论文部分内容阅读
近年来,随着我国经济社会的快速发展,越来越多的含氮磷污水进入自然水体中,导致黑臭水体、富营养化等水环境问题。而传统污水生物脱氮除磷技术处理效率较低,且会产生大量的剩余污泥。厌氧/好氧/缺氧运行模式的同步硝化反硝化除磷工艺（AOA-SNDPR）结合了同步硝化反硝化（SND）以及反硝化除磷（DPR）等技术的优势,提高了有机物的利用效率,降低了系统对溶解氧（DO）的需求量,为城市污水的高效、低耗处理提供了新的思路;此外间歇性的厌氧、好氧和缺氧环境为多种功能微生物的富集生长提供了良好的生态位,特别是具备内碳源转化和利用的多种缓慢生长微生物,为原位污泥减量化提供了良好的条件,同时还避免了丝状菌过度增殖诱发的污泥膨胀,维持良好的运行稳定性。鉴于此,本研究提出采用间歇式反应器（SBR）进行AOA-SNDPR工艺的研究,拟通过富集脱氮除磷相关的功能菌群实现高效同步氮磷去除和污泥减量效果,同时探究了强化体系效能的主要影响因素,为AOA-SNDPR技术的研发和应用提供指导和借鉴。本试验首先以模拟城市污水为处理对象,以污水处理厂的剩余污泥为种泥,在SBR反应器中进行了为期109天的AOA-SNDPR系统的启动及后续长期稳定运行,探究了系统启动过程中脱氮除磷效果、典型周期除污过程、污泥特性以及微生物群落结构的变化。结果表明,反应器在运行15天后出水即较为稳定,启动成功后系统出水氨氮（NH4+-N）、亚硝氮（NO2--N）、硝氮（NO3--N）、总磷（TP）、化学需氧量（COD）可以稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准。典型周期内污染物去除结果显示,部分COD在厌氧段被转化储存为内碳源供给好氧段和缺氧段内源脱氮除磷,好氧段SND是主要的总无机氮（TIN）去除途径,厌氧释磷和好氧吸磷是主要的TP去除途径,反硝化除磷也为除磷过程做出了贡献。反应器在无排泥的条件下污泥浓度（MLSS）由接种污泥的3.5g/L增长到6.4g/L,污泥产率(Yobs)在运行过程中呈现明显的两阶段速率渐减模式并最终稳定在0.017g MLSS/g COD。SVI在启动过程中逐渐降低;系统中污泥活性很高,比耗氧速率（SOUR）维持在33.14-56.26mg O2/（g MLVSS·h）;此外,启动过程中污泥胞外聚合物（EPS）由53.32增至103.24mg/g MLVSS,PN/PS比值稳定在4左右。高通量测序结果表明,AOA-SNDPR工艺启动提高了微生物的种群多样性和丰度,但是后续长期运行过程中多样性有所降低;Proteobacteria始终是门水平最多的菌群;Gammaproteobacteria始终是纲水平最多的菌群;属水平上的优势菌群从接种时的Hydrogenophaga到中期的Norank＿f＿＿Saprospiraceae再到后期的Candidatus＿Competibacter。Nitrospirota等氨氧化菌（AOB）越来越多的被富集。为了提高污水处理和污泥减量效果,设置了三个不同的初始污泥浓度2.6g/L、3.5g/L、4.5g/L,进行了为期51天的探究。结果表明,不同的初始污泥浓度下AOA-SNDPR系统都能满足对C、N、P的去除,且提高污泥浓度能够强化系统的脱氮效果,初始污泥浓度设置为3.5g/L时系统表现出更强的反硝化效果。初始污泥浓度在2.6g/L左右更有利于降低Yobs,实现污泥减量;且较低的初始污泥浓度能够获得更低的SVI和更高的SOUR。随着污泥浓度的增大,PS、EPS含量均呈现出减小的趋势。高通量测序结果表明,初始浓度最高的系统中显示出更高的物种丰度和多样性,门水平上Patescibacteria与Elusimicrobiota在不同初始污泥浓度下显示出较大差异;纲水平上Parcubacteria也差异显著;属水平上Norank＿f＿＿norank＿o＿＿NVP-88经过改变污泥浓度的运行,含量发生明显增加且在不同样品中表现出差异。为了进一步强化脱氮效能,设置了90、75、60、45、30min五个不同曝气时长分两个阶段进行了为期63天的探究。结果表明,在本AOA-SNDPR系统200mg/L的曝气强度下,五个曝气时长设置均能满足系统对COD的去除需求。90min,75min,60min的曝气时长会导致后续缺氧段DO过量,降低反硝化效果。30min、45min的曝气时长会导致硝化反应进行不彻底,同时30min会严重影响TP的去除。曝气时长与污泥产率的变化并未表现出相关性;两个阶段五个曝气时长下污泥的SVI均稳定在77 m L/g左右,曝气时长的改变也并未带来EPS含量的显著改变。高通量测序结果表明,经过曝气时长的调控,物种丰度和多样性有所下降;门水平上Patescibacteria在75min曝气时长下含量有较为明显的提升,纲水平上同样也是Parcubacteria在不同样品中差别明显;Candidatus＿Competibacter相对丰度较之种泥都有十分明显的增长。