【導(dǎo)讀】生全流程”工藝。本試驗(yàn)針對(duì)“污水再生全流程”中的首端處理單元——A/O除磷工藝進(jìn)行了研究。以及群落結(jié)構(gòu)分析幾個(gè)方面進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，確立了系統(tǒng)的。流程中后續(xù)的脫氮單元提供了適宜的進(jìn)水。DGGE分析，探索了反應(yīng)器宏觀(guān)變化的同時(shí)，研究了微觀(guān)微生物種群的變化規(guī)律。

　　

【正文】 （ ） 總反應(yīng)式為： （ ） 因此，試驗(yàn)過(guò)程中必須盡量抑制硝化菌和反硝化菌的增殖，避免亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮對(duì) PAOs 釋、吸磷過(guò)程 產(chǎn)生 的不利影響，同時(shí)也可以減少 A/O 出水中氨氮和總氮的損失。此外，氮和磷都是微生物維持其自身細(xì)胞正常生理功能所必需的元素，在整個(gè)處理過(guò)程中 還會(huì)有部分氮素 作為增殖細(xì)菌的細(xì)胞合成物質(zhì) 而損失 。 19 A/O 系統(tǒng)低 氮素 轉(zhuǎn)化研究 進(jìn)出水氮素變化 試驗(yàn)期間，對(duì)反應(yīng)器進(jìn)出水氮素（氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮）變化情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 所示。 圖 A/O 除磷系統(tǒng)進(jìn)出水氮素 變化 由圖 可以看出， 反應(yīng)器 進(jìn)水氨氮 穩(wěn)定，進(jìn)出水氨氮間穩(wěn)定存在 10mg/L 左右的損失， 出水氨 氧 化率均值為 %，氨氮損失較小 ；進(jìn) 出水亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮變化微小， 出水亞硝酸鹽氮均值 為 ， 硝酸鹽氮均值 為 ，均接近于零。A/O 工藝出水 完全能滿(mǎn)足全流程后續(xù)自養(yǎng)脫氮工藝對(duì)“三氮”濃度的要求，并且進(jìn)出水氮素基本以氨氮形式存在。 影響氨氮轉(zhuǎn)化的因素 研究 系統(tǒng)主要通過(guò)調(diào)控好氧段 DO、進(jìn)水 NSCOD 和 監(jiān)測(cè) pH 來(lái)保證出水 TP、 COD 的去除效果，而這幾個(gè)參數(shù)同時(shí)也很可能是決定氨氮轉(zhuǎn)化的影響因素。 好氧段 DO 對(duì)于氨氮變化的影響 O2 作為硝化過(guò)程中的電子受體，其濃度的變化對(duì)系統(tǒng)中硝化反應(yīng)的進(jìn)程有重大影響，同時(shí) DO 濃度的高低還直接影響硝化細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)酶的活性。因而，理論上在以通過(guò)控制系統(tǒng)中 DO 濃度的高低來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于硝化作用的抑制，進(jìn)而減少由于硝化和反硝化反應(yīng)所造成的氨態(tài)氮與總氮的損失。 試驗(yàn)在調(diào)控 O 段 DO 的同時(shí)監(jiān)測(cè)了進(jìn)出水氨氮變化，出水氨氮、氨氧化率隨 DO 的變化如圖 。 20 圖 出水氨氮、氨氧化率隨 DO 的變化 由圖 可知，隨著 DO 控制在 ~， ~~水平時(shí)，出水氨氮與氨氧化率沒(méi)有明顯變化規(guī)律， DO 的 變化與 氨氮去除效果 之間的關(guān)系不明顯 ， DO 不是決定氮素轉(zhuǎn)化的影響因素。 NSCO D對(duì)于氨氮變化的影響 NSCOD 作為反應(yīng)器的主要調(diào)控參數(shù)之一，是影響有機(jī)物降解和活性污泥增長(zhǎng)的重要因素，采用較高的 NSCOD，將加快有機(jī)物降解和活性污泥增長(zhǎng)。 試驗(yàn)在調(diào)控進(jìn)水 NSCOD 同時(shí)監(jiān)測(cè)了進(jìn)出水氨氮變化，出水氨氮、氨氧化率隨 NSCOD的變化如圖 。 由圖 可知，隨著 NSCOD 控制在 、 、 kgCOD（ kgMLSSd） 1 三個(gè)水平時(shí)，出水氨氮與氨氧化率沒(méi)有明顯變化規(guī)律， NSCOD 的變化與氨氮去除效果之間的關(guān)系不明顯， NSCOD 不是決定氮素轉(zhuǎn)化的影響因素。 21 圖 出水氨氮、氨氧化率隨 NSCOD的變化 好氧 段 pH 對(duì)于氨氮變化的影響 硝化反應(yīng)要消耗堿度，因此如果污水中沒(méi)有足夠的堿度，隨著硝化的進(jìn)行， pH 會(huì)急劇下降，而硝化細(xì)菌對(duì) pH非常敏感，亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌分別在 ~ 和 ~ 時(shí)活性最強(qiáng)， pH 超出這個(gè)范圍，其活性就會(huì)急劇下降。 試驗(yàn)在監(jiān)測(cè) O 段 pH 的同時(shí)，監(jiān)測(cè)了進(jìn)出水氨氮變化，出水氨氮、氨氧化率隨 O 段pH 的變化如圖 。 圖 出水氨氮、氨氧化率與 O 段 pH 的變化 22 由圖 可知， O 段 pH 變化較為穩(wěn)定，而出水氨氮與氨氧化率存在不規(guī)則波動(dòng)， O段 pH 的 變化與 氨氮轉(zhuǎn)化 之間的關(guān)系不明顯 ， O 段 pH 不是決定氨氮去除效果的因素。 綜合上述試驗(yàn)，好氧段 DO、 NSCOD 與 好氧段 pH 與氨氮去除效果之間均不存在明顯相關(guān)性，而進(jìn)出水氮素基本以氨氮形式存在，說(shuō)明這幾個(gè)參數(shù)均不是決定全流程 A/O 除磷系統(tǒng)中氮素轉(zhuǎn)化的影響因素。 A/O 系統(tǒng)中氮素?fù)p失析因 為進(jìn)一步探求決定全流程 A/O 除磷系統(tǒng)中氮素轉(zhuǎn)化的因素，試驗(yàn)期間分析測(cè)定了反應(yīng)器沿程 氮素 的變化趨勢(shì)。為排除好氧池上層紊流的影響，試驗(yàn)中采取虹吸方式從反應(yīng)器中部取樣，取 10 天數(shù)據(jù)的均值后作圖如圖 所示。 圖 A/O 除磷系統(tǒng)沿程 氮素 變化 從圖 中可看出，整個(gè)沿程中亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的含量一直很低，穩(wěn)定接近于零，說(shuō)明 A/O 除磷系統(tǒng)中幾乎不發(fā)生硝化反應(yīng)，氨氧化細(xì)菌（ AOB）與亞硝化細(xì)菌（ NOB）在系統(tǒng)中得到了很好的抑制。氨氮與總氮沿程呈現(xiàn)先變小后變大的趨勢(shì)，推測(cè)原因氮素?fù)p失是由于微生物自身同化作用，而氮素增長(zhǎng)是由于微生物的異化作用及細(xì)胞水解釋放氮素。具體原因有待后續(xù)實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定污泥含氮率來(lái)計(jì)算系統(tǒng)中活性污泥同化、異化氮素量，從而與水中氮素?fù)p失比對(duì)，若兩者基本相同則可確定 A/O 系統(tǒng)中氮素變化來(lái)源于微生物的自身作用。 氨氧化細(xì)菌 、 亞硝化細(xì)菌 淘汰機(jī)制研究 污泥齡是指微生物在活性污泥系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間 ， 控制污泥齡是選擇活性污泥系統(tǒng)中微生物種類(lèi)的一種方法。如果某種微生物的世代期比活性污泥系統(tǒng)長(zhǎng)，則該類(lèi)微生物 23 在繁殖出下一代微生物之前，就被以剩余活性污泥的方式排走，該類(lèi)微生物就永遠(yuǎn)不會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)繁殖起來(lái)。 聚磷菌多為短泥齡異養(yǎng)微生物，其繁殖速度快，世代周期相對(duì)較短，由于生物除磷的唯一途徑是經(jīng)過(guò)排除富含磷的剩余污泥實(shí)現(xiàn)除磷的目的。為了保證系統(tǒng)的除磷效果就得 維持較高的剩余污泥排放量，由此導(dǎo)致系統(tǒng)處于較短的泥齡控制狀態(tài)。 而 硝化菌通常都屬于自養(yǎng)型專(zhuān)性好氧菌，其繁殖速度慢，世代時(shí)間較長(zhǎng)，增殖培養(yǎng)需要較長(zhǎng)的污泥齡。 全流程中 A/O 除磷系統(tǒng) 泥齡較短（只有 7 天左右），而 《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GB5001420xx） 推薦的 A/O 脫氮工藝 污泥齡 為 11 ~ 23 天，所以反應(yīng)器不利于硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖， 且反應(yīng)器運(yùn)行期間溫度較低，硝化細(xì)菌繁殖速率較低，使得 系統(tǒng)內(nèi) 氨氧化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌被逐漸淘汰。 本章小結(jié) 1) 全流程中 A/O 系統(tǒng)進(jìn)出水氨氮間僅存在 10mg/L 左右的損失，并且進(jìn)出水 亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮 穩(wěn)定接近于零， 系統(tǒng)出水 完全能滿(mǎn)足全流程后續(xù)自養(yǎng)脫氮工藝對(duì)“三氮”濃度的要求，并且進(jìn)出水氮素基本以氨氮形式存在。 2) DO、 NSCOD 和好氧段 pH 與氨氮轉(zhuǎn)化之間均不存在明顯相關(guān)性，它們均不是決定全流程 A/O 除磷系統(tǒng)中氮素轉(zhuǎn)化的影響因素。 3) A/O 系統(tǒng)沿程亞 硝酸和鹽氮硝酸鹽氮的含量一直穩(wěn)定接近于零，系統(tǒng)中幾乎不發(fā)生硝化反應(yīng)，氨氧化細(xì)菌（ AOB）與亞硝化細(xì)菌（ NOB）在系統(tǒng)中得到了很好的抑制。推測(cè)系統(tǒng)沿程氮素?fù)p失是由于微生物自身同化作用，而氮素增長(zhǎng)是由于微生物的異化作用及細(xì)胞水解釋放氮素，具體原因有待后續(xù)實(shí)驗(yàn)確定。 4) A/O 系統(tǒng)通過(guò)控制較短 泥齡 （只有 7 天左右） 實(shí)現(xiàn)了 AOB、 NOB的淘汰。 24 5. A/O 除磷 系統(tǒng) 中 COD 的同時(shí)去除 本試驗(yàn)所用原水為生活污水，其中所含主要污染物為有機(jī)物，在微生物的作用下降解和轉(zhuǎn)化。全流程對(duì)于 COD 的去除主要依靠首端 A/O 單元，通過(guò)觀(guān)察深度除磷和氨氮保留過(guò)程中 COD 濃度的變化，確定合理參數(shù)范圍，保證試驗(yàn)過(guò)程中有機(jī)物的同時(shí)深度去除。 出水 水質(zhì) 要求 由于全流程中的后續(xù)自養(yǎng)脫氮單元對(duì)于 COD 的去除無(wú)明顯作用，所以原污水中的COD 絕大部分在首端的 A/O 生物除磷單元被去除 ，要求 出水中 COD 濃度小于等于50mg/L，應(yīng)達(dá)到 GB18918—20xx 城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物一級(jí) A 排放標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。 除磷對(duì) COD 去除的影響 厭氧條件下， PAOs 將細(xì)胞內(nèi)的多聚磷酸鹽釋放出來(lái)合成 ATP 之后攝取進(jìn)水或發(fā)酵產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸，在細(xì)胞內(nèi)以 PHB 形式貯存起來(lái)，同時(shí)為后續(xù)好氧段的過(guò)量攝磷提供足夠的能量?jī)?chǔ)備，這一階段表現(xiàn)為 PAOs 對(duì)磷的釋放，即磷酸鹽由微生物體內(nèi)向廢水轉(zhuǎn)移。因此， PAOs 在厭氧段釋磷過(guò)程中需要攝入大量低分子有機(jī)物。此外， PAOs 的細(xì)胞增殖與新陳代謝過(guò)程也需要足夠的碳源。由此可見(jiàn)，系統(tǒng)在深度除磷的過(guò)程中可以有效地促進(jìn)原污水中的有機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化與去除。與此同時(shí)，當(dāng)進(jìn)水 COD 濃度較低時(shí)，在厭氧段有機(jī)物完全被 PAOs 吸收并用來(lái)合成 PHB及糖原等碳源存貯物，但由于有機(jī)物濃度較低，可吸收的有機(jī)物總量十分有限，這限制了 PAOs 分解聚磷酸鹽合成 PHB的 數(shù)量，但由于 PAOs 在好氧條件下需要利用 PHB氧化分解所釋放的能量來(lái)攝取混合液中的磷，所以使得其在好氧條件下沒(méi)有足夠的 PHB 用作磷的吸收，去除率較低。另一方面，由于有機(jī)物濃度較低，微生物只能滿(mǎn)足自身的代謝平衡，使得 PAOs 無(wú)法實(shí)現(xiàn)增殖，活性污泥的更新速率減緩，吸收的磷無(wú)法及時(shí)通過(guò)剩余污泥的排放得到去除，最終使除磷率下降 [40]。 本試驗(yàn)過(guò)程中， A/O 系統(tǒng) 在深度除磷的同時(shí)也伴隨著 COD 的 降解與去除。對(duì)出水COD 與 TP 的監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖 所示。 25 圖 出水 TP 與 COD 的變化 由圖 可看出，隨著出水 TP 濃度的逐漸降低，出水 COD 也呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，這與理論分析相符。試驗(yàn)前期出水 COD 濃度未能達(dá)到 污水處理廠(chǎng)污染物一級(jí) A 排放標(biāo)準(zhǔn) （低于 50mg/L），但超出標(biāo)準(zhǔn)范圍較小，均維持在 80mg/L 以下。到試驗(yàn)中后期，通過(guò)調(diào)整 COD 污泥負(fù)荷及好氧段溶解氧，在出水 TP 濃度達(dá)到一級(jí) A 排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，出水 COD 也能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。 試驗(yàn)期間 還 分析測(cè)定了反應(yīng)器沿程 TP、 COD 的變化趨勢(shì) 。取 15 天數(shù)據(jù)均值作圖，如圖 所示。 圖 A/O 除磷系統(tǒng)沿程 TP 及 COD 變化 26 由圖 可知，反應(yīng)器厭氧段大量釋磷的同時(shí)消耗大部分 COD，好氧段前段即完成過(guò)量吸磷及消耗部分 COD，其中 %的 COD 在厭氧段被去除。由此可見(jiàn)： 厭氧段的充分釋磷可以有效促進(jìn)原污水中 COD 的降解與去除， 與理論分析相符合。 氮素轉(zhuǎn)化對(duì) COD 去除的影響 原污水中的含氮化合物首先通過(guò)氨化與硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，在此過(guò)程中，氨化菌及硝化菌會(huì)消耗部分總氮用于增殖細(xì)胞的機(jī)體構(gòu)成；其次，硝態(tài)氮在反硝化菌的作用下一部分形成有機(jī)氮化合物，成為菌體的組成部分（同化反硝化），其余部分被還原為氮?dú)猓ó惢聪趸?。由于反硝化菌為異養(yǎng)型兼性厭氧菌，反硝化過(guò)程中需要以混合液中的有機(jī)物作為電子供體，所以混合液中的 COD 濃度會(huì)直接影響反硝化的反應(yīng)速率。 本試驗(yàn)過(guò)程中， 低氨氮損失的同時(shí) 伴隨著 COD 的 降解與去除。對(duì)出水氨氮與 TP的監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖 所示。 圖 出水氨氮與 COD 的變化 由圖 可知，出水氨氮濃度較為穩(wěn)定，在 80mg/L左右，未隨反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)的變化而發(fā)生明顯變化，而出水 COD 濃度隨著反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)，出水氨氮濃度與 COD 濃度不存在明顯相關(guān)性，氮素轉(zhuǎn)化對(duì) COD 的去除無(wú)影響。分析可知：系統(tǒng)內(nèi)硝化菌被抑制，氨氮幾乎未被氧化，系統(tǒng)內(nèi)亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮幾乎不存在，從而抑制了反硝化反應(yīng)消耗碳源的可能性， 本章小結(jié) 1) A/O 系統(tǒng)在深度除磷的同時(shí) 伴隨著 COD 的 降解與去除，且去除效果成正相關(guān)性。厭氧段的充分釋磷可以有效促進(jìn)原污水中 COD 的降解與去除 。 27 2) 通過(guò)調(diào)整 COD 污泥負(fù)荷及好氧段溶解氧，在出水 TP 濃度達(dá)到一級(jí) A 排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，出水 COD 也能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。 3) A/O 系統(tǒng)內(nèi)氮素轉(zhuǎn)化對(duì) COD 的去除無(wú)明顯影響。 28 6. A/O 除磷 系統(tǒng)中群落結(jié)構(gòu)分析 DGGE 技術(shù)簡(jiǎn)介 現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)在生態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用大大推動(dòng)了微生物生態(tài)學(xué)的發(fā)展，導(dǎo)致了微生物分子生態(tài)學(xué)的產(chǎn)生。微生物分子生態(tài)學(xué)方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的微生物生態(tài)學(xué)方法的不足，使人們可以避開(kāi)傳統(tǒng)的分離培養(yǎng)過(guò)程而直接探討自然界中微生物的種群結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境的關(guān)系。所采用的分子生物學(xué)方法主要有變性梯度凝膠電泳（ DGGE），熒光原位雜交 （ FISH），單鏈構(gòu)象多態(tài)性標(biāo)記（ SSCP），末端限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（ TRFLP）以及它們的聯(lián)用技術(shù)。在這些方法中，變形梯度凝膠電泳以其操作較為簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點(diǎn)得到了非常廣泛的應(yīng)用 [41]。 DGGE(denaturing gradient gel electrophoresis)，即 變性梯度凝膠電泳 ，是根據(jù) DNA在不同 濃度 的變性劑中解鏈行為的不同而導(dǎo)致電泳遷移率發(fā)生變化，從而將片段大小相同而堿基組成不同的 DNA 片段分開(kāi)。 圖 DGGE 反應(yīng)原理 DGGE 技術(shù)主要原理 [42]如圖 所示，在堿基序列存在差異的 DNA 雙鏈解鏈時(shí)需要不同的變性劑濃度，他們一旦解鏈，在聚丙烯酰胺凝膠中的電泳行為將發(fā)生很大的變化。因此，將 PCR擴(kuò)增得到的等長(zhǎng) DNA 片段在含有變性劑梯度的凝膠中進(jìn)行電泳，序列不同的 DNA 片段就會(huì)在各自相應(yīng)的變性劑濃度下變性，發(fā)生空間構(gòu)型的變化，導(dǎo) 致電泳的速度急劇下降，以至停留在相應(yīng)變性劑梯度凝膠中，染色后在凝膠上呈現(xiàn)為分開(kāi)的條帶，每個(gè)條帶代表一個(gè)特定序列的 DNA 片段。條帶數(shù)量的多少能反應(yīng)樣品中微生 29 物組 成的差異，條帶的亮度能反應(yīng)樣品中微生物的多少。 在不同泳道中停留在相同位置的條帶 ， 一般可視為具有相同的 DNA 序