水中的磷酸盐。因此可以通过反硝化聚磷菌一种物质同时得以实现脱氮除磷两种效果，是一种新型的处理技术，解决了传统脱氮除磷工艺中反硝化细菌和聚磷菌对于碳源的争夺，具有“一碳两用”的优点。
4 反硝化聚磷菌的国内外研究进展
1992 年以NO3-N为电子受体的反硝化聚磷菌被筛选出来。随后研究表明，经过各个阶段，反硝化聚磷菌可以占到总聚磷菌的一半左右。后续通过模拟废水和A/O工艺中的污泥进行试验研究，发现NO3-N的确可以作为反硝化聚磷菌电子受体，但是在吸磷效率方面，其低于氧气作为电子受体时，下降的比例约为24%。后来采用双污泥系统对合成废水进行处理，从中分离出了反硝化聚磷菌，此过程的数学模型也得以建立[7]。
5 结语
传统的脱氮除磷工艺存在一定的弊端，使得利用的效率并不高，随着近年来对于反硝化脱氮除磷工艺的开发，此些弊端得以有效的解决。在损耗方面，有机物的消耗量及供氧量方面均有很大的降低少，同时大气CO2排放量以及剩余的污泥量也大幅度降低，地自然环境有一定的保护作用。目前由于我国水资源污染的问题较为严重，因此在需求的影响下，此工艺应运而生并且凭借其显著的优势成为近年来研究分析应用的热点所在，其的优质高效的处理技术获得的认可度非常高[8]。虽然反硝化脱氮除磷技术截至目前发展的历史已经较为悠久，但是还有一部分问题未达到有效解决。与发展的悠久历史相对应的是，在我国当前，对于反硝化聚磷菌的研究还不是很深入，相关专业技术研究人员的匮乏及实践应用的缺少等多种原因导致研究还处于初级的阶段，对于菌群的特性没有一个完整的定论，从原理至应用的过程不甚成熟。因此需要进行进一步的深入探讨、分析相关参数的控制情况等，争取得到最佳的应用效果。虽然存在一定的问题，但是其发展的前景向好。
参考文献
[1] 余鸿婷，李敏.反硝化聚磷菌的脱氮除磷机制及其在废水处理中的应用[J].微生物学报，2015，55（3）：264-272.
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[3]杭春全，危志锋，林锐，等.反硝化脱氮除磷系统的碳源利用特性[J].环境科学与技术，2017（1）：123-127.
[4]刘艳萍，朴哲，李玉敏，等.反硝化除磷系统的驯化及反硝化聚磷菌的筛选[J].安徽农业科学，2011，39（18）：11040-11042.
[5]李小义，王丽萍，杜雅萍，等.好氧反硝化微生物多样性及其反硝化功能初步研究[J].氨基酸和生物资源，2016，38（2）：37-45.
[6]刘国全.利用反硝化聚磷菌实现城市污水的脱氮除磷[J].四川环境，2009，28（2）：91-95.
[7]Carrera J， Baeza J A， Vicent T， et al. Biological nitrogen removal of high-strength ammonium industrial wastewater with two-sludge system[J]. Water Research， 2003，37（17）：4211-4221.
[8]Arnz P， Arnold E， Wilderer P A. Enhanced biological phosphorus removal in a semi full-scale SBBR.[J]. Water Science & Technology A Journal of the International Association on Water Pollution Research， 2001，43（3）：167.
