宋志偉， 鄭 歡， 谷新宇

(1.黑龍江科技大學(xué) 教務(wù)處， 哈爾濱 150022； 2.黑龍江科技大學(xué) 環(huán)境與化工學(xué)院， 哈爾濱 150022)

0 引 言

好氧顆粒污泥(Aerobic granular sludge，AGS)相比于傳統(tǒng)絮體污泥具有更好的沉降性、更高的污泥濃度且能同步脫氮除磷[1]。不過，進(jìn)水水質(zhì)、接種污泥種類、微生物功能紊亂等因素的惡化都會(huì)導(dǎo)致AGS出現(xiàn)解體、破碎[2]。如何快速形成穩(wěn)定的AGS，避免顆粒解體、污泥上浮、污泥除污性能下降等問題，將成為解決AGS在實(shí)際應(yīng)用中瓶頸的關(guān)鍵[3]。因此，AGS穩(wěn)定性定向調(diào)控研究，可為AGS在實(shí)際應(yīng)用中提供穩(wěn)定運(yùn)行的理論參考。

AGS實(shí)質(zhì)上是微生物在適宜的條件下通過自凝聚作用而形成的顆粒狀生物聚合體，通常被認(rèn)為是一種特殊結(jié)構(gòu)的微生物被膜[3]。AGS主要由微生物以及微生物分泌的胞外聚合物(Extracellular polymeric substances，EPS)組成，其中EPS占污泥干重的10%～40%[4]。EPS主要由多糖(Polysaccharides，PS)、蛋白質(zhì)(Protein，PN)組成。EPS中的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)可以維持污泥結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并提高污泥的絮凝沉降性。同時(shí)，多糖含有大量羥基、羧基等親水官能團(tuán)，通過吸附架橋等作用使游離細(xì)胞交聯(lián)與固定，同樣提高了污泥的絮凝能力[5-7]。研究表明，EPS中的PS、PN相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減少會(huì)引起AGS的疏水性、結(jié)構(gòu)改變，進(jìn)而導(dǎo)致顆粒的解體[8]。Zhang等[9]研究發(fā)現(xiàn)，利用群體感應(yīng)現(xiàn)象(Quorum sensing，QS)可以增強(qiáng)微生物ATP的合成來提高顆粒穩(wěn)定性，并且ATP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與EPS質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)關(guān)系。而QS廣泛存在于絮體污泥、厭氧顆粒污泥、好氧顆粒污泥等污水處理系統(tǒng)中[10-12]，因此，利用QS來改變EPS的組成是實(shí)現(xiàn)定向調(diào)控AGS穩(wěn)定性的重要手段。研究發(fā)現(xiàn)，投加C10-HSL、C12-HSL、C14-HSL三種N-乙?；呓z氨酸內(nèi)酯類化合物(N-acyl homoserine lactones，AHLs)對(duì)AGS穩(wěn)定性有明顯的促進(jìn)作用，且C12-HSL效果最顯著[13]。然而，在這些研究中主要采用單一的AHLs投加方式，缺少在不同AGS培養(yǎng)時(shí)期投加不同類型AHLs的這類混合投加方式，以及探討AHLs類型的改變對(duì)AGS中EPS組分的影響。

筆者按不同AGS培養(yǎng)時(shí)期先后投加C12-HSL、C14-HSL兩種AHLs的方式，監(jiān)測(cè)反應(yīng)器運(yùn)行過程中平均粒徑、污泥濃度、EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、EPS熒光組分、EPS官能團(tuán)的變化，探究AHLs投加方式對(duì)EPS中組分以及對(duì)AGS穩(wěn)定性的影響，補(bǔ)充定向調(diào)控AGS穩(wěn)定性的信號(hào)分子投加方式，突破AGS實(shí)際應(yīng)用中的瓶頸。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

如圖 1所示，采用自制氣升式內(nèi)循環(huán)序批式反應(yīng)器(Sequencing batch airlift reactor，SBAR)，內(nèi)管內(nèi)直徑0.08 m，外管內(nèi)直徑0.24 m，高0.12 m，厚0.002 m，內(nèi)管注水高度1 m，實(shí)際反應(yīng)有效容積為5 L。反應(yīng)器主體由有機(jī)玻璃制成，配有溫度、水位傳感器并用于PLC集成自動(dòng)控制。內(nèi)管底部置有曝氣裝置，由電磁真空泵供氣，曝氣量由氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制。運(yùn)行方式為序批式連續(xù)運(yùn)行。

圖1 SBAR實(shí)驗(yàn)裝置Fig. 1 Schematic diagram of SBAR installation

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

接種污泥取自哈爾濱啤酒廠污水處理二沉池回流的絮體污泥。污泥呈褐色絮狀，優(yōu)勢(shì)菌門為變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、綠彎菌門(Chloroflexi)，顆粒平均粒徑為0.064 mm，混合液懸浮固體質(zhì)量濃度(MLSS)為123 13 mg/L，污泥體積指數(shù)(SVI30)為78.0 mL/g。

實(shí)驗(yàn)用水采用配制模擬工業(yè)廢水，其CODcr、TP、NH3-N質(zhì)量濃度控制在1 450～1 550、5.5～6.5、90～105 mg/L。配制所用試劑：無水氯化鈣(CaCl2)、七水合硫酸鎂(MgSO4·7H2O)、磷酸氫二鉀(K2HPO4)、磷酸二氫鉀(KH2PO4)、氯化銨(NH4Cl)、七水合硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)、牛肉膏、葡萄糖、蛋白胨；微量元素：硼酸(H3BO4)、鉬酸鈉(NaMoO4)、七水合硫酸鋅(ZnSO4·7H2O)、氯化鎳(NiCl2)、碘化鉀(KI)、六水合氯化鈷(CoCl2·6H2O)、七水合氯化錳(MnCl2·7H2O)、五水合硫酸銅(CuSO4·5H2O)。

AHLs均購自Cayman Chemical公司，分別為C10-HSL(C14H25NO3，255.4 g/mol)、C12-HSL(C16H29NO3，283.4 g/mol)、C14-HSL(C18H33NO3，311.5 g/mol)，并于-20 ℃保存。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

通過PLC同時(shí)自動(dòng)控制4組SBAR反應(yīng)器，分別為R1、R2、R3、R4。其中R2不投加任何AHLs，作為空白對(duì)照組。而R1、R3、R4的投加方式如表 1所示，其中R1采用混合投加方式，R3、R4則是單一投加方式。實(shí)驗(yàn)采用的混合投加方式為在AGS培養(yǎng)的生長期(第1～25 d)、成熟期(第25～37 d)投加C14-HSL，在穩(wěn)定期(第37～120 d)投加C12-HSL；R3采用的單一投加方式為只在生長期、成熟期投加C14-HSL；R4只在穩(wěn)定期投加C12-HSL。實(shí)驗(yàn)AHLs均隨進(jìn)水進(jìn)入反應(yīng)器，其在進(jìn)水終濃度為50 nmol/L[13]。

表1 AHLs投加方式

反應(yīng)器運(yùn)行條件如表2所示，為減輕污泥在接種期被大量排出反應(yīng)器而降低生物量的情況，實(shí)驗(yàn)前期采用較長沉降時(shí)間(40 min)，隨后逐漸減少至5 min(25 d內(nèi)完成縮短)。4組反應(yīng)器均運(yùn)行120 d。

表2 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行條件

1.4 檢測(cè)方法

激光粒度分布儀檢測(cè)顆粒平均粒徑，污泥質(zhì)量濃度采用重量法[13]。EPS采用改良熱提取法提取主要組分PS、PN，分別用硫酸-蒽酮法、考馬斯亮藍(lán)G-250法檢測(cè)相對(duì)含量[14]。利用3D-EEM檢測(cè)EPS中熒光組分，采用FTIR檢測(cè)EPS中的官能團(tuán)[15]。

2 結(jié)果與討論

2.1 投加方式對(duì)AGS平均粒徑的影響

顆粒的粒度分布能直觀的反映出AGS整體的顆粒化程度。實(shí)驗(yàn)中定期(3～4 d)采樣使用激光粒度分布儀測(cè)量AGS粒徑信息。圖2為平均粒徑隨運(yùn)行時(shí)間的變化曲線。

圖2 平均粒徑的變化Fig. 2 Variations of average particle size

由圖2可知，接種污泥的污泥粒徑整體細(xì)小，平均粒徑為0.06 mm。隨著設(shè)備運(yùn)行粒徑的逐漸提高，在污泥接種后，R2、R3中平均粒徑波動(dòng)較小，分別在0.08～0.11 mm、0.10～0.12 mm區(qū)間。R1在第7 d時(shí)達(dá)到了前37 d里各反應(yīng)器中的最大平均粒徑(0.17 mm)，隨后開始變小，在第13 d時(shí)與R2、R3相當(dāng)(0.10～0.13 mm)，波動(dòng)趨于穩(wěn)定。R4則在第10 d后顆粒迅速增長，維持在0.14～0.16 mm。因此，C14-HSL這種信號(hào)分子對(duì)于AGS顆粒粒徑的快速增長無明顯的促進(jìn)作用。R1、R3中顆粒在第29～36 d出現(xiàn)粒徑增長現(xiàn)象，這說明 C14-HSL可能會(huì)作用于成熟期的AGS。第38～119 d是AGS穩(wěn)定期以及解體初期的時(shí)段。在調(diào)整信號(hào)分子投加方式后，各反應(yīng)器內(nèi)的顆粒粒徑出現(xiàn)明顯的變化。R2中AGS在進(jìn)入穩(wěn)定期后，顆粒粒徑逐漸增加，在第82 d時(shí)達(dá)到最大平均粒徑(0.23 mm)，但在隨后顆粒出現(xiàn)解體并伴隨著污泥的大量流失，顆粒平均粒徑明顯減小(0.18 mm)。R3中AGS在進(jìn)入穩(wěn)定期后平均粒徑波動(dòng)顯著(0.11～0.24 mm)。由此可知，停止C14-HSL信號(hào)分子的投加后，AGS的顆粒粒徑穩(wěn)定性會(huì)變差。R1中的平均粒徑由第44 d的0.15 mm一直減少至第100 d的0.08 mm，并處于所有組中最低水平，這說明在更換信號(hào)分子投加后會(huì)導(dǎo)致顆粒出現(xiàn)粒徑減小。R4的結(jié)果與之相類似，在第38～67 d顆粒粒徑進(jìn)一步變大，最大為0.24 mm；但在第67 d后，顆粒的平均粒徑開始降低，到第85 d時(shí)已低于R1、R3，最終以0.15 mm的平均粒徑至結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)R2、R4的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生長期、成熟期未投加AHLs所形成的AGS在進(jìn)入穩(wěn)定期后，其顆粒粒徑均出現(xiàn)先變大再減小的趨勢(shì)。其中，R4比R2先出現(xiàn)減小趨勢(shì)。盡管在第73 d時(shí)平均粒徑已小于R2，但整體粒徑趨于穩(wěn)定。結(jié)合R3的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，即使停止投加C14-HSL，反應(yīng)器中的顆粒粒徑變化仍能保持相對(duì)于R2、R4更穩(wěn)定的狀態(tài)。采用混合投加方式的R1的顆粒粒徑狀態(tài)最穩(wěn)定。

2.2 投加方式對(duì)MLSS的影響

本實(shí)驗(yàn)的污泥是回流泵采樣口的回流污泥，故接種污泥經(jīng)過一定程度的濃縮(12 313 mg/L)。實(shí)驗(yàn)定期(3～4 d)采樣檢測(cè)ρ(MLSS)。在圖3中第0～37 d，各組反應(yīng)器接種完絮體污泥后均在50%的體積交換率下大量排泥。經(jīng)過反應(yīng)器對(duì)污泥的篩選作用，第13 d時(shí)各反應(yīng)器污泥質(zhì)量濃度得到恢復(fù)，R1、R2、R3、R4的ρ(MLSS)分別由4 999、5 580、5 624、4 216 mg/L升高至9 079、9 650、8 936、6 252 mg/L，隨后各組在第23 d時(shí)污泥質(zhì)量濃度開始降低，但降低的程度有明顯差異。其中，R1、R3分別緩慢降低至5 738、6 595 mg/L，R2、R4在第26 d時(shí)已分別降至4 491、4 780 mg/L。由此，可以得出C14-HSL對(duì)污泥質(zhì)量濃度的影響較明顯，可以緩解成熟期AGS中顆粒污泥的流失，所以更多的中小型顆粒得以保留在反應(yīng)器內(nèi)，從而使顆粒平均粒徑仍處于較低水平。在第38～119 d調(diào)整投加方式后，各組污泥質(zhì)量濃度發(fā)生不同程度的變化。其中在第38～91 d，R1的波動(dòng)性最小，其次是R2、R3，最差是R4(各組的方差分別為1.08×106、1.36×106、1.42×106、1.56×106)。盡管R4的污泥質(zhì)量濃度穩(wěn)定性差，但其具有最高的平均污泥質(zhì)量濃度6 633 mg/L。當(dāng)反應(yīng)器繼續(xù)運(yùn)行至第119 d時(shí)，R2、R3出現(xiàn)大量污泥流失，分別降低到62、1 548 mg/L，而R1、R4在第112 d分別為4 338、4 301 mg/L。由此可知，C12-HSL信號(hào)分子對(duì)于維持AGS的污泥濃度穩(wěn)定有明顯作用。

圖3 污泥質(zhì)量濃度的變化Fig. 3 Variations of sludge concentration

分析認(rèn)為，在各階段投加AHLs都有利于污泥質(zhì)量濃度提升。其中采用混合投加方式可以減少污泥質(zhì)量濃度的波動(dòng)，相比單一投加方式更能提高AGS穩(wěn)定性。盡管R1顆粒平均粒徑低于其他組，但R1較高的污泥質(zhì)量濃度證明，反應(yīng)器內(nèi)中小型顆粒也具有優(yōu)良的沉降性，從而不被排出。因此，R1更能抵御沉降時(shí)間對(duì)污泥量的影響。

2.3 投加方式對(duì)EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

AHLs會(huì)引起AGS中微生物對(duì)EPS分泌量的變化，因此定期(10 d)在4組反應(yīng)器中取樣進(jìn)行EPS含量監(jiān)測(cè)。按照EPS的不同分類方法，可根據(jù)EPS的結(jié)合類型、EPS組分兩方面進(jìn)行分析。

2.3.1 結(jié)合類型

圖4是4組反應(yīng)器中EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化情形，按EPS的結(jié)合類型可分為松散型EPS(LB-EPS)、緊密型EPS(TB-EPS)兩種主要類型[16-17]。對(duì)比LB-EPS與TB-EPS的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以發(fā)現(xiàn)，在絮體污泥、AGS中，TB-EPS占EPS總相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)更高，同時(shí)總的EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在培養(yǎng)過程中出現(xiàn)明顯的波動(dòng)，故TB-EPS的變化可能對(duì)AGS的穩(wěn)定性有影響。在第0～30 d，各組EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均出現(xiàn)隨沉降時(shí)間減少而降低，在穩(wěn)定沉淀時(shí)間后EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高。這是由于污泥的大量流失使得微生物處于快速增殖過程，而EPS的分泌相對(duì)減緩所導(dǎo)致。其中R2、R4中揮發(fā)性懸浮固體(VSS)總EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)比R1、R3高，R2、R4的平均總EPS質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為77.8、82.6 mg/g，R1、R3則分別只有73.5、63.6 mg/g。因此，C14-HSL不能明顯促進(jìn)EPS的分泌。R1、R3中的總EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在第60 d時(shí)高于R2、R4(分別為85.7、82.8 mg/g)，但R1、R3中總EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)很快再次降低并在之后出現(xiàn)較多波動(dòng)。這說明C14-HSL可以使AGS在培養(yǎng)初期形成穩(wěn)定分泌EPS的基礎(chǔ)。第80 d時(shí)R4開始出現(xiàn)總EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增長，到第110 d時(shí)達(dá)到111.6 mg/g，僅次于R1的140.0 mg/g。R4整體的在經(jīng)過較長時(shí)間投加C12-HSL后才能達(dá)到R1中總EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平，需要約20 d。

圖4 EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 4 EPS relative content

分析認(rèn)為，C12-HSL比C14-HSL對(duì)TB-EPS的作用更顯著，在穩(wěn)定期里R1、R4具有更高的TB-EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。然而C14-HSL對(duì)TB-EPS的影響體現(xiàn)在停止投加后的約30 d內(nèi)，這樣的延后性可能與在生長期、成熟期形成的種群結(jié)構(gòu)有關(guān)。在C14-HSL調(diào)節(jié)形成的AGS能夠應(yīng)對(duì)污泥流失導(dǎo)致的EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降情況；而R1則是由于更換C12-HSL后，種群結(jié)構(gòu)再次改變導(dǎo)致的EPS分泌量波動(dòng)，同時(shí)R2的結(jié)果表明，在未投加任何AHLs情況下，污泥濃度的突然改變對(duì)EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化程度較小。但在混合投加方式下的R1，能夠在更短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)較高EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并保持至反應(yīng)結(jié)束。利用兩種AHLs的作用特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)減緩污泥大量流失對(duì)EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響程度，并使其快速恢復(fù)，從而使AGS具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。

2.3.2 EPS組分

圖5是各組EPS中PS的變化。在第0～10 d的4組反應(yīng)器中發(fā)現(xiàn)PS較均勻分布于LB-EPS、TB-EPS中，而在第10 d后直至解體LB-EPS中的PS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低，維持在0～1.8 mg/g；位于TB-EPS中的PS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體變化不大。在第30 d的R2、R4中PS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于R1。盡管R1、R3的PS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)比接種污泥(34.2 mg/g)還低，但R1、R3中的PS主要以TB-EPS的形式結(jié)合在顆粒上。在第40～110 d期間，各組間PS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)差距較小，而R1、R4比R2、R3分泌量更穩(wěn)定，R1、R2、R3、R4平均PS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)及方差分別為25.1、25.7、23.9、24.1 mg/g和37.7、91.2、71.7、41.9。這說明C12-HSL、C14-HSL對(duì)PS的分泌無明顯促進(jìn)作用。

圖5 PS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 5 PS relative content

各組EPS中PN的變化如圖6所示。在第0～20 d期間R1、R2、R3、R4中的PN相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)由接種污泥的36.7 mg/g降低至31.8、31.0、18.2、29.0 mg/g；在第20～30 d期間各組PN相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)有不同程度的升高，其中R2最為顯著，最高達(dá)到85.8 mg/g，其次是R1、R4分別達(dá)到72.9、78.4 mg/g，R3僅小幅增長至53.2 mg/g。這說明C14-HSL對(duì)PN相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的促進(jìn)作用不顯著，但R3中PN相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在第40 d時(shí)達(dá)到峰值78.1 mg/g后緩慢降低，再次說明C14-HSL可能影響AGS的種群結(jié)構(gòu)。對(duì)比第40～110 d各組的PN相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化可以發(fā)現(xiàn)，AGS在第30～40 d有25.0 mg/g左右的PN以LB-EPS形式結(jié)合在顆粒上，但隨著AGS運(yùn)行至穩(wěn)定期這些PN逐漸減少，故在AGS中PN主要分布在TB-EPS中。另外，各組的PN相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在TB-EPS中差異較為明顯，其中R1在第60 d時(shí)恢復(fù)到52.1 mg/g并在后續(xù)培養(yǎng)中波動(dòng)升高；R2則是在第50 d時(shí)降至15.2 mg/g后PN相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)開始緩慢增長；R3在第70 d時(shí)降低18.0 mg/g，隨后PN相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)快速增長；R4的PN相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增長速率和R2相當(dāng)，在第80 d時(shí)開始出現(xiàn)明顯波動(dòng)，最終在第110 d時(shí)達(dá)到89.1 mg/g。

圖6 PN相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 6 PN relative content

分析認(rèn)為，PS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在各組間差異較小，幾乎不受投加方式的影響，而PN相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與AHLs的投加有明顯相關(guān)性。通過在生長期、成熟期投加C14-HSL方式的R1、R3可以在AGS進(jìn)入穩(wěn)定期后，比未投加的R2、R4更能快速恢復(fù)PN相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。結(jié)合R1、R4的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有在生長期、成熟期投加C14-HSL后，C12-HSL才可以加快PN相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)恢復(fù)的速率，這說明C14-HSL調(diào)控形成的AGS對(duì)C12-HSL的響應(yīng)更顯著。因此，采用混合投加方式對(duì)AGS穩(wěn)定性的調(diào)控更有效。

2.4 投加方式對(duì)EPS中熒光組分的影響

好氧顆粒污泥EPS的激發(fā)/發(fā)射(Ex/Em)熒光峰位置可以歸納如下：熒光峰 A(Ex：260～280 nm，Em：300～330 nm)，熒光峰B(Ex：270～295 nm，Em：260～290 nm)，熒光峰C(Ex：330～350 nm，Em：390～435 nm)，熒光峰D(Ex:250～280 nm，Em:380～455 nm)。其中，熒光峰A、B、C、D分別代表酪氨酸、色氨酸類蛋白質(zhì)、腐殖酸、富里酸類物質(zhì)[18-19]。

由圖7可知，接種污泥EPS中有明顯的熒光峰A和較低強(qiáng)度的熒光峰C；在第15 d時(shí)，各組熒光峰A仍具有極高強(qiáng)度，同時(shí)熒光峰B強(qiáng)度明顯增加，熒光峰D小幅度增強(qiáng)，而熒光峰C僅在R2中有所增強(qiáng)。這說明4組反應(yīng)器中酪氨酸類蛋白質(zhì)、色氨酸類蛋白質(zhì)隨AGS的生長大量分泌，同時(shí)這些蛋白質(zhì)的增加與2.1中顆粒粒徑呈正相關(guān)關(guān)系。因此，酪氨酸類蛋白質(zhì)、色氨酸類蛋白質(zhì)會(huì)促進(jìn)AGS的顆?；?。

圖7 第0、15 d三維熒光光譜Fig. 7 3D-EEM spectra at 0 and 15 d

圖8為第34 d三維熒光光譜。第34 d時(shí)，R2中熒光峰A、B、C強(qiáng)度降低，R4中熒光峰A、B的峰型有所減小，而R1、R3的熒光峰A、B的峰型由相對(duì)扁平的橢球形變大為卵形。這說明在成熟期的AGS中仍具有較高濃度的酪氨酸類蛋白質(zhì)、色氨酸類蛋白質(zhì)，C14-HSL有促進(jìn)這些蛋白質(zhì)分泌的作用。

圖8 第34 d三維熒光光譜Fig. 8 3D-EEM spectra at 34 d

在第93 d時(shí)，R1、R4能一直維持高強(qiáng)度的熒光峰A、B，而R2中所有熒光峰消失，R3的熒光峰強(qiáng)度也出現(xiàn)降低，如圖9所示。因此，C12-HSL會(huì)在AGS穩(wěn)定期的中、后期促進(jìn)LB-EPS里酪氨酸類蛋白質(zhì)、色氨酸類蛋白質(zhì)分泌，這與TB-EPS中PN在穩(wěn)定期的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)果相符合。分析認(rèn)為，C12-HSL、C14-HSL兩種AHLs都能促進(jìn)TB-EPS中的酪氨酸類蛋白質(zhì)、色氨酸類蛋白質(zhì)的分泌，故在R3、R4的AHLs投加階段可以檢測(cè)到這些蛋白質(zhì)較強(qiáng)的熒光峰，峰強(qiáng)度變化程度比R1大?；旌贤都臃绞娇梢苑€(wěn)定酪氨酸類蛋白質(zhì)、色氨酸類蛋白質(zhì)等EPS中關(guān)鍵組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。這些蛋白質(zhì)能提升顆粒的疏水性，使粒徑較小的顆粒仍能較快沉降而不被大量排出反應(yīng)器，進(jìn)而保證了反應(yīng)器內(nèi)污泥的濃度，有利于維持AGS的穩(wěn)定。

圖9 第93 d三維熒光光譜Fig. 9 3D-EEM spectra at 93 d

2.5 投加方式對(duì)EPS官能團(tuán)的影響

利用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)對(duì)EPS各組分官能團(tuán)及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分析。如圖10所示，圖10中R0為接種污泥，R1-1為第34 d時(shí)R1，R1-2為第114 d時(shí)R1，R2-1為第34 d時(shí)R2，R2-2為第114 d時(shí)R2，R3-1為第34 d時(shí)R3，R3-2為第114 d時(shí)R3，R4-1為第34 d時(shí)R4，R4-2為第114 d時(shí)R4。

圖10 不同時(shí)期各反應(yīng)器FTIR譜圖Fig. 10 FTIR spectra of each reactor in different periods

C12-HSL、C14-HSL兩種信號(hào)分子維持酪氨酸類蛋白質(zhì)、天冬氨酸類蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)β-折疊的大量存在，保證了微生物的聚集性能，而且酪氨酸類蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與3D-EEM圖譜結(jié)果一致。多糖的變化和AHLs投加量無明顯的相關(guān)性，但在絮體污泥變?yōu)锳GS后，多糖的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，這有利于AGS的顆?；?，不受外源AHLs的調(diào)節(jié)。對(duì)比R1、R4的紅外譜圖發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)定期投加C12-HSL能夠使蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)β-折疊峰型變大，但R4不能達(dá)到R1中的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平，說明被C14-HSL調(diào)控后的AGS更能響應(yīng)C12-HSL。這與2.3.2中的結(jié)果一致。R2、R3在進(jìn)入穩(wěn)定期后這些蛋白質(zhì)特征峰明顯減小且無明顯差異，說明在停止C14-HSL投加一段時(shí)間后AGS會(huì)逐漸失去AHLs調(diào)控的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié) 論

(1)混合投加方式下形成的AGS平均顆粒粒徑較小，僅有0.1 mm。這種方式可以減少顆粒粒徑、污泥質(zhì)量濃度的波動(dòng)，從而提高了AGS的穩(wěn)定性。

(2)AGS對(duì)AHLs的響應(yīng)程度受投加方式影響。混合投加方式能使C12-HSL對(duì)AGS的調(diào)控更顯著。C14-HSL調(diào)控培養(yǎng)的AGS能在穩(wěn)定期C12-HSL的作用下形成比單一方式更高的TB-EPS相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其中PN組分最顯著。

(3)混合投加方式比單一方式能更快速恢復(fù)以及維持AGS中酪氨酸類蛋白質(zhì)、色氨酸類蛋白質(zhì)、天冬氨酸類蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)β-折疊的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。這些蛋白與結(jié)構(gòu)使得反應(yīng)器中小粒徑顆粒沉降性提高并大量保留，進(jìn)而快速穩(wěn)定顆粒粒徑、污泥濃度波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)AGS長期穩(wěn)定運(yùn)行的調(diào)控。