北方某污水处理厂抗氯离子冲击效果剖析

  北极星水处理网讯:导读：北方某污水处理厂规划为10万m3/d，自2017年以来开端受海水倒灌冲击，污水处理厂中氯离子浓度和电导率跟着潮汐潮位的改动呈现出动摇性改动。污水处理厂选用改进AAO+MBBR工艺，在氯离子浓度频频动摇的状况下仍坚持较高的脱氮除磷效果。经过实验研讨发现，MBBR悬浮载体具有较好的抗冲击才能，氯离子动摇冲击关于悬浮载体的硝化效果无显着影响，而对活性污泥的硝化进程具有显着的按捺效果。在反硝化方面，氯离子冲击会下降反硝化速率，此刻需求延伸缺氧区HRT或增大碳源投加量来确保TN的去除。选用改进AAO镶嵌MBBR工艺，经过好氧区投加悬浮载体，扩展缺氧区HRT。实践证明该工艺在硝化和反硝化效果上抗冲击功用杰出，适用于高盐废水的处理。

  近年来，跟着淡水资源的缺少，地下水、河湖水的过量挖掘以及过度采砂等行为会导致海水倒灌，跟着潮汐改动，海水水位的动摇，会形成不同程度的海水倒灌进入城市污水管网，然后经各泵站聚集进入城市污水处理厂。海水的典型特征是高盐，尤其是氯离子浓度高达17 000 mg/L以上。高氯能够改动活性污泥的胞外渗透压，使环境中渗透压高于细菌内部，导致细菌的细胞壁和细胞质膜平衡形状损失，发生质壁别离，然后对污水生物处理体系发生不同程度的影响。相关研讨标明，高浓度氯离子能够下降与脱氮除磷相关酶的活性，阻挠为反响供给进一步的推动力，然后对相关酶促反响形成按捺和毒害效果，终究改动活性污泥中微生物群落结构，按捺硝化菌、反硝化菌和聚磷菌的成长繁衍，然后对污水处理体系的脱氮除磷功用发生晦气影响。此外，在长时间影响的状况下，高浓度氯离子能够引起细胞内的氧化应激反响，然后增强了对微生物的毒性。

  本文以北方某滨海污水厂抗氯离子冲击的效果为例，剖析移动床生物膜反响器（Moving Bed Biofilm Reactor，MBBR）镶嵌于AAO工艺中对继续动摇氯离子冲击的反抗效果，为城市污水厂抵挡氯离子的冲击供给技能参阅。

  污水处理厂规划规划为10万m3/d，选用改进AAO-MBBR工艺。生化池自进水端至出水端，别离为预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区，HRT别离为1 h、1.6 h、10 h、11.2 h。在好氧区投加SPR-I型悬浮载体，该悬浮载体厚10 mm，直径25 mm，有用比表面积大于450 m2/m3，契合《水处理用高密度聚乙烯悬浮载体》（CJ/T 461-2014）行业标准，挂膜前其密度略小于水（0.94～0.97 kg/m3），挂膜后密度与水挨近（1.000～1.003 kg/m3），填充率为30%。生化池污泥浓度为3.0~3.3 g/L。好氧区的溶解氧实测值为2~3 mg/L，表里回流比别离为250%和100%。污水处理厂规划进出水水质见表1。

  自2017年中旬以来，该污水处理厂继续遭到海水倒灌冲击，首要表现为污水处理厂中氯离子浓度电导率跟着每日潮汐潮位的改动呈现出动摇性改动。在正常运转时，生化池电导率为2～3μS/cm，氯离子浓度为600～1 000 mg/L；在高潮位时，污水厂受海水倒灌冲击时，生化池电导率则高达8～16μS/cm，氯离子浓度为3 000～6 000 mg/L。在受高氯动摇冲击进程中，污水处理厂出水并没有受影响，只是在高潮位的状况下，为确保TN去除效果，碳源多投加近一倍。为了验证污水处理厂的实践运转效果，对生化段进行了沿程和小试测定。

  (1)对污泥硝化功用的测定。在低潮位时取缺氧池出水和海水别离装备氯离子浓度为1 000 mg/L、2 000 mg/L、3 000 mg/L和5 000 mg/L的原水，剖析不同氯离子浓度对污泥负荷的影响。

  (2)对悬浮载体硝化功用的测定。在低潮位时取缺氧池出水和海水别离装备氯离子浓度为1 000 mg/L、2 500 mg/L、4 000 mg/L和6 000 mg/L的原水，剖析不同氯离子浓度对悬浮载体硝化负荷的影响。

  (1)不同氯离子浓度的影响。在低潮位时取厌氧池出水，使用海水别离装备氯离子浓度为1 000 mg/L、3 000 mg/L、5 000 mg/L原水，确认氯离子浓度对活性污泥反硝化功用的影响。

  (2)不同C/N（COD/氨氮）比的影响。在低潮位时取厌氧池出水，使用海水别离装备两组氯离子浓度各为800 mg/L和5 000 mg/L的原水进行反硝化小试，经过人为投加乙酸钠，研讨不同C/N比在高、低潮位时对活性污泥反硝化功用的影响。

  实验中氨氮选用纳氏试剂分光光度法，硝氮选用紫外分光光度法，TN选用过硫酸钾氧化紫外分光光度法，TP选用钼锑抗分光光度法；pH、DO选用WTW Multi-3430i离线测定；COD的测定经过添加硝酸银掩蔽氯离子后选用国标法测定。

  高通量测序经过试剂盒(E.Z.N.A Mag-Bind Soil DNA Kit，OMEGA)提取微生物基因组DNA，经过1%琼脂糖凝胶电泳检测抽提基因组的完整性，使用Qubit3-0 DNA试剂盒检测基因组DNA浓度。PCR扩增所用引物为341 F/806R。PCR产品进行琼脂糖电泳，经过DNA胶收回试剂盒(SanPrep)对PCR产品进行收回，使用Qubit3.0 DNA检测试剂盒对收回的DNA准确认量，依照1∶1的等量混合后测序，等量混合时，每个样品DNA量取10 ng，终究上机测序浓度为20 pmol，经过Illumina Miseq测序平成对样品高通量测序。

  氯离子冲击对污泥硝化功用影响如图1所示，在活性污泥体系下，水温13~15 ℃、污泥浓度为2.7 g/L时，跟着氯离子浓度由1 000 mg/L添加至5 000 mg/L，氨氮下降至1.5 mg/L以下时，污泥硝化负荷由0.083 kgN/(kgMLSS·d)下降至0.029 kgN/(kgMLSS·d)，下降了65.1%，标明氯离子浓度的添加对污泥的硝化功用发生了晦气的影响。氯离子浓度过高会引起活性污泥中细胞脱水，并导致相关生物酶发生盐析效果失活，然后影响微生物正常的生理代谢。Wang等发现，跟着进水盐度由0添加至8%，污泥中硝化菌的丰度下降，然后使比氨氧化速率和比亚硝酸盐氧化速率别离下降了74.0%和82.0%，导致了体系硝化功用的下降。

  氯离子冲击对悬浮载体硝化功用的影响如图2所示，在悬浮载体体系下，水温14~15 ℃、填充率为30%时，当氯离子浓度由1 000 mg/L添加至6 000 mg/L时，悬浮载体的硝化容积负荷并无显着改动，为0.078kgN/(m3·d)。综上所述，氯离子冲击对悬浮载体的硝化功用并无显着影响，标明在抗高盐特征上，悬浮载体优于活性污泥。相关研讨标明，当盐度上升后，细菌可经过增强EPS排泄来进行自我维护，然后在必定程度上坚持细胞生理形状和进步耐盐才能。而同一生物池内的悬浮载体生物膜EPS的量一般远大于活性污泥EPS的量，因而导致生物膜的这种维护效果强于活性污泥，然后使悬浮载体生物膜更抗高盐度冲击，别的，也有研讨发现，悬浮载体生物膜泥龄长，为硝化菌种的富集供给了条件，然后增强了处理效果。

  从污水处理厂实践运转看，氯离子冲击时，需求多投碳源，然后确保缺氧区脱氮效果，在此基础上剖析了高氯冲击对反硝化的影响。

  氯离子冲击对活性污泥反硝化效果的影响如图3所示，在水温19~21 ℃、污泥浓度为2.9~3.1 g/L的状况下，当氯离子浓度由1 000 mg/L添加至 5 000 mg/L，经过4 h后，反硝化速率由0.017 kgN/(kgMLSS·d)下降至0.014 kgN/(kgMLSS·d)，氯离子浓度进步5倍后，反硝化速率下降18%，标明氯离子浓度对污泥的反硝化效果发生晦气的影响。相关研讨标明，高氯条件能够按捺反硝化进程中硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶的活性，引起N2O的堆集，导致了反硝化速率的下降。

  当氯离子浓度别离为1 000 mg/L、3 000mg/L和5 000 mg/L的状况下，硝氮别离下降8.54 mg/L、7.97 mg/L、7.08 mg/L，COD别离耗费52.8 mg/L、55.2 mg/L、53.6 mg/L，ΔCOD/ΔNO3-别离为6.18、6.93、7.57，成果标明跟着氯离子浓度的升高，去除单位浓度硝氮所耗费的COD越多。或许的原因有两个：①氯离子冲击的状况下，微生物的胞外聚合物排泄量有所添加。胞外聚合物以多糖和蛋白质为主，且来源于外界的有机物。在氯离子重复冲击的状况下，体系中胞外聚合物含量的添加，增大了对外界有机物的需求量；②相关研讨标明，当氯离子的浓度不超越30 000 mg/L时，对活性污泥中转化酶的活性具有促进效果，增多了碳源的无效使用。

  不同C/N比对氯离子冲击状况下反硝化功用的影响如表2和图4所示。当实验的水温为19~21 ℃，在不添加醋酸钠且氯离子浓度别离为800 mg/L和5 000 mg/L的状况下，反硝化速率别离为0.018 kgN/(kgMLSS·d)和0.014 kgN/(kgMLSS·d)，然后标明晰氯离子冲击关于反硝化进程的按捺性。该成果与2.3.1中成果共同。在添加醋酸钠且氯离子浓度别离为800 mg/L和5 000 mg/L的状况下，反硝化速率别离添加至0.052 kgN/(kgMLSS·d)和0.036 kgN/(kgMLSS·d)。C/N比由10.6进步至16.6后，反硝化速率别离进步2.9倍、2.6倍。上述成果标明，即便在有外加碳源的状况下，氯离子对反硝化进程的影响仍然存在；但不管在低氯离子浓度和高氯离子浓度条件下，乙酸钠的投加均能够大幅进步反硝化速率。研讨标明醋酸钠是易降解有机物，更易于被反硝化菌吸收使用，这是其导致反硝化速率大幅进步的原因。与此同时，该现象也解说了厂方在高潮位的状况下，能够经过增大碳源投加量应对氯离子冲击的原因。

  在该污水处理厂的晋级改造中，选用改进AAO镶嵌MBBR工艺完成了原池改造，使用MBBR工艺强化硝化的原理，缩小了好氧池容，扩展了缺氧池容，添加了缺氧区的HRT，所以在高氯动摇冲击的状况下，即便反硝化速率下降，经过延伸缺氧区的HRT和投加碳源，确保了全体了TN的安稳合格。

  别离取该污水处理厂MBBR区挂膜悬浮载体和洽氧池污泥进行高通量测定，然后断定微生物群落结构。

  Candidatus Microthrix属是活性污泥中常见的微丝菌属，常与污泥胀大有关，其在活性污泥和悬浮载体上的相对丰度别离为21.25%和6.33%。该菌属比表面积大，有利于活性污泥细胞吸取低浓度底物，削减水流对细胞的冲刷。在悬浮载体中，Candidatus Microthrix的存在有利于构成生物膜的骨架结构，为微生物供给附着成长的场所。

  Ornithinibacter在悬浮载体生物膜和污泥中的丰度别离为3.01%和10.87%。研讨标明，该菌属在污水处理傍边能够抗病毒、发生胞外聚合物，然后保持微生物群落的骨架结构，确保了体系的安稳运转。

  Hyphomicrobium属在悬浮载体生物膜和污泥中的丰度别离为1.07%和1.36%，其在溶解氧足够的状况下具有好氧反硝化的功用。此外，相关研讨标明，该菌属对二氯甲烷、甲胺磷、二甲基硫醚和甲醇等具有降解功用，李继兵使用安稳同位素探针技能发现了该菌属可参加PAHs污染水体中菲的降解，并验证了该菌属具有降解菲的功用。

  Terrimonas、Thermomonas、Trichococcus、Thauera和Defluviimonas属为污水处理体系傍边常见的反硝化菌属。其间Terrimonas属能够降解蒽类物质，在悬浮载体和活性污泥中的相对丰度别离为0.35%和0.76%。Thermomonas和Trichococcus在悬浮载体中的相对丰度为0.20%和0.74%，在活性污泥中的相对丰度别离为0.75%、和6.96%。Thauera和Defluviimonas对高浓度氯离子具有耐受性，在活性污泥中的相对丰度别离为0.44%和0.78%，两者的存在为高氯条件下反硝化进程的顺利进行供给了微观确保。

  Nitrosomonas在悬浮载体生物膜和活性污泥中的相对丰度别离到达了0.39%和0.04%，而Nitrospira的相对丰度则别离为9.74%和0.32%。Nitrolancea是一种新式的杆状硝化菌属，在污泥中并未检测到该菌属，在悬浮载体上其相对丰度到达0.43%。综上所述，与活性污泥比较，悬浮载体更能够富集硝化菌属，对Nitrospira的富集效果更为显着。研讨标明Nitrospira兼具有亚硝化和硝化的功用，尽管该菌属的比增加速率较低，但对基质的亲和力大，在低浓度氨氮的环境中更具竞赛优势，因而Nitrospira一般出现在氨氮浓度相对较低的状况下。悬浮载体的参加使得Nitrospira成为首要的硝化菌属，其相对丰度为活性污泥中的30倍，从微观角度上反映了悬浮载体关于体系硝化功用的强化效果，这也是悬浮载体对氯离子冲击反抗性强的原因。

  为了进一步研讨亚硝化菌（ammonia oxidizing bacteria，简称AOB）和硝化菌（nitrite oxidizing bacteria，简称NOB）在污泥中的散布状况，选用荧光原位杂交技能，以AOB和NOB特有的核酸序列为探针进行染色，其成果如图6所示。在悬浮载体中，AOB和NOB的占比适当，且散布均匀广泛（图6a和6b）。然而在活性污泥中，AOB和NOB的含量很少，简直无法区分其存在（图6c和6d）。上述成果标明悬浮载体上AOB和NOB的含量远高于活性污泥，这与图5的成果相共同，然后进一步证明晰悬浮载体关于体系硝化功用的强化以及抗氯离子冲击的原因。

  为研讨群落生态学中微生物多样性，经过单样品的多样性剖析 (Alpha多样性) 能够反映微生物群落的丰度和多样性。本研讨中测定了一系列统计学剖析指数，用以估量环境群落的物种丰度和多样性。其间，Chao 1算法用以估量群落中含OTU数目，然后在生态学中估量物种总数。Shannon多样性指数与Simpson多样性指数为较常见的用于反映Alpha多样性的指数。Shannon值越大，阐明群落多样性越高，Simpson指数值越大，阐明群落多样性越低。如表3所示，对悬浮载体生物膜和活性污泥高通量成果进行多样性剖析，由Chao 1指数可知，相较于活性污泥，悬浮载体生物膜的微生物群落相对丰度下降，Shannon指数稍微下降，Simpson指数升高，标明MBBR生物膜在长时间富集进程中逐步挑选了其他杂菌，导致微生物群落丰厚度及多样性稍微上升，而物种均一化程度则稍微下降。

  (2)氯离子冲击关于活性污泥的硝化功用影响显着，而对悬浮载体的硝化功用无显着影响，标明悬浮载体的抗氯离子冲击性强于活性污泥。

  (3)氯离子冲击关于活性污泥反硝化具有晦气的影响，并增大了反硝化的碳源耗费量。投加醋酸钠大幅进步了反硝化速率，减轻了氯离子冲击关于反硝化的影响，解说了污水处理厂经过增大碳源投加量应对高潮位海水的冲击。

  (4)MBBR悬浮载体对硝化菌具有杰出的挑选和富集效果，悬浮载体上硝化菌占比10.56%，为活性污泥中的29倍，然后增强了体系的硝化功用，进步了污水厂抵挡氯离子冲击的才能。

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