为了有效地控制水体富营养化，强化生物除磷（简称EBPR）在废水生物处理磷过程中起到了关键性作用. BPR即在厌氧-好氧交替运行条件下，活性污泥中的聚磷微生物选择性地富集成优势菌群，厌氧阶段，聚磷菌(PAOs)通过分解胞内聚磷产生的能量，吸收胞外的挥发性脂肪酸，同时降解糖原提供还原力以合成聚β羟基烷酸酯(PHA);好氧阶段，聚磷菌利用分解胞内的PHA产生的能量，用于细胞生长、聚磷合成和糖原恢复，通过好氧末端排泥实现生物除磷的目的.

        武汉格林环保有完善的服务体系和配套的专业环境工程团队，秉着崇高的环保责任和义务长期维护提供免费的污水处理解决方案，是湖北省工业废水运营管理行业中的品牌。18年来公司设计并施工了上百个交钥匙式的污水处理工程。

        糖原是强化生物除磷过程中产生的一种胞内聚合物.PAOs在厌氧条件下吸收基质不仅需要利用分解多聚磷酸盐产生的能量，还需要糖原为其提供部分能量和还原力.因此，提供一种快速的分析污泥胞内糖原含量变化的方法将有助于对强化生物除磷原理的进一步认识.目前，污泥胞内糖原的化学测定主要利用蒽酮比色法.

        因此，通过糖原特征峰强度的变化可以定性或者半定量表征糖原含量的变化.进一步而言，还可以采用偏最小二乘法(PLS)或者BP神经网络算法对各类样品的红外光谱进行定量分析.

        测定原理主要是将冷冻干燥污泥进行不同方式的预处理，利用强酸可使糖类脱水生成糖醛，生成的糖醛或羟甲基糖醛与蒽酮脱水缩合，形成蓝绿色的糖醛衍生物，该物质在600~650nm波长处有最大吸收，可以得到吸光度值与糖原含量的线性关系(Chenetal.,2005).

        利用蒽酮法测定污泥胞内糖原含量比较繁琐，且容易造成污泥样品的不可逆性破坏.污泥的红外光谱分析亦是一种测定污泥胞内糖原含量的重要分析方法，近年来，伴随着科学技术的不断发展，傅里叶红外光谱技术在科研领域逐渐得到了广泛使用.红外光谱技术可以对微克级甚至是纳克级样品进行定性和定量分析，具有过程简便、噪声低、光通量高、分辨率高、波数准确度高、测定的光谱范围宽和扫描速度快等优点(翁诗甫，2005).

        糖原是由葡萄糖通过化学键而聚合在一起的多聚物，具有特征的红外光谱吸收峰。研究Micrococcus种属的细菌的红外光谱发现，糖原的红外吸收峰分别位于1074cm-1和550cm-1处。通过研究人体组织中正常细胞与癌症细胞的红外光谱，考察了蛋白、核酸和糖原的特征峰的峰位和峰强，比较了糖原与蛋白的峰强之比，定性和半定量地评价了从正常细胞向癌细胞转变的过程.

        例如采用改进偏最小二乘回归法将选出的波长区与巴氏杀菌纯牛乳中脂肪、蛋白质及乳糖成分建立模型，然而，仅仅通过峰位比对来确定目标物质的特征吸收峰相对粗糙，若能采用标准加入法对污泥中的糖原峰进行定性表征，则可以得到糖原物质在污泥样品中的一系列特征吸收贡献区域.在此基础上，选定特征光谱区间并采用偏最小二乘法或人工神经网络法建立样品红外光谱与糖原含量的关系模型，则可以用于未知样品的快速表征和定量分析.

        待反应器进水完成后，分别在0、30、60、90、120(厌氧末端)、150、180、240、300min(好氧末端)时进行取样，共进行了3次平行试验.对取得的所有样品进行泥水分离，得到上清液和湿污泥样品.对湿污泥进行抽滤，然后放入FD-1A-180冷冻干燥机进行冷冻干燥24h，得到冷冻干燥污泥.取样品上清液，根据《水和废水监测分析方法》对COD和正磷酸盐进行检测分析.

        基于此，本文采用中红外光谱对强化生物除磷过程中污泥胞内糖原物质进行表征，并将污泥样品与糖原标样的红外光谱进行对比.同时，采用红外光谱945~1150cm-1区域内的吸收光谱数据，结合测得胞内糖原的含量，应用偏最小二乘法和BP神经网络算法分别建立污泥红外光谱与糖原含量的定量分析模型.

        在EBPR反应器处理废水过程中，糖原不仅可以为厌氧阶段提供一部分能量，还可以为PHA的合成提供还原力.在厌氧阶段所消耗的糖原伴随着好氧阶段PHA的分解利用和底物的进一步消耗而得到了补充.从图1可以看出，在厌氧末端(120min)，污泥胞内糖原含量达到最低，占污泥总质量的6.45%，经过曝气3h后，污泥胞内糖原的含量上升至8.78%.说明在生物除磷过程中，污泥胞内的糖原物质参与了微生物的活动.

        第一次实验的化学分析结果.从测得的化学指标可以看出，反应器进水COD为166.5mg·L-1，正磷酸盐浓度为22.5mg·L-1，经过30min的厌氧搅拌后，废水中的COD基本完全降解，这可能是活性污泥的初期吸附所造成的底物浓度迅速下降;2h后的厌氧末端COD降解到81.0mg·L-1，正磷酸盐浓度上升至160.5mg·L-1，聚磷菌胞内的释磷量为进水的6倍，说明伴随着底物(乙酸钠)的不断降解，微生物胞内的聚磷被利用降解成正磷酸盐释放到细胞外的水体中，导致水体中的正磷酸盐含量增加，厌氧末端水体中的正磷酸盐浓度达到最大.经过后期3h的曝气处理后，伴随着水体中COD的进一步降解利用，水体中的正磷酸盐被微生物过量吸收并以聚磷的形式储存于细胞内，好氧末端COD为48.0mg·L-1，正磷酸盐浓度为15.44mg·L-1.通过每周期排150mL污泥的形式达到了生物除磷的目的.

        污泥样品的红外光谱图中位于1020cm-1与1082cm-1处的峰来自于糖原分子中C—OH的贡献，该特征峰的强弱可以直观地反映出在生物除磷过程中污泥胞内糖原的变化过程.

        为了进一步说明污泥胞内糖原分子C—OH基团在1020、1082和1158cm-1处有很强的吸收峰，本文在污泥样品中加入不同含量的标准糖原样品，得到的光谱图见图3.从图3可以看出，加入糖原后，红外光谱在1020、1082和1158cm-1处有显著增加，并且随着糖原投加比例的增加，其吸收峰强度明显加强，其中，在1020cm-1的吸光度分别从0.185增加为0.237和0.379.因此，应该优先选用该处的红外峰作为糖原的特征峰.

        结果表明，模型的拟合程度较高，得到了很好的预测效果.应用偏最小二乘法和人工神经网络相结合的方法对白砂糖、木糖醇、双歧糖和葡萄糖进行了定性分辨和定量分析.

        第一次实验各取样时间节点的污泥样品红外光谱图，由于污泥样品在1158cm-1处的吸收峰强度不是很明显，故采用1020cm-1与1082cm-1处糖原分子的吸收峰强度来反映污泥胞内糖原含量的变化.就1020cm-1处的红外吸收而言，进水开始阶段污泥胞内的糖原分子的C—OH特征峰强度相对较高，吸收值为0.611.进入厌氧阶段后，强度逐渐减弱，厌氧1h后，降至0.585，到厌氧末期达到最低，降至0.549.经过好氧阶段处理后，胞内糖原的特征峰强度明显升高，好氧1、2、3h的1020cm-1处红外峰吸光度分别为0.584、0.619和0.648，这显然与蒽酮比色法测得的糖原含量变化趋势是一致的.

        活性污泥样品是十分复杂的混合物，课题组以前的研究中也曾比较了污泥样品与标准样品的红外光谱峰，初步确定了糖原的特征吸收峰，并采用特征峰强度比值对活性污泥中的糖原含量进行了初步定量表征.