【正文】 A/O 出水中 TP 濃度小于等于 ，應(yīng)達(dá)到 GB1891820xx 城鎮(zhèn)污水處理廠污染物一級(jí) A 排放標(biāo)準(zhǔn)。其中 的 除磷過程主要利用生物過量聚磷原理 ，以 PAOs 為主體優(yōu)勢(shì)菌屬，通過其在厭氧 /好氧段的釋磷 /吸磷作用 ，將污水中的含磷污染物去除 并 最終以剩余污泥的形式排出。環(huán)境因子為不可控因子，在實(shí)際處理過程中主要是通過調(diào)控 相關(guān) 運(yùn)行參數(shù)來實(shí)現(xiàn)不同工況，進(jìn)而滿足相應(yīng)處理要求。 好氧段的 DO 對(duì)聚磷菌的磷攝取有很大的影響，為了獲得較好的磷釋放效果，應(yīng)保持溶解氧濃度在一定濃度以上，以滿足聚磷菌對(duì)其貯存的 PHB 進(jìn)行氧化，獲取能量，而大量攝取磷之用。厭氧條件下聚磷菌釋放磷時(shí)生成 H+， 消耗堿度。 SRT越短，污泥中的磷含量越高，加之產(chǎn)泥率和剩余污泥排放量的增加，除磷效果越好，但污泥齡太短又達(dá)不到 BOD 和 COD 去除的要求 [38]。 在一定范圍內(nèi)，厭氧段釋磷量隨著 NSCOD 的增加而升高并生成大量的 PHB，為后續(xù)好氧段過量攝磷積攢能量。 PAOs 為兼性 異養(yǎng) 菌，通過厭氧 /好氧的交替循環(huán)完成磷的釋放 /攝取，在此過程中，DO、 pH 通過 影響 PAOs 代謝過程，進(jìn)而影響原水中磷的去除。 pH 通過對(duì) PAOs 體內(nèi)酶的作用而影響其細(xì)胞 代謝過程，尤其在厭氧條件下PAOs 活性受 pH 影響很大 [37]。 HRT、 SRT受反應(yīng)器中的混合液流態(tài)及進(jìn)水流量的波動(dòng)等因素的影響，無法直觀 、 精準(zhǔn)的反映系統(tǒng)對(duì)于污染物的去除能力，而 NSCOD 則可以避免上述弊端。 13 DO 與 NSCOD的優(yōu)化 DO 與 NSCOD對(duì) A/O 除磷效果的調(diào)控 試驗(yàn) 分三個(gè)不同負(fù)荷階段 （ 、 、 kgCODd） 1） 進(jìn)行 ， 通過 調(diào)整 Q 進(jìn) 與回流污泥量， 保持 Q 進(jìn) 和 混合液懸浮固體濃度（ MLSS） 兩者相對(duì)穩(wěn)定并維持 每個(gè) 工況運(yùn)行 15 天以上（ ≥2SRT） ，同時(shí)在較低溶解氧范圍 (1~)內(nèi)調(diào)控好氧段 DO，使反應(yīng)器穩(wěn)定 運(yùn)行 了 50 天以上（ ≥8SRT） ， A/O 除磷系統(tǒng) TP、 COD 去除效果 隨 O 段 DO及 NSCOD 的變化 情況如圖 所示。（ kgMLSS（ kgMLSS（ kgMLSS（ kgMLSS 由上述運(yùn)行情況可知， 控制 COD 污泥負(fù)荷為 d） 1，好氧段DO 約為 ， 反應(yīng)器出水 TP 濃度即可達(dá)到國家一級(jí) A 排放標(biāo)準(zhǔn)；降低負(fù)荷至 14 d） 1 時(shí)，只需 維持好氧段 DO 在 1~，就能使出水 TP 濃度完全達(dá)到一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)。 而全流程中的 A/O 系統(tǒng)在保證一定負(fù)荷下較高 TP 去除率的同時(shí)，僅需控制 好氧段 DO 為 1~， 與傳統(tǒng)除磷工藝相比節(jié)約了50%以上 的曝氣量 ，實(shí)現(xiàn)了高效 低能耗運(yùn)行。 系統(tǒng)沿程 DO 的優(yōu)化 反應(yīng)器 好氧段為推流式， 利用微生物吸附降解規(guī)律 采用穿孔曝氣管分三階段遞減曝氣 。 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 15 天數(shù)據(jù)的均值后作圖 ，如圖 所示 。 經(jīng)分析認(rèn)為： 反應(yīng)器好氧段 長度僅 為 ，而寬、高達(dá)到了 、 ，加上曝氣的攪動(dòng)作用， 好氧段混合現(xiàn)象嚴(yán)重， 所以導(dǎo)致了好氧段推流式的作用不明顯。 15 針對(duì) 好氧段難以形成顯著的推流作用 ， 實(shí)驗(yàn)室 對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行了改造，用穿孔隔板將好氧段分成三部分，改用Φ 275 的鋼玉曝氣頭曝氣，使其形成嚴(yán)格的推流式三階段遞減曝氣，其最終結(jié)論有待后續(xù)研究。 圖 A/O 除磷系統(tǒng) TP 去除 效果隨 A 段 pH 的變化 情況 從圖 可以看出，第 0~17 天， A 段 pH維持在 ~， TP 去除效果不佳，出水 TP 均大于 ；第 18 天后，隨著負(fù)荷降低， A 段 pH 升高至 ~，而相應(yīng)的 TP 的去除率、出水 TP 效果也有明顯的提高，出水基本達(dá)到國家 城鎮(zhèn)污水處理廠污染物一級(jí) A 排放標(biāo)準(zhǔn) 中對(duì)于 TP 的要求。 分析原因：在厭氧條件下，聚磷菌對(duì)聚磷酸鹽的降解如下式： 2C2H4O2(有機(jī)物 )+ (HPO3)(PAO)+H2O→ (C2H4O2)2(儲(chǔ)存的有機(jī)物 )+PO43+3H+ （ ） 從上式可以看出 ， 厭氧條件下磷釋放過程中磷的積累 有 H+放出，從反應(yīng)來看 ， 在一定范圍內(nèi)，厭氧池中 pH 值上升對(duì)磷的釋放有利，而厭氧段釋磷量的增加將伴隨著 大量PHB 的生成 ，為后續(xù)好氧段過量攝磷積攢能量 ，從而增加好氧段 攝磷 量，進(jìn)而提高 TP的去除效果。傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝需要投加大量的堿度， 為研究堿度對(duì)全流程下 A/O 除磷系統(tǒng)處理效果的影響， 連續(xù)監(jiān)測(cè)了 10 天 進(jìn)出水的堿度（以 CaCO3 計(jì)），結(jié)果如圖 所示 。據(jù) 報(bào)道 ，VFA 的生成引起 pH 值的降低程度是由污水的堿度決定的，在生物除磷系統(tǒng)中， pH 值低于 7 時(shí)，聚糖菌會(huì)與聚磷菌發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)，影響聚磷菌利用 VFA 的 能力，從而影響生物除磷效果，聚磷菌的最佳生長 pH 值范圍為 ~ [39]。說明 生活污水中 堿度足以滿足以聚磷菌為主的微生物的代謝活動(dòng)要求，進(jìn)水堿度不是全流程中 A/O 生物除磷系統(tǒng)中的限制性因素，使得 pH 與文獻(xiàn)報(bào)道的最佳范圍 相符 ，并且還可以為后續(xù)自養(yǎng)脫氮 提供充足的 堿度。 本章小結(jié) 1) 好氧段 DO 與 NSCOD 可以有效調(diào)控 A/O 除磷系統(tǒng)對(duì)于 TP 與 COD 的去除效果。（ kgMLSS（ kgMLSS 2) TP 在厭氧段及好氧段前段就基本被 去除 ，而在好氧段后半部分變化不明顯，系統(tǒng)采用遞減曝氣合理，并且應(yīng) 進(jìn)一步適當(dāng)提高 好氧段 前段曝氣量 ， 降低中、后段曝氣量 ，進(jìn)而節(jié)省曝氣。厭氧段 pH 在 ~ 時(shí)，系統(tǒng)取得了較好的除磷效果。 18 4. A/O 除磷系統(tǒng)中氮素轉(zhuǎn)化研究 作為污水再生全流程的首端處理單元，試驗(yàn)在深度除磷的同時(shí) 還 關(guān)注 了 混合液中氮的轉(zhuǎn)化與去除，目的是為后續(xù)自養(yǎng)脫氮單元提供高氨氮的進(jìn)水，與此同時(shí)盡量降低出水中的亞硝酸鹽和硝酸鹽濃度。 A/O 深度除磷中氮的形態(tài)與轉(zhuǎn)化 本試驗(yàn)所用原水為居民小區(qū)生活污水，原污水中的含氮化合物主要分為有機(jī)氮（動(dòng)、植物蛋白）、氨態(tài)氮（ NH4+、 NH3）、亞硝酸鹽氮（ NO2）、硝酸鹽氮（ NO3）。 本試驗(yàn)為全流程首端處理單元，為滿足后續(xù)亞硝化工藝的進(jìn)水要求，要求將有機(jī)氮的分解與轉(zhuǎn)化盡量控制在氨化反應(yīng)階段，以保證后續(xù)自養(yǎng)脫氮單元進(jìn)水中的氨態(tài)氮濃度。首先，氨態(tài)氮在亞硝酸菌的作用下氧化為亞硝酸鹽氮，其反應(yīng)式為： （ ） 隨后，亞硝酸鹽氮在硝酸菌的作用下最終轉(zhuǎn)化為硝酸氮，其反應(yīng)式為： （ ） 總反應(yīng)式為： （ ） 因此，試驗(yàn)過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。 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。A/O 工藝出水 完全能滿足全流程后續(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。 好氧段 DO 對(duì)于氨氮變化的影響 O2 作為硝化過程中的電子受體，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。 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 。 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。 由圖 可知，隨著 NSCOD 控制在 、 、 kgCODd） 1 三個(gè)水平時(shí)，出水氨氮與氨氧化率沒有明顯變化規(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。 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 。 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。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。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，而氮素增長是由于微生物的異化作用及細(xì)胞水解釋放氮素。 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)中微生物種類的一種方法。 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)過排除富含磷的剩余污泥實(shí)現(xiàn)除磷的目的。 而 硝化菌通常都屬于自養(yǎng)型專性好氧菌，其繁殖速度慢，世代時(shí)間較長，增殖培養(yǎng)需要較長的污泥齡。 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。 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。 4) A/O 系統(tǒng)通過控制較短 泥齡 （只有 7 天左右） 實(shí)現(xiàn)了 AOB、 NOB的淘汰。全流程對(duì)于 COD 的去除主要依靠首端 A/O 單元，通過觀察深度除磷和氨氮保留過程中 COD 濃度的變化，確定合理參數(shù)范圍，保證試驗(yàn)過程中有機(jī)物的同時(shí)深度去除。 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，同時(shí)為后續(xù)好氧段的過量攝磷提供足夠的能量儲(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。此外， PAOs 的細(xì)胞增殖與新陳代謝過程也需要足夠的碳源。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攝取混合液中的磷，所以使得其在好氧條件下沒有足夠的 PHB 用作磷的吸收，去除率較低。 本試驗(yàn)過程中， 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。 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。到試驗(yàn)中后期，通過調(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。取 15 天數(shù)據(jù)均值作圖，如圖 所示。由此可見： 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。由于反硝化菌為異養(yǎng)型兼性厭氧菌，反硝化過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。對(duì)出水氨氮與 TP的監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖 所示。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。 27 2) 通過調(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。 28 6. A/O 除磷 系統(tǒng)中群落結(jié)構(gòu)分析 DGGE 技術(shù)簡介 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。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），末端限制性片段長度多態(tài)性（ TRFLP）以及它們的聯(lián)用技術(shù)。 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。因此，將 PCR擴(kuò)增得到的等長 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)為分開的條帶，每個(gè)條帶代表一個(gè)特定序列的 DNA 片段。 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