强化生物除磷系统现已被广泛用于城镇污水处理厂。在EBPR系统中，PAOs在厌氧阶段将细胞内的聚磷水解为正磷酸盐，并从中获得能量来吸收挥发性脂肪酸(VFAs)合成PHA，在缺氧或好氧阶段降解PHA产生能量，将污水中的磷酸盐转化为聚磷储存在细胞内，从而达到去除磷的目的。GAOs在厌氧阶段也能吸收VFAs，与PAOs形成竞争，但不具有除磷作用，因此，PAOs和GAOs在活性污泥中的数量对EBPR的稳定性和除磷效率至关重要。影响PAOs和GAOs之间竞争的因索很多，其中温度对其影响较为显著。实验室研究表明，中低温(低于20℃)有利于PAOs的竞争，而高温(高于20 ℃)时GAOs处于优势，而有关实际污水处理厂在不同温度下的PAOs与GAOs等竞争者的变化尚不清楚。
本研究通过对西安市第三污水处理厂氧化沟生物脱氮除磷系统的水质、污泥中微生物组成的长期连续测定，结合活性污泥释磷吸磷速率测定和FISH技术，探讨长期的温度变化对EBPR系统的除磷性能和PAOs、GAOs在活性污泥中所占比例的影响，为污水处理厂的高效稳定运行提供依据。
1 实验部分
1. 1污水处理厂工艺参数与进出水水质
西安市第三污水处理厂主要处理西安市东郊沪河两岸及纺织城地区范围内的生活具体参见污水宝商城资料或http://www.dowater.com更多相关技术文档。及工业废水，处理后的出水排入沪河。设计日处理能力为15万t，采用厌氧选择池+Orbal氧化沟工艺，HRT为18 h,SRT为17一19 d。
污水处理厂进出水水质见表1。出水水质指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(CB 18918-2002)一级A标准。
表1 进出水主要水质
1. 2实验方法
1. 2. 1常规指标检侧
实验中常规水质指标的测定方法按照《水和废水监测分析方法》(第4版)进行，挥发性脂肪酸(VFAs)采用气相色谱法测定(安捷伦6890 N )，测定条件为:检测器:氢火焰离子检测器(FID );色谱柱:PEWAX ETR(30 m x250 μm x0.25 μm)。
1.2.2活性污泥释磷吸磷速率侧定
活性污泥释磷吸磷速率测定采用间歇实验法。
将活性污泥曝气1h，使其适应实验环境。曝气后用经脱氧处理的自来水将活性污泥淘洗两遍，然后加入无水乙酸钠，使乙酸起始浓度为100 mg / L ，为避免氧气进入，实验过程通入氮气以保证厌氧状态，厌氧反应时间为4. 5 h，不同时间点取样，测其相应的乙酸和磷的浓度，实验结束时，测定混合液的VSS。得到厌氧释磷速率(mg P / (g VSS · h))、乙酸吸收速率(mg HAc ( g VSS · h)-1)、吸收单位乙酸的释磷量(mg P·( mg HAc)-1)。
释磷速率测定实验结束后，将活性污泥分成2等份，分别进行缺氧吸磷速率与好氧吸磷速率测定实验。进行缺氧反应时，在活性污泥中加入KNO3，使NO3- -N的起始浓度为20 mg / L 。好氧反应时，以60L / h的速率通入空气，确保反应器内的DO浓度在2 mg / L以上。缺氧和好氧反应时间均为3h，不同时间点取样，测定相应磷浓度，实验结束时测定混合液的VSS。得到缺氧吸磷速率(mg P · ( g VSS·h)-1)、好氧吸磷速率(mg P · ( g VSS·h)-1)。
1. 2. 3 FISH方法
将直接取自污水处理厂的活性污泥采用生理盐水淘洗3遍，去除其中干扰荧光测定的物质，然后稀释至原有体积。取淘洗后的活性污泥1 mL，用4%的多聚甲醛在4℃固定2h，然后用1 x PBS缓冲溶液洗3遍，洗去多余的多聚甲醛溶液，加入1:1的PBS缓冲溶液和无水乙醇，摇匀，置于一20℃下保存，用于荧光原位杂交。杂交步骤参考AMANN等采用的方法。
FISH分析中采用的探针(生工生物工程股份有限公司)如下:
总细菌(EUB):探针为EUBmix，由EUB338 、EUB338- II和EUB338-III 3种探针按照1:1:1混合;
聚磷菌(PAO):探针为PAOmix，由PAO462 、PAO651和PAO846 3种探针按照1:1:1混合;
聚糖菌(GAO):探针为GB。
各探针的RNA序列及对应的甲酞胺浓度见表2。
表2 FISH分析方法中使用的探针
杂交完成后，使用共聚焦显微镜(德国徕卡，型号SP8)采集图像。每个活性污泥样品做3个平行样，每个平行样随机选取10个视野采集图像，用Image-ProPlus 6. 0软件对所采集图像中不同的荧光面积进行统计，以PAO和GAO探针的荧光面积与EUB探针的荧光面积之比表示相应的PAO和GAO与EUB的数量之比。
2结果与讨论
2. 1温度对活性污泥释磷吸磷的影响
实验历时1年，期间氧化沟内活性污泥的水温在13.5 - 27. 9℃之间变化。由于厌氧释磷速率随温度的变化趋势不同，故将温度分为3个区间(低于20 ℃ , 20℃一25℃之间，高于25 ℃ )讨论，结果如表3所示。
表3 不同温度下的释磷吸磷速率值及与已有相关研究的对比
由表3可知，温度低于20℃时，厌氧释磷速率和乙酸吸收速率随温度的升高而增大，吸收单位乙酸的释磷量也相应增大;温度在20一25℃时，厌氧释磷速率在其间达到最大值10. 86 mg P · ( g VSS·h)-1，之后随温度的上升释磷速率开始下降，而乙酸吸收速率则继续增加，这跟图1中PAOs、GAOs的数量变化有直接关系，吸收单位乙酸的释磷量无明显变化;温度高于25℃时，随着温度的升高，厌氧释磷速率继续下降，而乙酸吸收速率却一直增加，导致吸收单位乙酸的释磷量下降，这主要是由于GAOs数量增加引起的。吸收单位乙酸的释磷量越高，说明EBPR中与PAO、竞争乙酸的微生物越少，生物除磷性能越好。LOPEZ等研究的荷铸7个污水处理厂在12℃左右时的平均厌氧释磷速率为13. 37 mg P·(g VSS·h)-1，吸收单位乙酸的释磷量平均值为0. 40 mg P · ( mg HAc)-1，均大于本研究值，说明低温时本研究的污水处理厂的污泥活性偏低。ZHANC等研究的浙江10个污水处理厂在23℃左右时，平均厌氧释磷速率为2. 35mg P · ( g VSS · h)-1，吸收单位乙酸的释磷量平均值为0. 14 mg P · ( mg HAc)-1，远低于本研究值，说明本研究污水处理厂活性污泥的性能优于浙江污水处理厂。
同时表3的数据也表明，该污水处理厂的活性污泥存在明显的反硝化吸磷现象。部分PAOs能以硝酸盐作为电子受体，在吸磷的同时将硝酸盐还原为氮气，同时达到脱氮除磷的目的。KUBA等和WACHTMEISTER等认为，缺氧与好氧吸磷速率的比值反映了PAO、整体的反硝化能力。ZHANC等在生物除磷性能研究中，其平均缺氧与好氧吸磷速率比值为40. 07 %，与本研究的比值相当，而LOPEZ等研究的结果比值为24 %，远低于相应温度下本研究的比值，说明本研究污水处理厂PAOs的反硝化能力较好。
2. 2温度对PAOs, GAOs的比例影响
图1描述了PAOs和GAOs占EUB的比例随温度的变化情况。当温度低于20℃时，随着温度的上升，PAOs和GAOs占EUB的比例逐渐增大;温度在20 - 25℃之间，PAOs占EUB的比例达到最大值6. 65 %，而后PAOs占EUB的比例开始下降，GAOs占EUB的比例随温度升高继续增大;当温度高于25℃时，PAOs占EUB的比例随着温度的升高继续降低，而GAOs占EUB的比例随着温度的升高一直增大。在27. 9℃时，GAOs的数量已经超过PAOs，说明温度高于25℃的时候GAOs在与PAOs的竞争中处于优势地位，和PAOs竞争碳源，导致释磷速率和吸收单位乙酸的释磷量下降，这和表2的结果相一致。
LOPEZ等研究的荷兰污水处理厂在12℃左右时PAOS占EUB的比例为5. 7%一16.4%，大于西安市第三污水处理厂大约同一温度下的比例，导致释磷速率较小。LOPEZ等在温度对GAOs的影响研究中发现，温度高于20℃时，在PAOs与GAOs的竞争中GAOs由于较高的乙酸吸收速率更有利于竞争;WHANC等在30℃时通过缩短污泥龄将富含GAOs的污泥转变为富含PAOs的污泥;KUBA等的研究表明PAOs为短泥龄微生物，泥龄越短，除磷效果越好。因此，当温度高于25℃而导致GAOs处于优势竞争时，可适当缩短污泥龄来提升PAOs的竞争，以达到较好的除磷效果。
2. 3 PAOs, GAOs的分布形态
图2为PAOs和GAOs在活性污泥絮体中的分布形态。随着温度的变化PAOs和GAOs的数量发生了改变，但其分布形态不受温度的影响。由图2可知，PAOs与GAOs呈现出完全不同的分布形态。PAOs在活性污泥絮体中主要以菌胶团的形式存在，而GAOs则以单体或二分体的形式均匀的分布于活性污泥中。在基质有限的环境中，GAOs游离的分布形态有利于基质的吸收，而PAOs以菌胶团的形态存在不利于基质的利用，使其在竞争中处于劣势。
2. 4乙酸吸收速率温度系数
由以上的数据和分析可见，温度对EBPR系统有重要的影响，尤其是乙酸的吸收速率，而表征温度的影响主要采用温度系数K.
根据测定小于20℃时不同温度下的乙酸吸收速率，得出lnqT随温度(T一20)的变化关系，如图3所示。对其进行函数拟合，得到乙酸吸收速率的温度系数K为1.018,
为0. 23 。LOPEZ等在实验室SBR反应器内对PAOs的代谢研究中得出，PAOs乙酸吸收速率的温度系数K为1.095，
为0. 20，两者相差较小。具体参见污水宝商城资料或http://www.dowater.com更多相关技术文档。
3结论
通过研究长期的温度变化对西安市第三污水处理厂氧化沟生物脱氮除磷系统的除磷性能和PAOs和GAOs在活性污泥中所占比例的影响，得到如下结论:
1)温度低于20℃时，厌氧释磷速率、乙酸吸收速率随着温度的上升不断增加;温度在20一25℃之间，厌氧释磷速率达到最大值10. 86 mg P · ( g VSS · h)-1，乙酸吸收速率随温度上升继续增加;温度高于25℃时，随着温度的升高，厌氧释磷速率下降，而乙酸吸收速率仍在增加，导致吸收单位乙酸的释磷量及处理效果下降;
2)缺氧/好氧吸磷速率的比值为40. 55 % - 64. 90%，表明活性污泥有显著的反硝化吸磷能力;
3)在PAOs与GAOs的竞争中，温度低于20℃时，有利于PAOs的竞争;温度在20一25℃之间，PAOs占EUB的比例达到最大值6. 65 %;温度高于25℃时，GAOs已经超过PAOs的数量成为优势菌种;
4)通过函数拟合，活性污泥乙酸吸收速率的温度系数为1. 018。
