陳申良 郭其藝 成亮 黎啟明 莊琛 張超群 楊陽(yáng)

摘要：采用沸石-塑料混合填料為載體構(gòu)建固定床生物膜反應(yīng)器，周期性進(jìn)水（厭氧）-排水（好氧）富集培養(yǎng)聚糖菌（GAOs），結(jié)合沸石顆粒吸附作用實(shí)現(xiàn)厭氧條件下COD和氨氮的去除。在進(jìn)水COD和氨氮濃度分別為（508±19）mg/L和（40±3）mg/L、HRT為12 h（厭氧6 h、好氧6 h）的運(yùn)行條件下，單級(jí)反應(yīng)器COD、氨氮和總氮去除率分別為89.2%、57.5%、57.5%。雙級(jí)反應(yīng)器條件下，COD、氨氮和總氮的平均去除率分別為93.1%、84.9%、70.8%。縮短50% HRT（厭氧/缺氧3 h+好氧3 h）后，雙級(jí)反應(yīng)器總氮去除率提升到81.7%。16S rRNA高通量測(cè)序結(jié)果顯示，聚糖菌Candidatus Competibacter的相對(duì)豐度在塑料填料表面上升了30.43倍（0.46%→14%），而在沸石顆粒表面上升了14.35倍（0.46%→6.60%），表明塑料填料表面更有利于聚糖菌的富集。

關(guān)鍵詞：混合填料反應(yīng)器；沸石；聚糖菌；同步硝化反硝化；污水處理

中圖分類號(hào)：X703.1???? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???? 文章編號(hào)：2096-6717（2023）06-0198-08

Performance of passive aerated hybrid carrier bioreactor for treatment of domestic sewage

CHEN Shenliang1， GUO Qiyi1， CHENG Liang1， LI Qiming1， ZHUANG Chen1， ZHANG Chaoqun1， YANG Yang2

（1. School of the Environment and Safety Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang 212013， Jiangsu， P. R. China； 2. School of Civil Engineering， Chongqing University， Chongqing 400045， P. R. China）

Abstract： In this study， a fixed-bed biofilm reactor using hybrid zeolite and plastic bio-carriers was constructed， in which successful enrichment of glycogen accumulating organisms （GAOs） under oscillating filling （anaerobic） - draining （aerobic） conditions was achieved. Associated with zeolite chemical adsorption， anaerobic removal of COD by GAOs and ammonia by zeolite was achieved. The hybrid carrier bioreactor was fed with synthetic wastewater with COD and ammonia concentration of （508±19）mg/L and （40±3）mg/L， respectively， and operated under periodical cycles of anaerobic （6 h） and aerobic （6 h）. The removal rates of COD， ammonia nitrogen， and total nitrogen （TN） by single-stage treatment were 89.2%， 57.5%， and 57.5%， respectively. The removal rates of COD， ammonia nitrogen， and TN by the two-stage reactors were 93.1%， 84.9%， and 70.8%， respectively. By reducing the HRT by 50% （anaerobic/anoxic 3 h + aerobic 3 h）， the TN removal rate in the two-stage reactors was increased to 81.7%. The results of 16S rRNA high-throughput sequencing showed that the relative abundance of Candidatus Competibacter （GAOs） increased by 30.43 times （0.46% → 14%） on the surface of the plastic carrier， while it only increased by 14.35 times （ 0.46%→6.60%） for the zeolite carrier， indicating that the surface of the plastic carrier is more favorable for the enrichment of Candidatus Competibacter.

Keywords： hybrid carrier bioreactor； zeolite； glycogen accumulating organisms （GAOs）； simultaneous nitrification and denitrification （SND）； wastewater treatment

一般認(rèn)為，生物脫氮包括好氧硝化和缺氧反硝化兩個(gè)過(guò)程，在好氧條件下氨氮通過(guò)自養(yǎng)硝化菌轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，在缺氧條件下被異養(yǎng)反硝化菌還原為氮?dú)鈁1]。大量研究結(jié)果表明，傳統(tǒng)污水處理工藝中，氧傳輸效率（OTE）一般在4.8%～34.1%范圍內(nèi)[2-4]，較低的OTE導(dǎo)致用于BOD氧化和氨氮硝化的曝氣系統(tǒng)所需能耗通常占整個(gè)污水處理工藝能耗的50%以上[5-7]。因此，降低曝氣能耗是提升污水處理效率、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵措施之一[8]。

有研究表明，在厭氧條件下，聚糖菌（GAOs）能夠?qū)⒂袡C(jī)碳轉(zhuǎn)化為聚羥基烷酸酯（PHAs）[9]。Flavigny等[4]研究了序批式固定床生物膜反應(yīng)器，在周期性進(jìn)水（厭氧）-排水（好氧）條件下培養(yǎng)了GAOs生物膜，且在免曝氣條件下COD去除率高達(dá)94.3%。該工藝的核心是，通過(guò)排水的方式使空氣在填料孔隙內(nèi)部自然流通，從而直接給生物膜提供新陳代謝所需的氧氣，節(jié)約了約60%曝氣能耗[4， 10]。為了同時(shí)獲得氨氮的高效去除，在上述工藝的基礎(chǔ)上，郭其藝等[11]以沸石顆粒填料代替?zhèn)鹘y(tǒng)多孔聚乙烯塑料填料作為生物載體，構(gòu)建了序批式固定床生物膜反應(yīng)器。沸石顆粒不僅具有高效的銨根離子吸附作用，同時(shí)具有促進(jìn)氨氧化細(xì)菌（Ammonia-oxidizing bacteria， AOB）和抑制亞硝酸氧化細(xì)菌（Nitrite-oxidizing bacteria， NOB）的效果，從而具有較高的脫氮效率[12-13]。通過(guò)周期性進(jìn)水（厭氧）-排水（好氧）成功培養(yǎng)出富含GAOs的生物膜，使得反應(yīng)器不僅能夠高效去除COD，而且氨氮和總氮的去除率都達(dá)到83%[11]。該體系中，COD和氨氮的去除過(guò)程可分為兩個(gè)階段：1）進(jìn)水厭氧過(guò)程中，生物膜中的GAOs將污水中的有機(jī)碳源轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)PHAs[2， 4]，同時(shí)，沸石顆粒吸附污水中的銨根離子，實(shí)現(xiàn)厭氧階段污水中COD和氨氮的同時(shí)去除；2）排水好氧過(guò)程中，通過(guò)硝化細(xì)菌和聚糖菌（GAOs）等菌屬的共同作用，同步硝化反硝化（SND）降解沸石顆粒所吸附的氨氮，實(shí)現(xiàn)沸石顆粒吸附能力的再生[9]。

然而，使用沸石顆粒作為生物填料的主要問(wèn)題在于，反應(yīng)器有效容積較小，并且隨著反應(yīng)器的運(yùn)行，生物膜持續(xù)生長(zhǎng)和脫落[14]。這將導(dǎo)致反應(yīng)器孔隙堵塞和反應(yīng)器有效容積降低，從而降低單位反應(yīng)器的污水處理負(fù)荷，不利于系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。多孔塑料填料具有強(qiáng)度高、比表面積大、孔隙率高（>95%）等特點(diǎn)，筆者利用沸石顆粒和多孔塑料生物填料制備混合填料，以有效解決長(zhǎng)期運(yùn)行下由于生物膜生長(zhǎng)和脫落堵塞顆粒孔隙而造成的反應(yīng)器污水污染物去除負(fù)荷降低的問(wèn)題，同時(shí)，研究不同生物填料表面的微生物群落構(gòu)成，構(gòu)建穩(wěn)定運(yùn)行的免曝氣混合填料固定生物膜污水處理工藝。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

使用的沸石主要為斜發(fā)沸石。篩分后選取尺寸為（10±2） mm的沸石顆粒，經(jīng)去離子水反復(fù)淘洗3～5次，除去表面的污垢及可溶性雜質(zhì)，在103 ℃烘箱中烘干24 h后待用。試驗(yàn)測(cè)得沸石對(duì)40 mg/L氨氮溶液的最大氨氮吸附量為22.4 μg/g。另一多孔塑料填料為齒型聚乙烯填料（HDPE），尺寸φ10 mm×10 mm，密度>0.96 g/cm3，孔隙率>95%，比表面積>500 m2/m3。

根據(jù)文獻(xiàn)[9]，使用的人工合成廢水COD/N值為12，其中，進(jìn)水COD濃度為508±19 mg/L，NH4+-N濃度為40±3 mg/L，其主要成分為：CH3COONa（660 mg/L）、NH4Cl（160 mg/L）、NaHCO3（125 mg/L）、KH2PO4（44 mg/L）、MgSO4·7H2O（25 mg/L）、CaCl2·2H2O（300 mg/L）、FeSO4·7H2O（6.25 mg/L）。

1.2 試驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)室規(guī)模反應(yīng)器為亞克力材質(zhì)的φ6 cm×35 cm圓柱，有效容積約為0.80 L。反應(yīng)器內(nèi)填充沸石顆粒和聚乙烯填料，兩種填料體積各占50%。該反應(yīng)器定義為混合填料反應(yīng)器HCB（Hybrid Carrier Bioreactor）。反應(yīng)器內(nèi)所接種物為市政污水處理廠生化曝氣池的活性污泥，污泥濃度（MLSS）為6.3 g/L。取2 L用于反應(yīng)器掛膜，持續(xù)循環(huán)濾淋，掛膜污泥循環(huán)液中污泥逐步富集于填料表面，直至MLSS<1 000 mg/L。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，最終約有10.28 g活性污泥（干重）被負(fù)載在反應(yīng)器填料表面。當(dāng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)污水MLSS<（30±2）mg/L，表明反應(yīng)器內(nèi)污泥主要以生物膜的形式存在。HCB反應(yīng)器采用序批式進(jìn)水，厭氧-好氧交替模式運(yùn)行，進(jìn)水后反應(yīng)器進(jìn)行厭氧處理，并維持厭氧階段6 h。厭氧處理后，反應(yīng)器排出廢水，繼而進(jìn)入好氧階段并維持6 h，系統(tǒng)水力停留時(shí)間（HRT）為12 h。進(jìn)水、排水均由電腦程序自動(dòng)控制。

雙混合填料反應(yīng)器是將兩個(gè)同樣的混合填料反應(yīng)器（R1和R2）串聯(lián)運(yùn)行，即污水在反應(yīng)器R1厭氧階段結(jié)束后排出，即刻由泵輸入反應(yīng)器R2再次進(jìn)行缺氧處理，同時(shí)，反應(yīng)器R1進(jìn)入好氧階段。缺氧結(jié)束后，反應(yīng)器R2排出污水，進(jìn)入好氧階段，此時(shí)反應(yīng)器R1完成好氧階段并開(kāi)始泵送新批次污水，開(kāi)始下一污水處理周期（圖1）。在雙反應(yīng)器測(cè)試過(guò)程中，好氧/缺氧時(shí)間分別設(shè)定為6 h/6 h和3 h/3 h兩種運(yùn)行工況，以測(cè)定不同HRT條件下系統(tǒng)的處理能力。

為了比較不同填料反應(yīng)器的長(zhǎng)期污水處理負(fù)荷，在同期進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)照組反應(yīng)器填料為單一沸石顆粒填料，兩組反應(yīng)器體積和容納污水體積見(jiàn)表1。

1.3 分析方法

取樣口位于反應(yīng)器中部，每次取約10 mL水樣[15]并經(jīng)0.22 μm過(guò)濾器過(guò)濾，用于測(cè)定污染物濃度，水樣分析方法見(jiàn)表2[16]。在試驗(yàn)中，合成廢水不含有機(jī)氮，因而總氮（TN）表示為氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮之和。

在反應(yīng)器運(yùn)行至穩(wěn)定期時(shí)，分別從沸石填料和HDPE填料表面采集生物膜，離心脫水后的生物膜樣品送至南京集思慧遠(yuǎn)生物科技有限公司進(jìn)行16S rRNA基因測(cè)序，將得到的OUT聚類后與Silva數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，結(jié)合分類學(xué)方法進(jìn)行物種注釋。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 混合填料反應(yīng)器啟動(dòng)

在進(jìn)水（6 h）-排水（6 h）條件下，單級(jí)混合填料反應(yīng)器對(duì)COD去除效果如圖2所示。COD平均去除率由46.3%逐步提高到89.2%，出水COD平均濃度約為54.5 mg/L。厭氧段COD去除率不斷提升主要可能是由于GAOs豐度的提升。Bengtsson[17]研究發(fā)現(xiàn)，以厭氧/好氧（A/O）模式運(yùn)行可以有效富集GAOs。如圖3所示，胞內(nèi)PHAs和糖原在厭氧-好氧階段的變化情況表現(xiàn)出GAOs代謝特征。系統(tǒng)未出現(xiàn)明顯的厭氧釋磷現(xiàn)象，表明PHAs合成過(guò)程所需能量來(lái)源于糖原酵解而不是胞內(nèi)Poly-P（聚磷）水解[18]。因此，本研究污水處理系統(tǒng)中COD的去除主要是通過(guò)GAOs將污水中的有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)聚羥基烷酸（PHAs）的路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。初期（第1周）HCB反應(yīng)器對(duì)氨氮的平均去除率為43.8%，穩(wěn)定運(yùn)行后達(dá)57.5%，出水氨氮平均濃度約為16.8 mg/L（圖4）。在后期的穩(wěn)定運(yùn)行階段，出水中沒(méi)有檢出NO2-和NO3-，說(shuō)明反硝化完全，因此氨氮和總氮去除率相同。

由圖2可知，單級(jí)混合填料反應(yīng)器運(yùn)行的啟動(dòng)時(shí)間約為4周，與Hossain等[10]研究的塑料填料滴濾反應(yīng)器相比，啟動(dòng)時(shí)間縮短了約2周。主要原因可能是，相比于惰性塑料填料表面較光滑的微觀結(jié)構(gòu)，沸石顆粒粗糙的活性表面更有利于微生物在其表面依附并生長(zhǎng)繁殖，因此生物膜的形成時(shí)間較短。

2.2 HCB運(yùn)行不同階段COD去除效率

混合填料反應(yīng)器對(duì)COD的去除主要依靠聚糖菌（GAOs）在厭氧條件下以溶液中可溶性有機(jī)碳作為碳源合成胞內(nèi)聚羥基烷酸（PHAs）。通過(guò)監(jiān)測(cè)不同運(yùn)行階段典型周期內(nèi)HCB厭氧段COD的濃度變化可以發(fā)現(xiàn)，隨著運(yùn)行天數(shù)的增加，COD去除效率和速率均有顯著提高。由圖5（a）可見(jiàn)，在反應(yīng)器運(yùn)行的第8天（D8）、第22天（D22）和第60天（D60），厭氧階段COD濃度分別降低了284.5、344.2、462.4 mg/L，去除率分別為58.0%、72.3%、93.1%。

同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器運(yùn)行約22 d后，COD濃度在厭氧階段開(kāi)始2 h后趨于平穩(wěn)，表明GAOs對(duì)污水中可溶性有機(jī)碳的合成轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在厭氧階段的前2 h。由圖5（a）中數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步計(jì)算得出，厭氧階段前2 h的COD去除速率由第8天的52.8 mg/（L·h）增大到第60天的226.1 mg/（L·h），反應(yīng)速率提升了約4倍，這主要是由于隨著反應(yīng)器的運(yùn)行，系統(tǒng)內(nèi)生物量及聚糖菌豐度顯著增長(zhǎng)[4]。圖5（b）顯示了穩(wěn)定運(yùn)行條件下（第60天）HCB和沸石填料反應(yīng)器典型周期厭氧段COD的濃度變化，由圖5（b）可知，盡管使用的生物填料，不同但在相同運(yùn)行條件下，二者的COD去除效率和速率無(wú)明顯差異。

2.3 混合反應(yīng)器氮的去除

圖6是不同運(yùn)行周期下厭氧段NH4+-N、NO2--N和NO3--N的濃度變化。由圖6（a）可知，HCB對(duì)氮的去除隨運(yùn)行過(guò)程變化不大，在反應(yīng)器運(yùn)行的第8天（D8）、第22天（D22）和第60天（D60），厭氧階段氨氮濃度分別降低了19.51、23.61、23.97 mg/L，去除率分別為48.6%、59.4%、60.2%。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，沸石顆粒對(duì)氨氮的吸附在厭氧階段開(kāi)始1 h后基本達(dá)到平衡，其氨氮去除速率穩(wěn)定在16～20 mg/（L·h）。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，厭氧階段硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的濃度幾乎為0，說(shuō)明前一周期好氧階段生物膜內(nèi)反硝化比較完全，生物膜內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)硝態(tài)氮的積累。圖6（b）顯示，連續(xù)污水處理周期中厭氧段氨氮具有穩(wěn)定的去除率，進(jìn)一步證明整個(gè)工藝過(guò)程中混合填料內(nèi)沸石吸附氨氮能力的持續(xù)性和可再生性。Cheng等[9]和Hossain等[10]的研究表明，在好氧階段，沸石顆粒所吸附的氨氮能夠被好氧硝化，同時(shí)，反硝化聚糖菌利用胞內(nèi)PHAs在生物膜內(nèi)的厭氧區(qū)進(jìn)行反硝化，從而達(dá)到脫氮和沸石顆粒再生的目的（圖6（c））。

圖7為穩(wěn)定運(yùn)行條件下（第60天）典型污水處理周期HCB和沸石填料反應(yīng)器在厭氧階段的氨氮去除率。結(jié)果表明，HCB填料反應(yīng)器氨氮的去除率為60.2%，低于沸石填料反應(yīng)器（81.7%）。這主要是由于相對(duì)混合填料反應(yīng)器（沸石顆粒占比50%，有效污水處理體積370 mL），沸石填料反應(yīng)器具有較高的沸石顆粒占比（100%）以及較低的有效污水處理體積（150 mL）。

2.4 生物群落的演變

為了研究混合填料反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中生物膜群落結(jié)構(gòu)的變化，在反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行第65天，分別從沸石和HDPE填料表面采集生物膜進(jìn)行16S rRNA基因測(cè)序分析，其中屬水平結(jié)果如圖8所示。與初始活性污泥（AS）相比，混合填料反應(yīng)器生物膜中GAOs菌屬的相對(duì)豐度顯著提升：在沸石表面生物膜中提升約14.35倍（0.46%→6.60%），在HDPE填料表面生物膜中提升約30.43倍（0.46%→14.00%），說(shuō)明與沸石填料相比，HDPE填料更加有利于聚糖菌（GAOs）的富集。生物膜中的GAOs菌屬包含Candidatus Competibacter和Defluviicoccus，其中Candidatus Competibacter為主要的GAOs菌屬，占比達(dá)93%。有研究表明，Candidatus Competibacter和Defluviicoccus的某些分支具有反硝化功能（DGAOs）[12， 19]。生物膜中的反硝化菌（DNB）包含Thauera、Comamonas和Rhodobacter[20]，這類細(xì)菌的相對(duì)豐度在不同填料表面的生物膜中差異較小。在生物膜中還檢測(cè)到Pseudomonas相對(duì)豐度提升，據(jù)研究報(bào)道，這一菌屬為好氧反硝化菌（ADB）[21]，在好氧條件下能夠進(jìn)行反硝化。填料表面的生物膜組成同填料表面的物理化學(xué)特性有著密切關(guān)系[22]。

2.5 不同填料反應(yīng)器長(zhǎng)期污水處理負(fù)荷

圖9為沸石顆粒填料和混合填料反應(yīng)器長(zhǎng)期污水處理負(fù)荷。結(jié)果顯示，單級(jí)混合填料反應(yīng)器COD處理負(fù)荷為0.38 kg/（m3·d），是沸石顆粒填料反應(yīng)器的2.5倍。主要原因?yàn)?，相比于沸石顆粒填料反應(yīng)器的低孔隙率（約為25%），由于加入了50%體積的多孔塑料填料，使得混合填料反應(yīng)器孔隙率增加了一倍，約52%。在COD去除率相近的條件下，高孔隙率有助于提高反應(yīng)器單次處理負(fù)荷。隨著反應(yīng)器的運(yùn)行，由于生物膜的生長(zhǎng)，沸石顆粒反應(yīng)器單次污水處理體積降低約35%，從而導(dǎo)致COD處理負(fù)荷相應(yīng)降低。同樣地，沸石顆粒反應(yīng)器總氮去除負(fù)荷由0.014 kg/（m3·d）降低到0.012 kg/（m3·d），降低約14%。然而，單級(jí)混合填料反應(yīng)器COD和總氮去除負(fù)荷只分別降低了約6%和3%。這主要是由于塑料填料的大孔隙有助于緩解生物膜生長(zhǎng)所導(dǎo)致的孔隙堵塞問(wèn)題。

2.6 雙級(jí)反應(yīng)器強(qiáng)化污水處理效能

為了進(jìn)一步提升出水水質(zhì)，在單級(jí)混合填料反應(yīng)器的基礎(chǔ)上增加一級(jí)反應(yīng)器，構(gòu)成雙級(jí)反應(yīng)器。在第1級(jí)反應(yīng)器（R1）的厭氧階段結(jié)束后，污水進(jìn)入第2級(jí)反應(yīng)器（R2）進(jìn)行缺氧處理。圖10（a）為不同HRT條件下雙級(jí)反應(yīng)器系統(tǒng)（階段Ⅰ為12 h，階段Ⅱ?yàn)? h）COD的去除效率。數(shù)據(jù)顯示，階段Ⅰ和階段ⅡCOD平均去除率分別為93.1%和91.9%，平均出水濃度分別為34.7、42.0 mg/L，降低HRT并未影響系統(tǒng)COD的去除率。當(dāng)HRT=12 h時(shí)，反應(yīng)器R1的COD去除率為83%，出水COD濃度約為80 mg/L。隨著HRT的降低，反應(yīng)器R1的COD去除率降低到61%，出水COD濃度增大到約200 mg/L。說(shuō)明降低HRT使得更多的COD進(jìn)入第2級(jí)反應(yīng)器（R2）中，有助于提升反應(yīng)器R2進(jìn)水的碳氮比，從而在理論上可以提升反應(yīng)器R2的反硝化和總氮去除能力。

圖10（b）為不同HRT條件下雙級(jí)反應(yīng)器系統(tǒng)對(duì)總氮的去除效率。結(jié)果顯示，隨著HRT的降低，總氮的平均去除率分別由70.8%增加到81.7%，出水總氮平均濃度由11.9 mg/L降低至7.1 mg/L。其中，出水氨氮平均濃度分別為6.2、6.0 mg/L（圖11）。相比于單級(jí)混合填料反應(yīng)器，在相同HRT（6 h）運(yùn)行條件下，雙級(jí)反應(yīng)器總氮去除率提升了約13.2%。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器R1出水水質(zhì)無(wú)明顯變化，反應(yīng)器R2的出水硝酸根濃度由原來(lái)的平均5 mg/L降低到1 mg/L以下（圖11（b））。這主要是由于降低HRT導(dǎo)致R2進(jìn)水COD增多，有更多的碳源用于R2的反硝化反應(yīng)。

3 結(jié)論

1）以周期性厭氧-好氧模式運(yùn)行的單級(jí)混合填料反應(yīng)器，其COD、氨氮和總氮去除率分別為89.2%、57.5%、57.5%，出水COD、氨氮和總氮平均濃度分別為54.5、16.8、16.8 mg/L。單級(jí)混合填料反應(yīng)器反硝化完全，出水未檢出硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮。

2）雙混合填料反應(yīng)器對(duì)COD、氨氮、總氮的去除率分別為93.1%、84.9%、70.8%，出水COD、氨氮、總氮濃度分別為34.7、6.2、11.9 mg/L。降低水力停留時(shí)間（12 h→6 h）對(duì)雙反應(yīng)器系統(tǒng)的COD和氨氮去除率影響不大，而對(duì)總氮的去除率提升了10.9%，更有利于反應(yīng)器對(duì)總氮的去除。

3）長(zhǎng)期運(yùn)行條件下，混合填料反應(yīng)器處理水量降低幅度（9.8%）為沸石填料反應(yīng)器的40%，并且混合填料反應(yīng)器的COD和總氮去除負(fù)荷分別是沸石填料反應(yīng)器的2.5、2倍。同時(shí)，在混合填料反應(yīng)器的不同填料表面GAOs都得到高豐度積累，并且在HDPE填料表面生物膜中的相對(duì)豐度更高，達(dá)到14.0%。

參考文獻(xiàn)

[1]? BONASSA G， BOLSAN A C， HOLLAS C E， et al. Organic carbon bioavailability： Is it a good driver to choose the best biological nitrogen removal process？ [J]. Science of the Total Environment， 2021， 786： 147390.

[2]? BOYLE W C， HELLSTROM B G， EWING L. Oxygen transfer efficiency measurements using off-gas techniques [M]//Water Pollution Research and Control Brighton. Amsterdam： Elsevier， 1988： 1295-1300.

[3]? CAPODICI M， CORSINO S F， DI TRAPANI D， et al. Effect of biomass features on oxygen transfer in conventional activated sludge and membrane bioreactor systems [J]. Journal of Cleaner Production， 2019， 240： 118071.

[4]? FLAVIGNY R M G， CORD-RUWISCH R. Organic carbon removal from wastewater by a PHA storing biofilm using direct atmospheric air contact as oxygen supply [J]. Bioresource Technology， 2015， 187： 182-188.

[5]? GU Y F， LI Y， LI X Y， et al. The feasibility and challenges of energy self-sufficient wastewater treatment plants [J]. Applied Energy， 2017， 204： 1463-1475.

[6]? DREWNOWSKI J， REMISZEWSKA-SKWAREK A， DUDA S， et al. Aeration process in bioreactors as the main energy consumer in a wastewater treatment plant. review of solutions and methods of process optimization [J]. Processes， 2019， 7（5）： 311.

[7]? GROVES K P， DAIGGER G T， SIMPKIN T J， et al. Evaluation of oxygen transfer efficiency and alpha-factor on a variety of diffused aeration systems [J]. Water Environment Research， 1992， 64（5）： 691-698.

[8]? FOLEY J， DE HAAS D， HARTLEY K， et al. Comprehensive life cycle inventories of alternative wastewater treatment systems [J]. Water Research， 2010， 44（5）： 1654-1666.

[9]? CHENG L， FLAVIGNY R M G， HOSSAIN M I， et al. Proof of concept of wastewater treatment via passive aeration SND using a novel zeolite amended biofilm reactor [J]. Water Science and Technology， 2018， 78（10）： 2204-2213.

[10]? HOSSAIN M I， PAPARINI A， CORD-RUWISCH R. Rapid adaptation of activated sludge bacteria into a glycogen accumulating biofilm enabling anaerobic BOD uptake [J]. Bioresource Technology， 2017， 228： 1-8.

[11]? 郭其藝， 成亮， 黎啟明， 等.沸石顆粒填料固定床生物膜免曝氣污水處理工藝[J]. 土木與環(huán)境工程學(xué)報(bào)（中英文）， 2023， 45（4）： 192-200.

GUO Q Y， CHENG L， LI Q M， et al. Non-aeration wastewater treatment using zeolite particle based fixed-bed biofilm bioreactor [J]. Journal of Civil and Environmental Engineering， 2023， 45（4）： 192-200. （in Chinese）

[12]? LI Q， SUN S F， GUO T F， et al. Short-cut nitrification in biological aerated filters with modified zeolite and nitrifying sludge [J]. Bioresource Technology， 2013， 136： 148-154.

[13]? YANG Y Y， CHEN Z G， WANG X J， et al. Partial nitrification performance and mechanism of zeolite biological aerated filter for ammonium wastewater treatment [J]. Bioresource Technology， 2017， 241： 473-481.

[14]? 郭其藝. 基于沸石顆粒載體的低能耗固定床生物膜污水處理工藝研究[D]. 江蘇 鎮(zhèn)江： 江蘇大學(xué)， 2021.

GUO Q Y. Low energy consumption fixed-bed bioreactor based on zeolite particle carrier [D]. Zhenjiang， Jiangsu： Jiangsu University， 2021. （in Chinese）

[15]? 藍(lán)國(guó)劍. 探討環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)中的污水采集采樣及保存措施[J]. 節(jié)能與環(huán)保， 2020（Sup1）： 58-59.

LAN G J. Discussion on collection， sampling and preservation of sewage in environmental emergency monitring [J]. Energy Conservation & Environmental Protection， 2020（Sup1）： 58-59. （in Chinese）

[16]? American Public Health Association， American Water Works Association， Water Pollution Control Federation. Standard methods for the examination of water and wastewater [M]. American Public Health Association， 1912.

[17]? BENGTSSON S. The utilization of glycogen accumulating organisms for mixed culture production of polyhydroxyalkanoates [J]. Biotechnology and Bioengineering， 2009， 104（4）： 698-708.

[18]? OSHIKI M， SATOH H， MINO T. Rapid quantification of polyhydroxyalkanoates （PHA） concentration in activated sludge with the fluorescent dye Nile blue A [J]. Water Science and Technology， 2011， 64（3）： 747-753.

[19]? WANG X X， ZHAO J， YU D S， et al. Stable nitrite accumulation and phosphorous removal from nitrate and municipal wastewaters in a combined process of endogenous partial denitrification and denitrifying phosphorus removal （EPDPR） [J]. Chemical Engineering Journal， 2019， 355： 560-571.

[20]? 鞠峰， 張彤. 活性污泥微生物群落宏組學(xué)研究進(jìn)展[J]. 微生物學(xué)通報(bào)， 2019， 46（8）： 2038-2052.

JU F， ZHANG T. Advances in meta-omics research on activated sludge microbial community [J]. Microbiology China， 2019， 46（8）： 2038-2052. （in Chinese）

[21]? LU J， ZHANG Y X， WU J， et al. Nitrogen removal in recirculating aquaculture water with high dissolved oxygen conditions using the simultaneous partial nitrification， anammox and denitrification system [J]. Bioresource Technology， 2020， 305： 123037.

[22]? MAZIOTI A A， KOUTSOKERAS L E， CONSTANTINIDES G， et al. Untapped potential of moving bed biofilm reactors with different biocarrier types for bilge water treatment： A laboratory-scale study [J]. Water， 2021， 13（13）： 1810.