李 冬 ,王歆鑫 ,王沁源 ,李 柱 ,張 杰 ,2 (.北京工業(yè)大學(xué),水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 0024；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué),城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,哈爾濱 50090)

與傳統(tǒng)活性污泥(CAS)污水處理技術(shù)相比,好氧顆粒污泥(AGS)獨(dú)特的分層結(jié)構(gòu)形成了自內(nèi)向外的厭氧-缺氧-好氧環(huán)境,使聚磷菌、反硝化菌、氨氧化菌等得以同時(shí)生存,可以在單個(gè)反應(yīng)器內(nèi)完成硝化、反硝化和除磷[1-2].短程硝化反硝化除磷(SNDPR)工藝具有節(jié)約碳源、減小反應(yīng)器容積、節(jié)省基建投資等優(yōu)點(diǎn)[3].研究表明,氨氧化菌(AOB)與反硝化聚磷菌(DPAOs)對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的需求存在差異[4-5].在顆粒污泥SNDPR系統(tǒng)中,保證AOB短程硝化與DPAOs反硝化吸磷的平衡是系統(tǒng)維持良好脫氮除磷性能的關(guān)鍵.

研究表明,A/(O/A)n運(yùn)行方式有利于富集 AOB,實(shí)現(xiàn)良好的短程硝化效果[6],但在好氧段內(nèi)磷酸鹽被完全吸收易導(dǎo)致缺氧段反硝化聚磷菌可利用的底物不足,同時(shí)亞硝酸鹽積累不利于反硝化聚磷菌的生長(zhǎng)[7].厭氧/微好氧運(yùn)行模式通過(guò)維持較低的DO水平能夠抑制系統(tǒng)內(nèi)NOB的活性,同時(shí)為反硝化聚磷菌提供了充足的缺氧生長(zhǎng)環(huán)境[8],但微好氧時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致微生物多樣性逐漸降低,AOB數(shù)量減少[9],且維持長(zhǎng)時(shí)間的低曝氣易誘發(fā)絲狀菌生長(zhǎng),對(duì)顆粒的沉降性能產(chǎn)生不利影響.同時(shí),絲狀菌阻礙了AOB與氧氣的接觸作用,進(jìn)而影響系統(tǒng)的脫氮性能[10].采用厭氧/微好氧與 A/(O/A)n交替運(yùn)行模式既彌補(bǔ)了 A/(O/A)n缺氧段底物不足的缺陷,又減輕了微好氧過(guò)程對(duì)脫氮性能的抑制,同時(shí)滿足了AOB與DPAOs的生長(zhǎng)條件,不同的厭氧/微好氧與A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比影響著AOB與DPAOs的富集情況.選擇合適的厭氧/微好氧與A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比有利于維持良好的短程硝化反硝化除磷效果.

本研究采用SBR反應(yīng)器,分3階段運(yùn)行,設(shè)置不同的厭氧/微好氧與 A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比.通過(guò)對(duì)比3個(gè)階段內(nèi)SBR反應(yīng)器的運(yùn)行狀況,探討顆粒污泥的特性、污染物(C、N、P)的去除性能、胞外聚合物(EPS)的分泌情況以及功能菌的活性,以期進(jìn)一步明晰適宜厭氧/微好氧與 A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比對(duì)短程硝化反硝化除磷工藝的強(qiáng)化作用.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置與運(yùn)行方法

采用有機(jī)玻璃 SBR(圖1).反應(yīng)器高 65cm,內(nèi)徑14cm (H/D=4.6),工作容積為10L,換水比為2/3,周期為6h.采用聯(lián)合厭氧/微好氧與A/(O/A)n交替運(yùn)行方式,實(shí)驗(yàn)分為3個(gè)階段 S1、S2和 S3,逐漸調(diào)整A/(O/A)n與厭氧/微好氧 2種運(yùn)行模式的時(shí)間配比:S1每天將 3個(gè)周期設(shè)置為厭氧/微好氧方式;S2每天將2個(gè)周期設(shè)置為厭氧/微好氧方式;S3每天將1個(gè)周期設(shè)置為厭氧/微好氧方式.具體運(yùn)行情況如圖2所示.A/(O/A)n運(yùn)行模式包括10min進(jìn)水,115min厭氧,225min曝氣(好氧:缺氧=2:1),3min沉降,5min排水,好氧段曝氣量為50L/min.厭氧/微好氧運(yùn)行模式包括10min進(jìn)水,115min厭氧,225min微曝氣,3min沉降,5min排水,好氧段曝氣量為0.30L/min.所有裝置均通過(guò)時(shí)控開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制.

圖1 SBR反應(yīng)器裝置示意Fig.1 Schematic diagram of the SBR reactor

圖2 反應(yīng)器每天的運(yùn)行情況示意Fig.2 Schematic diagram of the daily operation of the reactor

1.2 實(shí)驗(yàn)用水與接種污泥

實(shí)驗(yàn)用水為人工配水,以丙酸鈉作為有機(jī)碳源,添加 NH4Cl、KH2PO4、CaCl2和 MgSO4.7H2O,投加NaHCO3調(diào)節(jié)堿度(表1).反應(yīng)器接種培養(yǎng)成熟的具有短程硝化反硝化除磷性能的好氧顆粒污泥,接種污泥的初始污泥濃度(MLSS)約為4000mg/L.

表1 水質(zhì)特性(mg/L)Table 1 Wastewater characteristic(mg/L)

1.3 分析項(xiàng)目與檢測(cè)方法

每2d測(cè)定1次反應(yīng)器的進(jìn)出水水質(zhì)情況.使用COD多參數(shù)快速測(cè)定儀測(cè)定COD和總磷(TP)的含量;采用納氏試劑分光光度法測(cè)定氨氮(NH4+-N)濃度;采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法測(cè)定亞硝酸鹽氮(NO2--N)濃度;采用溴麝香草酚藍(lán)紫外分光光度法測(cè)定硝酸鹽氮(NO3--N)濃度;MLSS、MLVSS和SVI按照標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定[11];采用Mastersize 2000型激光粒度儀測(cè)定顆粒粒徑;采用 Olympus光學(xué)顯微鏡觀察污泥形態(tài);采用熱提取法進(jìn)行胞外聚合物的提取,其中蛋白質(zhì)(PN)采用Lowry法測(cè)定,多糖(PS)采用蒽酮-硫酸法測(cè)定.

1.4 顆粒污泥EPS的三維熒光光譜(EEM)分析

使用配備氙燈的熒光分光光度計(jì)對(duì)3個(gè)階段顆粒污泥的EPS進(jìn)行熒光測(cè)量.Ex(激發(fā)光譜)的起始波長(zhǎng)為200nm,終止波長(zhǎng)為600nm;Em(發(fā)射光譜)的發(fā)射起始波長(zhǎng)為200nm,發(fā)射終止波長(zhǎng)為700nm,Ex和Em的掃描速度均為15000nm/min,掃描間隔為1nm.

1.5 批次實(shí)驗(yàn)

1.5.1 聚磷菌分布比例測(cè)定 分別選取階段 S1、S2、S3的污泥進(jìn)行燒杯實(shí)驗(yàn),計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)聚磷菌的分布情況.實(shí)驗(yàn)方法為[12]:在每個(gè)階段內(nèi)分別取 3L運(yùn)行周期末的泥水混合液,過(guò)濾后進(jìn)行污泥清洗,排出上清液后定容至 3L,加入丙酸鈉使其 COD為300mg/L,在厭氧條件下進(jìn)行2h的充分釋磷,將污泥再次清洗后均分為3份,分別加蒸餾水定容至 1L,然后加入磷酸二氫鉀使燒杯內(nèi)磷的濃度與厭氧 2h后的磷濃度相同,其中2份不曝氣,加入一定量的亞硝酸鈉溶液和硝酸鉀溶液,另一份進(jìn)行曝氣將 DO保持在2.0mg/L左右,運(yùn)行3h,分別測(cè)定3個(gè)燒杯內(nèi)的磷濃度變化情況,計(jì)算出不同類型聚磷菌所占的比例.

1.5.2 功能菌活性測(cè)定 通過(guò)比氨氧化速率(以N/VSS計(jì))和比亞硝酸鹽氧化速率(以 N/VSS計(jì))表征顆粒污泥系統(tǒng)內(nèi)AOB和NOB的活性,測(cè)量方法如下[13]:分別取S1、S2、S3內(nèi)缺氧處理后的3L泥水混合物,將污泥清洗后等量分為2份,加入丙酸鈉調(diào)節(jié)COD為300mg/L,加入碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH值,分別投加氯化銨和亞硝酸鈉控制 NH4+-N和 NO2--N初始濃度分別為30,10mg/L,將DO維持在3.5mg/L,曝氣 150min,每間隔 30min取樣測(cè)定 NH4+-N 和NO2--N的濃度變化情況.

1.6 計(jì)算公式

本試驗(yàn)碳源利用率計(jì)算方法如式(1):

式中:厭氧比釋磷速率為厭氧段的釋磷量與厭氧時(shí)間之比;厭氧比COD降解速率為厭氧段COD的消耗量與厭氧時(shí)間之比;厭氧比釋磷速率和厭氧比COD降解速率的單位分別以 P/SS和 COD/SS計(jì),mg/(g·h).

2 結(jié)果與討論

2.1 運(yùn)行期間系統(tǒng)內(nèi)的COD和TP去除情況

如圖3所示,進(jìn)水的COD約為300mg/L,3個(gè)階段COD的平均去除率分別達(dá)到了90.98%、91.94%和91.77%,出水的COD均滿足了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn).厭氧末 COD的去除率接近于出水的 COD去除率,COD在厭氧段被大量去除,主要是通過(guò) DPAOs將其轉(zhuǎn)化為內(nèi)碳源(聚羥基脂肪酸酯)進(jìn)行儲(chǔ)存,同時(shí)去除反應(yīng)器內(nèi)上一周期少量殘存的NOx--N[14].在厭氧/微好氧和 A/(O/A)n交替的運(yùn)行方式下,不同的厭氧/微好氧與 A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比下系統(tǒng)均可以實(shí)現(xiàn)良好的內(nèi)碳源儲(chǔ)存.

圖3 系統(tǒng)內(nèi)COD、TP的變化情況Fig.3 Variation of COD and TP concentration in the system

在不同運(yùn)行時(shí)間配比下,TP的去除率受到一定影響.階段S2的釋磷量大于階段S1和階段S3,在階段S1內(nèi),由于厭氧/微好氧持續(xù)時(shí)間增加,TP的去除率表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì),這是由于厭氧/微好氧條件有利于富集反硝化聚磷菌,強(qiáng)化系統(tǒng)內(nèi)反硝化吸磷作用,但系統(tǒng)運(yùn)行后期出現(xiàn)了少量絲狀菌,系統(tǒng)內(nèi)AOB減少,微好氧區(qū)刺激了反硝化菌生長(zhǎng),限制了聚磷微生物的釋磷現(xiàn)象,導(dǎo)致除磷效率出現(xiàn)下降[15].厭氧/微好氧與 A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比從 3:1降低到1:1時(shí),TP的平均去除率有所上升;當(dāng)厭氧/微好氧與 A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比再降低到 1:3時(shí),TP的去除率出現(xiàn)了小幅降低.ΔP/ΔCOD 可以表征DPAOs對(duì)有機(jī)碳源的利用率,計(jì)算得出 3個(gè)階段的ΔP/ΔCOD 大致為0.20、0.24 和 0.22.ΔP/ΔCOD 的差異表明厭氧/微好氧運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短都會(huì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)DPAOs的活性產(chǎn)生負(fù)面影響,S3略有降低可能是因?yàn)榫厶蔷扰c聚磷微生物產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng),所以釋磷量降低.S1、S2和S3的階段末期平均出水TP濃度分別約為0.89,0.22,0.45mg/L,TP的平均去除率分別達(dá)到了88.29%、95.87%和93.12%.

2.2 運(yùn)行期間系統(tǒng)內(nèi)的N去除情況

如圖4所示,階段S1內(nèi)NH4+-N的去除率下降,分析原因可能是較長(zhǎng)的微好氧環(huán)境導(dǎo)致了部分AOB菌群難以維持長(zhǎng)期穩(wěn)定,限制了NH4+-N的去除.研究表明 DO為1.00～2.00mg/L的低 DO環(huán)境會(huì)淘汰一些AOB菌群[16].階段S2的氮去除率上升,系統(tǒng)內(nèi)氨氮的去除率達(dá)到了96.61%,TN的去除率達(dá)到了 92.00%,這一階段內(nèi)系統(tǒng)的脫氮性能較好,可能是因?yàn)椴捎寐?lián)合厭氧/微好氧的A/(O/A)n交替運(yùn)行方式有利于AOB與DPAOs的生長(zhǎng),而適宜的厭氧/微好氧與A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比能夠更好的維持系統(tǒng)內(nèi)脫氮和除磷的平衡,提高了反硝化聚磷菌的活性.階段 S3進(jìn)一步縮短厭氧/微好氧運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)后,TN的去除率略有降低,可能是因?yàn)樘岣逜/(O/A)n運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)強(qiáng)化了 AOB的富集,亞硝酸鹽積累率升高,但縮短厭氧/微好氧運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)后導(dǎo)致反硝化聚磷菌的活性降低,亞硝酸鹽不能被充分利用,所以出水中含有少量 NO2--N,TN的去除率略低于S2階段.3個(gè)階段內(nèi)均未發(fā)生NO3--N的積累,證實(shí)了厭氧/微好氧與A/(O/A)n交替運(yùn)行方式下可以很大程度地淘洗 NOB,維持系統(tǒng)良好的短程硝化效果.

圖4 運(yùn)行期間氮濃度的變化情況Fig.4 Variation of N concentration during operation

2.3 不同運(yùn)行時(shí)間配比下的好氧顆粒污泥特性

2.3.1 各階段內(nèi)顆粒污泥的形態(tài)及粒徑分布 如圖5可見(jiàn),3個(gè)階段的顆粒污泥結(jié)構(gòu)均較為完整.本研究在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中保持了相對(duì)較低的 DO水平,我們可以看到 S1階段內(nèi)顆粒污泥的邊緣形成了微量絲狀菌,與Guo等[17]研究中提到低 DO水平容易誘發(fā)污泥的絲狀菌膨脹相符合.此外,還觀察到階段S1的顆粒污泥粒徑略小,在S1整個(gè)階段內(nèi)顆粒生長(zhǎng)速度也較為緩慢,顆粒結(jié)構(gòu)較S2和S3而言略顯松散.這可能是因?yàn)槠貧馑俾瘦^低,形成的水動(dòng)力剪切力較小,影響了顆粒與氧氣的接觸作用;但顆粒內(nèi)具有一定的氧氣梯度,且缺氧條件時(shí)間較長(zhǎng),滿足反硝化聚磷菌的生長(zhǎng)環(huán)境,所以依舊具備短程硝化反硝化除磷能力.在S2和S3階段內(nèi)均未出現(xiàn)絲狀菌的過(guò)度生長(zhǎng),可能是因?yàn)閰捬?微好氧的持續(xù)時(shí)間短于 S1,且A/(O/A)n頻繁交替的運(yùn)行方式有利于抑制絲狀菌的繁殖.S2的顆粒大多是球狀或橢球狀,顆粒結(jié)構(gòu)密實(shí).S3的顆粒雖然粒徑最大,但是出現(xiàn)了不規(guī)則形狀,可能是因?yàn)槠貧鈴?qiáng)度較大導(dǎo)致顆粒的生長(zhǎng)速度快,內(nèi)部異養(yǎng)菌缺氧環(huán)境減少導(dǎo)致細(xì)胞不規(guī)則.表2為第1,28,58,88d的顆粒粒徑分布情況.S3的顆粒生長(zhǎng)最快,但是顆粒結(jié)構(gòu)密實(shí)程度小于 S2,間接證明了過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短的厭氧/微好氧運(yùn)行時(shí)間均會(huì)導(dǎo)致顆粒結(jié)構(gòu)的密實(shí)程度下降,微生物的富集量有所降低.S3顆粒粒徑偏大,底物和氧氣傳質(zhì)受限,可能是顆粒內(nèi)源呼吸形成的中間代謝產(chǎn)物在內(nèi)部聚集降低了微生物的活性;同時(shí),階段 S3的除磷效率偏低,一方面可能是出現(xiàn)了亞硝酸鹽的少量積累,另一方面可能是粒徑較大導(dǎo)致氧傳質(zhì)阻力較大,反應(yīng)速率降低,限制了缺氧段內(nèi)磷的吸收[18-21].

圖5 不同階段下的顯微鏡顆粒形態(tài)Fig.5 Microscope particle morphology in different stages

表2 不同階段的粒徑分布情況Table 2 Particle size distribution in different stages

2.3.2 各階段內(nèi)污泥的MLSS、MLVSS、f及SVI值變化 由圖6可見(jiàn),當(dāng)厭氧/微好氧與A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比依次為3:1、1:1和1:3時(shí),SVI值呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì),這可能是因?yàn)殡A段S1內(nèi)出現(xiàn)少量絲狀菌生長(zhǎng),污泥結(jié)構(gòu)與S2和S3相比較為松散,沉降性能相對(duì)較差,而階段 S2的污泥 SVI值為33.00～34.00mL/g,說(shuō)明在厭氧/微好氧與 A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比為1:1時(shí),形成的顆粒更為穩(wěn)定致密,表現(xiàn)出更加良好的沉降性能.由整個(gè)運(yùn)行期間系統(tǒng)內(nèi)的污泥濃度變化情況可以看出,階段S1內(nèi)出現(xiàn)了少量污泥流失情況,在縮短厭氧/微好氧運(yùn)行時(shí)間后,系統(tǒng)內(nèi)的污泥量上升.階段S2內(nèi)的f值最大,系統(tǒng)內(nèi)的生物量水平最高,且系統(tǒng)的脫氮除磷性能最好,證實(shí)S2系統(tǒng)內(nèi)的微生物活性較高.

圖6 不同運(yùn)行階段MLSS、MLVSS、SVI及f值變化情況Fig.6 Variation of MLSS, MLVSS, SVI and f in different stages

2.3.3 EPS含量及三維熒光分析 EPS存在于細(xì)胞外部及微生物聚集體內(nèi)部,通常被視為細(xì)胞聚集的關(guān)鍵,蛋白質(zhì)和多糖是其主要成分.EPS組分的差異會(huì)導(dǎo)致微生物特征和顆粒性質(zhì)的變化,影響著顆粒污泥的結(jié)構(gòu)、傳質(zhì)及沉降性能[22].如圖7所示,接種污泥后,EPS少量增加,可能是微生物需要釋放 EPS適應(yīng)新環(huán)境[23],隨后EPS逐漸降低到69.60mg/gVSS,分析原因可能是反硝化菌等開(kāi)始競(jìng)爭(zhēng)碳源,導(dǎo)致EPS含量降低.研究表明,EPS含量可能與微生物類型有關(guān),與反硝化細(xì)菌相比,PAOs及 DPAOs產(chǎn)生EPS的能力更強(qiáng)[24].階段 S2內(nèi) EPS含量升高到92.60mg/gVSS,說(shuō)明厭氧/微好氧與 A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比為1:1時(shí)DPAOs的活性增強(qiáng),微生物代謝處于平衡狀態(tài).階段S3進(jìn)一步降低厭氧/微好氧運(yùn)行時(shí)間后,EPS略有波動(dòng),EPS含量的變化與SVI的變化呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān),這與之前的研究相符[25].

圖7 不同運(yùn)行階段下的EPS變化情況Fig.7 Variation of EPS in different stages

PN是好氧顆粒污泥的核心,可以中和羧基和磷酸基的負(fù)電荷,降低污泥表面的負(fù)電荷[26];PS構(gòu)建了顆粒污泥的網(wǎng)狀骨架,有利于顆粒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[27],PN/PS也影響著污泥的穩(wěn)定性.階段S1內(nèi)PS分泌量增加,可能是污泥在新環(huán)境中通過(guò)增加PS支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,相應(yīng)的PN/PS下降,與顆粒的結(jié)構(gòu)松散有關(guān).在階段S2縮短厭氧/微好氧運(yùn)行時(shí)間占比后,PN的分泌量增加,PN/PS從3.7增加到4.3,由于PS是親水性物質(zhì),而PN是疏水性物質(zhì)[28],PN/PS比值升高保證了 EPS的主要疏水特性,有利于促進(jìn)緩慢生長(zhǎng)微生物的聚集.階段S2內(nèi)PN/PS的增加提高了污泥的相對(duì)疏水性,保持了密實(shí)的顆粒結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定的微生物活性.階段S3進(jìn)一步縮短厭氧/微好氧運(yùn)行時(shí)間占比后PS減少,PN/PS略有上升,但污泥的沉降性能和脫氮除磷能力都略有降低.

由圖8可見(jiàn),每個(gè)光譜圖都顯示出3類特征峰:峰C1、峰C2和峰C3的Ex/Em分別為280～300nm/340～370nm、340～360nm/440～460nm 和 430～470nm/520～540nm.研究表明[29],峰 C1為色氨酸類蛋白物質(zhì),峰C2和峰C3為腐殖酸類物質(zhì).在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中,EPS的主要成分均為蛋白質(zhì)和腐殖酸類,不同的厭氧/微好氧與A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比對(duì)EPS的組成影響不大.熒光強(qiáng)度的高低反映出EPS的濃度不同.當(dāng)厭氧/微好氧與 A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比從 3:1減小為1:1時(shí),C1的強(qiáng)度明顯升高,表示蛋白類物質(zhì)含量升高;繼續(xù)減小為1:3后,峰C1的強(qiáng)度有所下降,但仍高于階段S1,這與PN的濃度變化相符,峰C2和C3的強(qiáng)度有所增強(qiáng),腐殖酸類物質(zhì)含量升高.蛋白類物質(zhì)在維持顆粒污泥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定中起著重要作用,通過(guò)峰強(qiáng)度變化可以表明厭氧/微好氧與 A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比為1:1時(shí)顆粒結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定.

圖8 不同階段的三維熒光分析Fig.8 Analysis with EEM spectra in different stages

2.4 不同運(yùn)行時(shí)間配比下系統(tǒng)的功能菌數(shù)量及活性分析

由圖9可以看出,3個(gè)階段聚磷菌的分布顯示出一定差異,但是總體而言系統(tǒng)內(nèi)均實(shí)現(xiàn)了較為穩(wěn)定的缺氧反硝化吸磷,說(shuō)明厭氧/微好氧與 A/(O/A)n交替運(yùn)行模式實(shí)現(xiàn)了反硝化聚磷菌的穩(wěn)定富集.除磷性能差異是系統(tǒng)內(nèi)各類聚磷菌占比不同造成的,不同的運(yùn)行時(shí)間配比對(duì)反硝化聚磷菌的富集產(chǎn)生了一定的影響.

圖9 各階段內(nèi)不同類型聚磷菌分布Fig.9 The distribution of different types of phosphorus accumulating bacteria in different stages

由圖10可見(jiàn),S1階段內(nèi)AOB活性下降,以亞硝酸鹽為電子受體的反硝化聚磷菌活性也相應(yīng)下降,占比為50.21%,這與階段 S1系統(tǒng)內(nèi)脫氮除磷性能的降低相符.S2內(nèi)以亞硝酸鹽為電子受體的DPAOs含量最高,達(dá)到了 57.76%,說(shuō)明運(yùn)行時(shí)間配比為1:1時(shí)更有利于反硝化聚磷菌的富集.通過(guò)圖10可以看出,階段S2的AOB活性最高,比氨氧化速率相較于 S1有明顯提高,可能是充足的 A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)能夠促進(jìn) AOB的生長(zhǎng),更大程度地抑制了NOB的活性,提高了系統(tǒng)的脫氮效率.在S3繼續(xù)縮短厭氧/微好氧運(yùn)行時(shí)間后,AOB的活性有所下降,但系統(tǒng)的脫氮性能沒(méi)有明顯波動(dòng),分析原因可能是具有反硝化作用的聚糖菌與聚磷菌爭(zhēng)奪碳源,維持了系統(tǒng)的脫氮性能.通過(guò)批次試驗(yàn)說(shuō)明厭氧/微好氧與A(O/A)n運(yùn)行時(shí)間占比為1:1時(shí)能夠維持系統(tǒng)內(nèi)AOB與DPAOs的生長(zhǎng)平衡,具有更好的短程硝化反硝化除磷性能.

圖10 各階段內(nèi)比氨氧化速率、比亞硝酸鹽氧化速率Fig.10 The SAOR and the SNOR in different stages

3 結(jié)論

3.1 在厭氧/微好氧與 A/(O/A)n交替運(yùn)行模式下,整個(gè)運(yùn)行期間對(duì) COD的平均去除率始終保持在90%以上.厭氧/微好氧與A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比為1:1時(shí),系統(tǒng)內(nèi)TP的平均去除率達(dá)到了95.87%,TN的平均去除率達(dá)到了92.00%,具有良好的污染物去除性能.

3.2 厭氧/微好氧與 A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比對(duì)好氧顆粒污泥的結(jié)構(gòu)和沉降性能有一定的影響.厭氧/微好氧與A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比為1:1時(shí),系統(tǒng)內(nèi)顆粒污泥的結(jié)構(gòu)更為密實(shí),EPS含量達(dá)到了 92.60mg/gVSS,PN/PS也維持在較高水平.

3.3 厭氧/微好氧與 A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比影響了系統(tǒng)內(nèi)功能菌的活性及富集情況.厭氧/微好氧與A/(O/A)n運(yùn)行時(shí)間配比為3:1、1:1和1:3時(shí),系統(tǒng)內(nèi)DPAOs的占比分別為50.21%、57.76%和 53.42%,且配比為1:1時(shí)ΔP/ΔCOD數(shù)值最大,比氨氧化速率(以 N/VSS計(jì))達(dá)到了 4.57mg/(g·h),AOB 與 DPAOs的活性較高.