張 淼,張 穎,黃棚蘭,何成達(dá)*,彭永臻,吳 軍

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A2/O-MBBR反硝化除磷工藝中有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化及利用

張 淼1,張 穎2,黃棚蘭2,何成達(dá)1*,彭永臻3,吳 軍1

(1.揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇揚(yáng)州225127；2.揚(yáng)州市潔源排水有限公司,江蘇揚(yáng)州225002；3.北京工業(yè)大學(xué)國家工程實(shí)驗(yàn)室,北京市污水脫氮除磷處理與過程控制工程技術(shù)研究中心,北京100124)

采用厭氧/缺氧/好氧與移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(A2/O-MBBR)組成的雙污泥系統(tǒng)處理實(shí)際生活污水,通過投加乙酸鈉調(diào)節(jié)進(jìn)水碳氮比(C/N),考察系統(tǒng)中有機(jī)物的轉(zhuǎn)化利用和代謝途徑.試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)進(jìn)水C/N在3.11~6.09范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí),系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)COD的高效去除,最大去除率可達(dá)83.85%;但是從VFA和PHAs的轉(zhuǎn)化利用角度,進(jìn)水C/N不宜超過5.42.此外,碳平衡分析結(jié)果也表明,當(dāng)進(jìn)水C/N小于5.42時(shí),A2/O反應(yīng)器去除的COD百分比最高可達(dá)70.10%,MBBR反應(yīng)器氧化的COD僅占4.32%~5.89%,低C/N條件下碳源的高效利用是促進(jìn)菌群優(yōu)化以及提高脫氮除磷效率的關(guān)鍵所在.溶解性碳源組分分布及三維熒光特性的結(jié)果顯示,盡管系統(tǒng)沿程COD濃度變化不大,但蛋白質(zhì)和多糖之間存在著轉(zhuǎn)化,且類蛋白物質(zhì)占主導(dǎo)地位.

A2/O-MBBR工藝；遷移轉(zhuǎn)化；代謝途徑；溶解性有機(jī)物；三維熒光光譜

碳是微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成與生長(zhǎng)代謝的基本元素,有機(jī)物作為一種能量載體,在污水處理過程中,以總有機(jī)碳(TOC)、揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、溶解性有機(jī)物(DOM)、聚羥基脂肪酸酯(PHAs)、糖原(Gly)等多種形式參與脫氮除磷過程[1].污水中有機(jī)物種類多樣且成分復(fù)雜,在遷移轉(zhuǎn)化過程中碳源組分、含量、分布等均發(fā)生變化[2],DOM之間存在著復(fù)雜的相互作用和轉(zhuǎn)化關(guān)系,與污水中的苯、苯酚等結(jié)合,改變有機(jī)物的毒性[3],影響微生物的代謝富集.而出水中殘留的有機(jī)物主要包括未降解的有機(jī)物、中間產(chǎn)物以及微生物代謝產(chǎn)物等[4],相對(duì)而言難以降解,排放到水體后對(duì)飲用水水源造成巨大的威脅.

傳統(tǒng)脫氮除磷工藝中,由于存在微生物對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng),碳源不足是污水同步脫氮除磷的瓶頸問題[5].由于工藝特點(diǎn)和運(yùn)行條件的不同,微生物代謝過程有機(jī)物的利用效率相差較大.Cao等[6]研究表明,分段進(jìn)水工藝在進(jìn)水碳氮比(C/N)小于5時(shí)能達(dá)到74%的碳源利用率;改良UCT工藝中,進(jìn)水C/N為3.5~5.0時(shí)用于反硝化除磷的有機(jī)物占(62±6)%[7];在A2N-SBR系統(tǒng)中,有機(jī)物去除率最高可達(dá)90%[8].相對(duì)而言,雙污泥系統(tǒng)在有機(jī)物利用方面更有優(yōu)勢(shì).

近年來,一種新型的雙污泥系統(tǒng)A2/O- MBBR被提出[9],該工藝通過長(zhǎng)短泥齡分離實(shí)現(xiàn)一碳兩用,尤其在低C/N比條件下有利于反硝化聚磷菌(DPAOs)成為優(yōu)勢(shì)菌,具有碳源利用率高、節(jié)省曝氣量、污泥產(chǎn)率低、脫氮除磷效率穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn).為了實(shí)現(xiàn)該工藝的推廣應(yīng)用,圍繞水力停留時(shí)間[10]、容積分配比[11]、硝化液回流比[12]、菌群結(jié)構(gòu)[13]等特性開展了一系列的基礎(chǔ)研究.其中NH4+、TN、PO43--P等污染物的降解特性和出水的達(dá)標(biāo)排放是以往研究的重點(diǎn),而對(duì)于有機(jī)物在脫氮除磷過程中的遷移轉(zhuǎn)化、利用特性、組分分布等關(guān)注較少.

本文采用A2/O-MBBR工藝,針對(duì)實(shí)際生活污水,考察不同進(jìn)水C/N條件下有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化及內(nèi)碳源轉(zhuǎn)化利用特性,通過碳元素的物料平衡分析有機(jī)物的代謝途徑,同時(shí)結(jié)合三維熒光特性探索溶解性有機(jī)物的降解規(guī)律,以期為反硝化除磷過程的脫氮除磷機(jī)理以及有機(jī)物的深度降解提供技術(shù)支持.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

如圖1所示,A2/O-MBBR工藝主要由A2/O反應(yīng)器、中間沉淀池、MBBR反應(yīng)器、沉淀區(qū)順序連接組成.原水經(jīng)進(jìn)水泵進(jìn)入A2/O反應(yīng)器,在厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)的推流作用下完成同步脫氮除磷,出水進(jìn)入中間沉淀池完成泥水分離.上清液進(jìn)入中間水箱,經(jīng)中間進(jìn)水泵打入MBBR反應(yīng)器,沉淀污泥回流到A2/O反應(yīng)器的厭氧區(qū)(污泥回流比100%).含有氨氮的上清液在MBBR反應(yīng)器3格內(nèi)沿程推流完成氨氮的氧化,硝化液經(jīng)沉淀后進(jìn)入出水水箱,通過硝化液回流至A2/O反應(yīng)器的缺氧區(qū)(硝化液回流比300%),為反硝化除磷過程提供電子受體.

圖1 A2/O - MBBR裝置流程

A2/O反應(yīng)器有效容積28L,均分為8個(gè)格室,進(jìn)水流量3.5L/h,厭氧區(qū)(An)、缺氧區(qū)(A1~A6)、好氧區(qū)(O)的容積比為1:6:1;厭氧區(qū)和缺氧區(qū)內(nèi)設(shè)有攪拌裝置,好氧區(qū)進(jìn)行短暫曝氣,污泥齡SRT控制10d左右.較短的SRT使得比增殖速率較低的硝化菌難于富集,因此A2/O反應(yīng)器不發(fā)生硝化.中間沉淀池為豎流式,采用中間進(jìn)水周邊出水的運(yùn)行方式,有效容積為10L,剩余污泥定期排放.MBBR反應(yīng)器3格(N1~N3)串聯(lián),有效容積10.5L,內(nèi)設(shè)聚丙烯懸浮填料(尺寸為5mm×3mm,填充率50%),溶解氧DO=3.0~ 4.0mg/L,總曝氣量為0.15m3/h左右,該階段主要完成氨氮的氧化,出水直接排放.攪拌裝置、蠕動(dòng)泵(申辰BT100)以及鼓風(fēng)機(jī)均通過PLC控制箱進(jìn)行調(diào)控.

1.2 污水水質(zhì)及試驗(yàn)方案

試驗(yàn)用水取自校園生活區(qū)化糞池內(nèi)的實(shí)際生活污水,原水平均C/N為3.11(表1中Run1),屬于典型的低C/N污水.監(jiān)測(cè)COD和TN濃度后,向原水水箱投加乙酸鈉調(diào)節(jié)進(jìn)水C/N,使其在3.11~6.09范圍內(nèi)波動(dòng)(Run1~Run5).為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性,每個(gè)工況的運(yùn)行時(shí)間持續(xù)3個(gè)SRT左右,整個(gè)試驗(yàn)歷時(shí)200d,所有試驗(yàn)均在室溫條件下進(jìn)行,水溫為18~20℃.接種污泥取自揚(yáng)州市湯汪污水處理廠CASS反應(yīng)器的生化污泥,馴化20d后脫氮除磷效果基本穩(wěn)定.

表1 試驗(yàn)水質(zhì)及運(yùn)行工況

1.3常規(guī)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)

水樣經(jīng)0.45μm中速濾紙過濾后,COD采用快速消解儀(SUNTEXTR-1100)測(cè)定,NH4+-N、NO3--N、NO2--N、PO43--P等指標(biāo)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定[14];污泥濃度MLSS、VSS根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定[14];TN、TOC的檢測(cè)采用TN/TOC分析儀(TOC-V CSN),VFA的分析測(cè)定采用氣相色譜儀(GC-14B),PHAs采用氣相色譜(Agilent 7890N)及DB-1型色譜柱檢測(cè)[15];蛋白質(zhì)的測(cè)定采用福林酚試劑法[16],多糖的測(cè)定采用蒽酮法,DNA的測(cè)定采用NanoDrop1000;進(jìn)出水的熒光特性采用三維熒光分光光度計(jì)(F-7000)分析(樣品的TOC濃度稀釋至10mg/L以下),激發(fā)波長(zhǎng)以5nm為增量從200nm掃描到400nm,發(fā)射波長(zhǎng)以0.5nm為增量從200nm掃描到600nm,掃描速度為1200nm/min,試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Origin8.5軟件進(jìn)行處理.

1.4 有機(jī)物的代謝途徑分析

進(jìn)入系統(tǒng)有機(jī)物(inf,mg/d)的遷移轉(zhuǎn)化和代謝途徑主要包括以下幾個(gè)方面[17]:A2/O反應(yīng)器厭氧段去除(An,mg/d),缺氧段反硝化和好氧段氧化(A-O,mg/d),MBBR反應(yīng)器氧化(MBBR, mg/d),剩余污泥排放(WS,mg/d)以及出水殘留(eff,mg/d).本研究以不同工況(Run1~Run5)下的穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對(duì)A2/O - MBBR系統(tǒng)進(jìn)行碳元素的物料平衡分析(以COD指標(biāo)表征),具體計(jì)算方法如下:

infinfinf(1)

An[infRS(1)An]inf(2)

A-O= [(1+)·An+·eff- (1++)·O]inf(3)

MBBR(1)(RSeff)inf(4)

MWS=XWS·fCV·f·QWS(5)

effeffinf(6)

式中:inf,WS分別為進(jìn)水流量和剩余污泥排放量,L/d;inf、RS、An、O、eff分別為進(jìn)水COD濃度、回流污泥攜帶的COD濃度、厭氧段COD濃度、好氧段COD濃度和出水COD濃度,mg/L;為污泥回流比,100%;為硝化液回流比,300%;WS為剩余污泥濃度,mg/L;為VSS/MLSS,在0.6 ~ 0.8之間;CV為活性污泥中COD的化學(xué)計(jì)量系數(shù),計(jì)算中取1.48mgCOD/mgVSS[18].

2 結(jié)果與討論

2.1 有機(jī)物的降解及轉(zhuǎn)化利用

如圖2所示,當(dāng)進(jìn)水C/N從3.11增加到6.09的過程中,厭氧出水COD濃度呈上升趨勢(shì),平均濃度分別為53.79,66.81,84.55,118.60mg/L,造成該現(xiàn)象的主要原因是C/N增加時(shí),較短的厭氧停留時(shí)間(1.0h)來不及充分利用原水碳源.王亞宜等[19]在厭氧/缺氧/好氧反應(yīng)器(An/A/O-SBR)中發(fā)現(xiàn)厭氧反應(yīng)時(shí)間為1.5h時(shí),PHAs合成量最高且獲得較好的脫氮除磷效果.

圖2 不同進(jìn)水C/N條件下COD的沿程變化

其中當(dāng)進(jìn)水C/N為5.42和6.09時(shí),缺氧段、好氧段以及MBBR反應(yīng)器繼續(xù)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解,大約有18.61,34.45mg/L和22.31,30.33mg/L的COD分別被外源反硝化和好氧氧化.雖然2種工況下COD去除率高達(dá)83.85%和83.26%,但由于外源反硝化速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)源反硝化,反硝化菌會(huì)優(yōu)先進(jìn)行反硝化,抑制DPAOs的生物活性且不利于DPAOs的富集[20].殘留的COD進(jìn)入好氧段繼續(xù)被氧化,導(dǎo)致生物膜單元異養(yǎng)菌大量繁殖,對(duì)生長(zhǎng)速率較低的自養(yǎng)型硝化菌的富集也是極其不利的[21].因此,采用Wachtmeister等[22]推薦的方法開展批次試驗(yàn),穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)DPAOs占聚磷菌(PAOs)的比例從37.13%(Run3)降為25.10% (Run4).當(dāng)進(jìn)水C/N降為3.55時(shí),有機(jī)物的沿程降解特性得到快速恢復(fù),5種工況下COD去除率為81.91%~83.85%,可見C/N在3.11~6.09內(nèi)波動(dòng)時(shí),系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)COD的高效去除.然而,這并不意味著有機(jī)物的充分利用,有必要從碳源轉(zhuǎn)化利用的角度深入分析.

作為缺氧段反硝化除磷的能量?jī)?chǔ)備,厭氧段DPAOs通過吸收原水中的VFA合成PHAs[23],圖3與圖2變化趨勢(shì)相似,隨著進(jìn)水C/N從3.11增加到6.09,厭氧出水中VFA含量逐步升高,厭氧段VFA的利用率分別為73.56%, 77.28%, 78.72%和73.44%,該結(jié)果表明當(dāng)C/N從4.10上升為5.42,VFA的利用效率已沒有太大提升;且C/N達(dá)到6.09時(shí),VFA利用率反而下降,缺氧段出水仍殘留VFA含量26.08mgCOD/L,造成易降解碳源的浪費(fèi).另一方面,從內(nèi)碳源PHAs的轉(zhuǎn)化利用可以發(fā)現(xiàn),隨著VFA利用率的變化,厭氧段PHAs的含量從120.7mgCOD/L(C/N=3.11)增加到254.64mgCOD/L(C/N=5.42),繼而減少到240.69mgCOD/L(C/N=6.09),相比前階段,PHAs含量降低了5.48%.相應(yīng)地,5種工況下,缺氧段PHAs的利用率分別為68.07%、79.78%、84.44%、80.64%和74.24%.

綜上所述,無論從COD的降解特性還是VFA、PHAs的轉(zhuǎn)化利用特性,在A2/O反應(yīng)器HRT為8h,容積比1:6:1,污泥回流比100%,硝化液回流比300%的運(yùn)行工況下,進(jìn)水C/N不宜超過5.42.與本研究結(jié)論相似,Chen等[24]考察了進(jìn)水C/N和硝化液回流比對(duì)A2/O-BAF系統(tǒng)的影響,最佳C/N為5.5;Wang等[8]研究發(fā)現(xiàn)在A2N- SBR系統(tǒng)中,C/N、C/P分別為5.8和30.8時(shí)獲得了最高的污染物去除效果.事實(shí)上,A2/O-MBBR系統(tǒng)中進(jìn)水C/N的優(yōu)化與多種運(yùn)行參數(shù)相關(guān),例如厭氧段出水COD偏高,可延長(zhǎng)厭氧HRT或者提高VSS濃度(DPAOs含量);缺氧段PHAs利用率較低,可延長(zhǎng)缺氧HRT或者增加硝化液回流比(電子受體)等.

2.2 有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化途徑

以穩(wěn)態(tài)條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過公式(1)~(6)的理論計(jì)算分析系統(tǒng)中有機(jī)物的物料分布情況(表2),以此考察有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化途徑.由于數(shù)據(jù)測(cè)量誤差造成的部分碳損失以及經(jīng)驗(yàn)值取值導(dǎo)致的數(shù)據(jù)偏差,不同進(jìn)水C/N條件下COD平衡百分比為97.06%~99.92%(低于100%),但該平衡值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于UCT工藝(67%~89.7%)和MUCT工藝(60.7%~87.6%)[25],一定程度上表明本研究建立的理論公式的有效性.

表2 碳元素的物料平衡分析

注:*:= (AnA-OMBBRWSeff)/inf′100%.

基于物料平衡分析,對(duì)比不同工況下3種主要代謝途徑的百分比(圖4),其中厭氧段去除的COD占總量的百分比(An)分別為53.71%、57.09%、49.44%、44.07%和58.70%.王聰?shù)萚17]研究發(fā)現(xiàn)不同硝化液回流比條件下厭氧段利用的COD占57.9%~78.5%,由于采用1.6h的厭氧停留時(shí)間導(dǎo)致其COD利用率高于本研究,對(duì)比結(jié)果再次表明較短的厭氧反應(yīng)時(shí)間不利于充分利用原水碳源.在后續(xù)缺氧段到好氧段,Run3 (C/N=5.42)和Run4(C/N=6.09)2種工況獲得較高的COD利用率,分別為17.71%和16.48%,碳源的充足促進(jìn)了反硝化除磷的進(jìn)行,提高了碳源的利用效率.但是當(dāng)C/N從5.42增加到6.09的過程,由于缺氧反應(yīng)時(shí)間和硝化液回流比的局限無法繼續(xù)利用多余的碳源,導(dǎo)致COD利用率有了下降的趨勢(shì).整個(gè)A2/O反應(yīng)器COD的利用率為63.53%~70.10%,在分段進(jìn)水UCT工藝和A2N工藝中,厭氧區(qū)和缺氧區(qū)去除的COD僅占60%左右[26],相比之下,A2/O-MBBR工藝通過反硝化除磷的強(qiáng)化實(shí)現(xiàn)有機(jī)碳源的高效利用,尤其適用于處理低C/N生活污水.

值得一提的是,雖然絕大多數(shù)碳源優(yōu)先在A2/O反應(yīng)器中被DPAOs或反硝化菌利用, MBBR反應(yīng)器氧化的COD卻不容忽視,MBBR分別為4.96%、5.33%、5.89%、11.10%和4.32%,除了Run4(C/N=6.09)之外,其他運(yùn)行工況均實(shí)現(xiàn)了曝氣能耗的節(jié)省同時(shí)有利于促進(jìn)DPAOs和硝化菌的富集,這也是該工藝在低C/N條件下可實(shí)現(xiàn)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵所在[27].除此之外,WS、eff占12%和14%左右,通過剩余污泥排放維持微生物的新陳代謝并且實(shí)現(xiàn)了磷的去除.通過上述分析可知,實(shí)際工程中對(duì)于高C/N污水,為了提高COD利用效率,可適當(dāng)調(diào)整厭氧、缺氧水力停留時(shí)間以及硝化液回流比,盡可能防止多余碳源進(jìn)入生物膜MBBR單元.

圖4 不同工況下3種代謝途徑的對(duì)比

2.3 溶解性碳源組分分布及三維熒光特性

基于以上的分析可知,有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化對(duì)系統(tǒng)主要功能菌(DPAOs、反硝化菌、硝化菌等)的富集影響顯著,MBBR單元雖然COD濃度已經(jīng)不高(基本低于50mg/L),但不同格室(N1,N2,N3)硝化菌的菌群含量和結(jié)構(gòu)分布相差較大[13].Guo等[28]研究表明,采用葡萄糖、乙酸鈉等簡(jiǎn)單有機(jī)物作為單一碳源時(shí),經(jīng)過微生物的代謝降解過程,出水中能檢測(cè)出復(fù)雜有機(jī)物.針對(duì)Run2的穩(wěn)定運(yùn)行階段(75d),重點(diǎn)考察了各污染物(TN、NH4+-N、PO43--P)降解過程中DOM的組分分布及相互轉(zhuǎn)化情況,主要包括蛋白質(zhì)、多糖和DNA.

如圖5所示,進(jìn)水中溶解性COD濃度為231.78mg/L,其中蛋白質(zhì)、多糖和DNA的含量分別為103.70,16.12,17.90mg/L,3者之和占溶解性COD的59.42%,表明還有1/2的有機(jī)物以其他分子形式存在,后期還需進(jìn)一步開展定性定量分析.厭氧段大部分易降解有機(jī)物被DPAOs利用儲(chǔ)存為內(nèi)碳源PHAs,COD和VFA快速降低的同時(shí)3種組分含量也從進(jìn)水時(shí)的137.72mg/L降低為64.18mg/L,厭氧釋磷量達(dá)34.18mg/L.缺氧段A1~A6,主要是蛋白質(zhì)、多糖之間存在轉(zhuǎn)化和利用,多糖含量從23.71mg/L降低為5.60mg/L,與此同時(shí)伴隨明顯的反硝化除磷現(xiàn)象,缺氧出水TN、PO43--P濃度分別為14.33,0.62mg/L.

圖5 系統(tǒng)沿程污染物降解特性及溶解性有機(jī)物的組成和分布

隨后在好氧段(O)、中間沉淀池以及MBBR反應(yīng)器的降解過程中,DOM總量與COD濃度相差無幾,3種DOM組分總量維持在34.10~ 39.80mg/L,去除率為75%左右,該變化趨勢(shì)與前面VFA的降解規(guī)律吻合.N1~N3過程主要進(jìn)行硝化,出水NH4+-N濃度0.98mg/L,去除率高達(dá)98.23%.硝化過程DOM含量降低至30mg/L,且蛋白質(zhì)和多糖之間再次發(fā)生了轉(zhuǎn)化,可見單純COD和VFA的檢測(cè)并不能全面反映有機(jī)物的降解特性.由于MBBR單元兼有活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點(diǎn),在生物氧化降解、物理吸附、過濾截留等多重作用下[29],可獲得較好的出水水質(zhì).

DOM組分中包括大量的芳香類和脂肪類化合物,且每個(gè)基團(tuán)的熒光峰和熒光強(qiáng)度也不盡相同.研究表明[30-31],自然環(huán)境中DOM的激發(fā) /發(fā)射(x/m)熒光峰位置主要可以概況為5類: (?)x/m=220~240/340~350nm;(Ⅱ)x/m=260~ 290/300~350nm;(Ⅲ)x/m=240~270/370~440nm;(?V)x/m=310~360/370~450nm;(V)x/m=350~ 440/430~510nm.其中(?)和(Ⅱ)為類蛋白熒光峰,(Ⅲ)和(?V)為類富里酸熒光峰,(V)為類腐殖酸熒光峰.

如圖6所示,2個(gè)樣品的熒光峰中心位置分別為x/m=222/354nm和220/350nm,由于本試驗(yàn)采用的是特定化糞池的實(shí)際生活污水,熒光峰相對(duì)單一,主要組分為類蛋白,而類富里酸熒光峰和類腐殖酸熒光峰可能是由于含量較低沒有出現(xiàn)峰值.但是進(jìn)出水的熒光強(qiáng)度從210.35a.u.降為60.32a.u.,大約降低了71.32%,意味著類蛋白質(zhì)物質(zhì)很容易被降解,與楊毅等研究結(jié)論相似[32].此外,熒光強(qiáng)度與TOC有較高的相關(guān)性[33],有關(guān)不同水質(zhì)特點(diǎn)和不同運(yùn)行條件下DOM的熒光特性還有待進(jìn)一步研究.

基于有機(jī)物遷移轉(zhuǎn)化和代謝途徑的研究,對(duì)工程實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)意義:①A2/O-MBBR系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)碳源的穩(wěn)定高效去除,尤其適用于處理低C/N污水;②雙污泥系統(tǒng)通過菌群分離,使其各自在最佳的環(huán)境下生長(zhǎng),從根本上解決了傳統(tǒng)工藝中的碳源競(jìng)爭(zhēng);③進(jìn)水C/N的優(yōu)化與水力停留時(shí)間、硝化液回流比、污泥回流比等運(yùn)行參數(shù)相關(guān),最佳C/N要綜合實(shí)際運(yùn)行工況確定;④DOM的遷移轉(zhuǎn)化對(duì)深入理解污染物降解機(jī)理和優(yōu)化出水水質(zhì)至關(guān)重要.

3 結(jié)論

3.1 不同進(jìn)水C/N條件下A2/O-MBBR系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的高效去除,COD最大去除率為83.85%,厭氧段VFA的利用率為73.44%~78.72%,缺氧段PHAs的利用率為68.07%~84.44%.為了提高碳源的轉(zhuǎn)化利用效率,本研究工況下進(jìn)水C/N不宜超過5.42.

3.2 碳平衡分析表明整個(gè)A2/O反應(yīng)器COD的利用率為63.53%~70.10%,剩余污泥排放量WS以及出水eff占12%和14%左右,體現(xiàn)了有機(jī)物為反硝化除磷過程提供電子供體的主體代謝途徑.當(dāng)進(jìn)水C/N小于5.42時(shí),MBBR反應(yīng)器氧化的COD僅占4.32%~5.89%,實(shí)現(xiàn)了碳源的高效利用、菌群優(yōu)化以及節(jié)能降耗.

3.3 系統(tǒng)沿程降解過程DOM總量與COD濃度相差不大,但蛋白質(zhì)、多糖之間存在轉(zhuǎn)化利用,相比活性污泥系統(tǒng),生物膜單元對(duì)于進(jìn)一步降低出水DOM濃度具有優(yōu)勢(shì).三維熒光光譜表明進(jìn)出水的熒光峰中心位置分別為EX/EM=222/354nm和220/350nm,類蛋白物質(zhì)更容易被降解且出水的熒光強(qiáng)度降低了71.32%.

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Migration and transformation and utilization of organic matter in A2/O-MBBR denitrifying phosphorus removal process.

ZHANG Miao1, ZHANG Ying2, HUANG Peng-lan2, HE Cheng-da1*, PENG Yong-zhen3, WU Jun1

(1.College of Environmental Science and Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225127, China；2.Yangzhou Jieyuan Drainage Company Limited, Yangzhou 225002, China；3.National Engineering Laboratory for Advanced Municipal Wastewater Treatment and Reuse Technology, Engineering Research Center of Beijing, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)., 2017,37(11)：4132~4139

A two-sludge system combined anaerobic/anoxic/oxic with moving bed biofilm reactor (A2/O-MBBR) was used to treat real domestic wastewater. By adding sodium acetate to adjust influent carbon/nitrogen ratio (C/N), the transformation and utilization and metabolic pathways of organic matter in the system were investigated. When the influent C/N ratio varied from 3.11 to 6.09, the system all achieved efficient COD removal with the maximum removal of 83.85%. However, from the perspective of VFA and PHAs transformation, the influent C/N ratio should not exceed 5.42. Additionally, the material balance analysis of carbon also revealed that when the influent C/N ratio was below 5.42, COD removal percentage in the A2/O reactor was up to 70.10% and that in the MBBR reactor only accounted for 4.32%~5.89%, where the efficient utilization of carbon source was the key to improve microbial community optimization and enhance denitrification and phosphorus removals under the condition of low C/N ratio. The results of dissolved carbon source component distribution and three-dimensional fluorescence properties manifested that proteins and polysaccharides transformed although COD changed gently along the reactor, in which proteins-like substance was the dominant.

A2/O-MBBR process；migration and transformation；metabolic pathway；dissolved organic matter；three-dimensional fluorescence spectrum

X703.1

A

1000-6923(2017)11-4132-08

張 淼(1989-),女,江蘇徐州人,博士,講師,主要從事污水生物處理理論與應(yīng)用研究.發(fā)表論文8篇.

2017-05-08

江蘇省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(BK20170506);揚(yáng)州市橫向科研項(xiàng)目(204032264);揚(yáng)州大學(xué)科研啟動(dòng)項(xiàng)目(137011060)

* 責(zé)任作者, 教授, hcd@yzu.edu.cn