導讀：北方某污(wu)(wu)水(shui)處(chu)理(li)廠(chang)(chang)規模為10萬m3/d，自2017年以來(lai)(lai)開(kai)始受海水(shui)倒灌(guan)沖擊(ji)(ji)，污(wu)(wu)水(shui)處(chu)理(li)廠(chang)(chang)中氯離子(zi)(zi)(zi)濃度和(he)(he)電導率隨著(zhu)潮汐(xi)潮位的變(bian)化(hua)呈現(xian)出波(bo)動性變(bian)化(hua)。污(wu)(wu)水(shui)處(chu)理(li)廠(chang)(chang)采(cai)用改(gai)良AAO+MBBR工藝，在氯離子(zi)(zi)(zi)濃度頻繁波(bo)動的情(qing)況下仍保持較高的脫氮除(chu)磷效(xiao)果。通(tong)過(guo)試驗研究(jiu)發現(xian)，MBBR懸浮(fu)載(zai)體(ti)具有較好的抗(kang)沖擊(ji)(ji)能力，氯離子(zi)(zi)(zi)波(bo)動沖擊(ji)(ji)對于(yu)懸浮(fu)載(zai)體(ti)的硝(xiao)(xiao)化(hua)效(xiao)果無明(ming)顯(xian)影響，而對活性污(wu)(wu)泥的硝(xiao)(xiao)化(hua)過(guo)程(cheng)具有明(ming)顯(xian)的抑制作用。在反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)方面，氯離子(zi)(zi)(zi)沖擊(ji)(ji)會(hui)降低反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)速率，此時需要延(yan)長缺氧(yang)區(qu)HRT或(huo)增大碳源投(tou)加量來(lai)(lai)保證TN的去(qu)除(chu)。采(cai)用改(gai)良AAO鑲嵌(qian)MBBR工藝，通(tong)過(guo)好氧(yang)區(qu)投(tou)加懸浮(fu)載(zai)體(ti)，擴大缺氧(yang)區(qu)HRT。實踐證明(ming)該工藝在硝(xiao)(xiao)化(hua)和(he)(he)反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)效(xiao)果上抗(kang)沖擊(ji)(ji)性能良好，適用于(yu)高鹽廢(fei)水(shui)的處(chu)理(li)。

0 前言

近年來，隨著淡水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)資源的短缺，地下(xia)(xia)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)、河湖(hu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的過(guo)量開采以及過(guo)度(du)采砂等行為會導致海(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)倒灌，隨著潮(chao)汐變化(hua)，海(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)位的波動，會造(zao)(zao)成不(bu)(bu)同程度(du)的海(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)倒灌進(jin)入城市(shi)污水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)管網，進(jin)而經各泵站匯集進(jin)入城市(shi)污水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處理(li)廠。海(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的典(dian)型特征是高(gao)鹽(yan)，尤其是氯離(li)子濃(nong)(nong)度(du)高(gao)達17 000 mg/L以上。高(gao)氯能夠改變活性污泥的胞(bao)外滲透(tou)壓，使環境中滲透(tou)壓高(gao)于細菌(jun)內(nei)部，導致細菌(jun)的細胞(bao)壁和細胞(bao)質膜平衡形態喪失，發生(sheng)(sheng)質壁分(fen)離(li)，進(jin)而對污水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)生(sheng)(sheng)物(wu)處理(li)系統產(chan)生(sheng)(sheng)不(bu)(bu)同程度(du)的影響(xiang)。相(xiang)關研(yan)究表(biao)明，高(gao)濃(nong)(nong)度(du)氯離(li)子能夠降低與脫(tuo)(tuo)氮除(chu)磷相(xiang)關酶(mei)的活性，阻止為反(fan)應提供(gong)進(jin)一(yi)步(bu)的推動力(li)，從而對相(xiang)關酶(mei)促(cu)反(fan)應造(zao)(zao)成抑制和毒害作用，最終(zhong)改變活性污泥中微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)群落結構，抑制硝化(hua)菌(jun)、反(fan)硝化(hua)菌(jun)和聚磷菌(jun)的生(sheng)(sheng)長繁殖，從而對污水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處理(li)系統的脫(tuo)(tuo)氮除(chu)磷性能產(chan)生(sheng)(sheng)不(bu)(bu)利影響(xiang)。此外，在(zai)長期影響(xiang)的情況下(xia)(xia)，高(gao)濃(nong)(nong)度(du)氯離(li)子能夠引起細胞(bao)內(nei)的氧(yang)化(hua)應激反(fan)應，從而增(zeng)強了對微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)的毒性。

本文以(yi)北(bei)方某沿(yan)海污水廠(chang)抗(kang)氯(lv)(lv)離子沖(chong)擊的(de)效(xiao)(xiao)果為例，分(fen)析(xi)移動床生物膜(mo)反應器（Moving Bed Biofilm Reactor，MBBR）鑲(xiang)嵌于AAO工藝中對持續波動氯(lv)(lv)離子沖(chong)擊的(de)抵抗(kang)效(xiao)(xiao)果，為城(cheng)市污水廠(chang)抵御氯(lv)(lv)離子的(de)沖(chong)擊提供技(ji)術(shu)參考。

1 污水處理廠概況

污水(shui)(shui)處理廠(chang)設(she)計(ji)規模為(wei)10萬(wan)m3/d，采用(yong)改良(liang)AAO-MBBR工藝。生(sheng)化池(chi)自(zi)進水(shui)(shui)端(duan)(duan)至出(chu)水(shui)(shui)端(duan)(duan)，分(fen)別為(wei)預缺氧(yang)區(qu)(qu)、厭氧(yang)區(qu)(qu)、缺氧(yang)區(qu)(qu)、好(hao)氧(yang)區(qu)(qu)，HRT分(fen)別為(wei)1 h、1.6 h、10 h、11.2 h。在好(hao)氧(yang)區(qu)(qu)投加(jia)SPR-I型懸浮載體(ti)，該懸浮載體(ti)厚10 mm，直徑25 mm，有效比(bi)表面積大于450 m2/m3，符(fu)合(he)《水(shui)(shui)處理用(yong)高密(mi)(mi)度(du)(du)聚乙烯懸浮載體(ti)》（CJ/T 461-2014）行(xing)業標準，掛膜(mo)前其(qi)密(mi)(mi)度(du)(du)略小于水(shui)(shui)（0.94～0.97 kg/m3），掛膜(mo)后(hou)密(mi)(mi)度(du)(du)與水(shui)(shui)接(jie)近（1.000～1.003 kg/m3），填充率(lv)為(wei)30%。生(sheng)化池(chi)污泥濃(nong)度(du)(du)為(wei)3.0~3.3 g/L。好(hao)氧(yang)區(qu)(qu)的溶解氧(yang)實測值為(wei)2~3 mg/L，內外回流比(bi)分(fen)別為(wei)250%和100%。污水(shui)(shui)處理廠(chang)設(she)計(ji)進出(chu)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質見表1。

自(zi)2017年中(zhong)旬以來，該污(wu)(wu)(wu)水(shui)處理廠持(chi)續受(shou)(shou)到海水(shui)倒灌沖(chong)擊，主要(yao)表現為(wei)(wei)(wei)污(wu)(wu)(wu)水(shui)處理廠中(zhong)氯離(li)子(zi)濃(nong)度電導(dao)率(lv)(lv)(lv)隨著每日潮(chao)汐潮(chao)位的(de)變化呈現出(chu)波動性變化。在正常運行(xing)時(shi)，生(sheng)化池電導(dao)率(lv)(lv)(lv)為(wei)(wei)(wei)2～3μS/cm，氯離(li)子(zi)濃(nong)度為(wei)(wei)(wei)600～1 000 mg/L；在高潮(chao)位時(shi)，污(wu)(wu)(wu)水(shui)廠受(shou)(shou)海水(shui)倒灌沖(chong)擊時(shi)，生(sheng)化池電導(dao)率(lv)(lv)(lv)則高達8～16μS/cm，氯離(li)子(zi)濃(nong)度為(wei)(wei)(wei)3 000～6 000 mg/L。在受(shou)(shou)高氯波動沖(chong)擊過(guo)程中(zhong)，污(wu)(wu)(wu)水(shui)處理廠出(chu)水(shui)并沒有受(shou)(shou)影響，只(zhi)是(shi)在高潮(chao)位的(de)情況(kuang)下，為(wei)(wei)(wei)保(bao)證(zheng)TN去除效(xiao)果，碳源多投加近(jin)一倍。為(wei)(wei)(wei)了(le)驗證(zheng)污(wu)(wu)(wu)水(shui)處理廠的(de)實際運行(xing)效(xiao)果，對生(sheng)化段(duan)進(jin)行(xing)了(le)沿程和小試測定。

1.1 試驗方法

1.1.1 氯離子沖擊對硝化的影響

(1)對(dui)污泥硝化性能(neng)的(de)(de)測定(ding)。在低潮位時取缺氧池出水和海水分別(bie)配置氯(lv)離子濃(nong)度為1 000 mg/L、2 000 mg/L、3 000 mg/L和5 000 mg/L的(de)(de)原水，分析不同氯(lv)離子濃(nong)度對(dui)污泥負荷的(de)(de)影響。

(2)對懸浮(fu)載體硝(xiao)化性能的測定。在低潮位時取缺氧池出(chu)水(shui)和(he)海水(shui)分(fen)別配(pei)置(zhi)氯離子濃度為1 000 mg/L、2 500 mg/L、4 000 mg/L和(he)6 000 mg/L的原(yuan)水(shui)，分(fen)析不同氯離子濃度對懸浮(fu)載體硝(xiao)化負荷的影響。

1.1.2 氯離子沖擊對反硝化的影響

(1)不同氯離子(zi)濃度(du)的(de)影響。在低(di)潮位時取厭(yan)氧池出水(shui)(shui)(shui)，利用海水(shui)(shui)(shui)分(fen)別配置氯離子(zi)濃度(du)為1 000 mg/L、3 000 mg/L、5 000 mg/L原水(shui)(shui)(shui)，確定氯離子(zi)濃度(du)對(dui)活性污泥反硝化性能的(de)影響。

(2)不(bu)同(tong)C/N（COD/氨(an)氮）比的影響(xiang)。在低潮位時取厭氧池出(chu)水，利用海水分別配(pei)置兩組氯離子濃(nong)度各(ge)為800 mg/L和5 000 mg/L的原水進行反硝化小試，通過(guo)人為投加乙酸鈉(na)，研究不(bu)同(tong)C/N比在高、低潮位時對活性(xing)污泥(ni)反硝化性(xing)能的影響(xiang)。

1.2 水質分析方法

試(shi)驗中氨(an)氮采(cai)(cai)(cai)用(yong)納氏試(shi)劑(ji)分光(guang)(guang)光(guang)(guang)度法，硝(xiao)氮采(cai)(cai)(cai)用(yong)紫外分光(guang)(guang)光(guang)(guang)度法，TN采(cai)(cai)(cai)用(yong)過(guo)硫酸鉀氧化紫外分光(guang)(guang)光(guang)(guang)度法，TP采(cai)(cai)(cai)用(yong)鉬銻(ti)抗分光(guang)(guang)光(guang)(guang)度法；pH、DO采(cai)(cai)(cai)用(yong)WTW Multi-3430i離(li)線(xian)測(ce)定；COD的測(ce)定通過(guo)添加硝(xiao)酸銀掩蔽氯離(li)子后(hou)采(cai)(cai)(cai)用(yong)國標法測(ce)定。

1.3 高通量測序

高通(tong)量(liang)測(ce)序通(tong)過(guo)試劑(ji)(ji)盒(he)(E.Z.N.A Mag-Bind Soil DNA Kit，OMEGA)提(ti)取微(wei)生物(wu)基(ji)因(yin)組DNA，通(tong)過(guo)1%瓊(qiong)脂糖(tang)凝膠電泳檢測(ce)抽提(ti)基(ji)因(yin)組的完整(zheng)性，利用(yong)(yong)Qubit3-0 DNA試劑(ji)(ji)盒(he)檢測(ce)基(ji)因(yin)組DNA濃度。PCR擴增所用(yong)(yong)引(yin)物(wu)為341 F/806R。PCR產物(wu)進(jin)行(xing)瓊(qiong)脂糖(tang)電泳，通(tong)過(guo)DNA膠回收(shou)試劑(ji)(ji)盒(he)(SanPrep)對PCR產物(wu)進(jin)行(xing)回收(shou)，利用(yong)(yong)Qubit3.0 DNA檢測(ce)試劑(ji)(ji)盒(he)對回收(shou)的DNA精(jing)確定量(liang)，按照1∶1的等量(liang)混合后(hou)測(ce)序，等量(liang)混合時，每個樣(yang)品(pin)DNA量(liang)取10 ng，最(zui)終(zhong)上機測(ce)序濃度為20 pmol，通(tong)過(guo)Illumina Miseq測(ce)序平臺完成對樣(yang)品(pin)高通(tong)量(liang)測(ce)序。

采用UPARSE 軟件(version 7.1)根據(ju) 97%的相似度(du)進行OTU聚類(lei)；使用UCHIME軟件剔除嵌合體。利用RDP classifier對每條序列進行物種分類(lei)注釋(shi)，比對Silva數據(ju)庫(SSU123)，設置(zhi)比對閾值為70%。

2 結果與討論

2.1 生化池處理效果

研(yan)究期間，跟蹤了(le)污水(shui)處理廠(chang)2018年(nian)9月至(zhi)2019年(nian)5月經(jing)過(guo)一個(ge)冬(dong)季的(de)(de)生(sheng)化段(duan)水(shui)質指(zhi)標(biao)，生(sheng)化池進水(shui)COD、NH3-N、TN和TP的(de)(de)濃(nong)度分別為403.2±241.4 mg/L、50.4±4.2 mg/L、66.2±12.0 mg/L和5.1±1.2 mg/L，進水(shui)濃(nong)度高，且波動(dong)性大，出水(shui)COD、NH3-N、TN和TP的(de)(de)濃(nong)度分別為29.7±18.6 mg/L、0.70±0.89 mg/L、8.2±2.0 mg/L和0.3±0.3 mg/L，可以穩(wen)定達到(dao)GB 18918-2002一級A標(biao)準(zhun)(zhun)，尤其是(shi)氨氮(dan)可以達到(dao)地表Ⅳ類水(shui)標(biao)準(zhun)(zhun)，去(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)達到(dao)98.6%。TN去(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)87.6%，出水(shui)低(di)于10 mg/L，TP去(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)94.1%。采用改良(liang)AAO鑲嵌MBBR工藝抗高氯波動(dong)沖擊效果良(liang)好。

2.2 氯離子沖擊對硝化的影響

2.2.1 氯離子沖擊對污泥硝化性能的影響

氯(lv)離(li)子(zi)沖擊對污(wu)(wu)泥(ni)(ni)硝(xiao)化(hua)性能影(ying)響(xiang)(xiang)如圖(tu)1所示(shi)，在活性污(wu)(wu)泥(ni)(ni)系統(tong)下(xia)，水溫(wen)13~15 ℃、污(wu)(wu)泥(ni)(ni)濃度(du)(du)為2.7 g/L時(shi)(shi)，隨著(zhu)氯(lv)離(li)子(zi)濃度(du)(du)由(you)(you)(you)1 000 mg/L增加(jia)至(zhi)5 000 mg/L，氨氮降低(di)至(zhi)1.5 mg/L以下(xia)時(shi)(shi)，污(wu)(wu)泥(ni)(ni)硝(xiao)化(hua)負荷由(you)(you)(you)0.083 kgN/(kgMLSS·d)降低(di)至(zhi)0.029 kgN/(kgMLSS·d)，下(xia)降了(le)65.1%，表明氯(lv)離(li)子(zi)濃度(du)(du)的增加(jia)對污(wu)(wu)泥(ni)(ni)的硝(xiao)化(hua)性能產生(sheng)了(le)不利(li)的影(ying)響(xiang)(xiang)。氯(lv)離(li)子(zi)濃度(du)(du)過高會引(yin)起活性污(wu)(wu)泥(ni)(ni)中細胞脫水，并(bing)導(dao)致相關(guan)生(sheng)物(wu)酶發生(sheng)鹽(yan)析作用(yong)失活，從(cong)而影(ying)響(xiang)(xiang)微生(sheng)物(wu)正(zheng)常的生(sheng)理代(dai)謝。Wang等發現(xian)，隨著(zhu)進水鹽(yan)度(du)(du)由(you)(you)(you)0增加(jia)至(zhi)8%，污(wu)(wu)泥(ni)(ni)中硝(xiao)化(hua)菌的豐(feng)度(du)(du)降低(di)，進而使比(bi)氨氧(yang)化(hua)速(su)率(lv)和比(bi)亞硝(xiao)酸鹽(yan)氧(yang)化(hua)速(su)率(lv)分別降低(di)了(le)74.0%和82.0%，導(dao)致了(le)系統(tong)硝(xiao)化(hua)性能的下(xia)降。

2.2.2 氯離子沖擊對懸浮載體硝化性能的影響

氯離子(zi)沖(chong)擊(ji)對(dui)懸(xuan)浮(fu)載(zai)體(ti)硝化(hua)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)影響如圖2所示，在(zai)懸(xuan)浮(fu)載(zai)體(ti)系統(tong)下，水溫14~15 ℃、填充率為(wei)30%時，當氯離子(zi)濃度(du)由1 000 mg/L增(zeng)加至(zhi)6 000 mg/L時，懸(xuan)浮(fu)載(zai)體(ti)的(de)(de)硝化(hua)容積(ji)負(fu)荷并無明(ming)顯變化(hua)，為(wei)0.078kgN/(m3·d)。綜上(shang)所述，氯離子(zi)沖(chong)擊(ji)對(dui)懸(xuan)浮(fu)載(zai)體(ti)的(de)(de)硝化(hua)性(xing)(xing)能(neng)并無明(ming)顯影響，表明(ming)在(zai)抗(kang)高(gao)鹽特征上(shang)，懸(xuan)浮(fu)載(zai)體(ti)優于活(huo)性(xing)(xing)污(wu)泥(ni)。相關研究表明(ming)，當鹽度(du)上(shang)升(sheng)后，細菌(jun)可(ke)通過(guo)增(zeng)強(qiang)EPS分泌來進行自我(wo)保(bao)護(hu)，從而在(zai)一定程度(du)上(shang)保(bao)持細胞生(sheng)理形態和提(ti)升(sheng)耐鹽能(neng)力。而同一生(sheng)物(wu)池內的(de)(de)懸(xuan)浮(fu)載(zai)體(ti)生(sheng)物(wu)膜(mo)EPS的(de)(de)量一般遠大于活(huo)性(xing)(xing)污(wu)泥(ni)EPS的(de)(de)量，因此導致(zhi)生(sheng)物(wu)膜(mo)的(de)(de)這種保(bao)護(hu)作用強(qiang)于活(huo)性(xing)(xing)污(wu)泥(ni)，從而使懸(xuan)浮(fu)載(zai)體(ti)生(sheng)物(wu)膜(mo)更抗(kang)高(gao)鹽度(du)沖(chong)擊(ji)，另外(wai)，也有研究發現，懸(xuan)浮(fu)載(zai)體(ti)生(sheng)物(wu)膜(mo)泥(ni)齡(ling)長，為(wei)硝化(hua)菌(jun)種的(de)(de)富集提(ti)供(gong)了條件，從而增(zeng)強(qiang)了處(chu)理效果(guo)。

2.3 氯離子沖擊對反硝化的影響

從(cong)污水處理廠(chang)實際(ji)運行(xing)看，氯離子(zi)沖(chong)擊時，需要多投碳源，從(cong)而保障(zhang)缺氧(yang)區脫(tuo)氮效果，在此基礎(chu)上(shang)分析了高氯沖(chong)擊對反硝化的影(ying)響(xiang)。

2.3.1 氯離子沖擊對反硝化效果的影響

氯離(li)子沖擊對活性(xing)污(wu)泥(ni)反硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)效(xiao)果(guo)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響如圖3所示，在水溫(wen)19~21 ℃、污(wu)泥(ni)濃(nong)度(du)(du)為2.9~3.1 g/L的(de)(de)(de)(de)情況下，當氯離(li)子濃(nong)度(du)(du)由(you)1 000 mg/L增加(jia)至(zhi) 5 000 mg/L，經過4 h后(hou)，反硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)速(su)率(lv)由(you)0.017 kgN/(kgMLSS·d)下降(jiang)至(zhi)0.014 kgN/(kgMLSS·d)，氯離(li)子濃(nong)度(du)(du)提(ti)升5倍后(hou)，反硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)速(su)率(lv)降(jiang)低18%，表明(ming)氯離(li)子濃(nong)度(du)(du)對污(wu)泥(ni)的(de)(de)(de)(de)反硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)效(xiao)果(guo)產生不利的(de)(de)(de)(de)影(ying)響。相關研究表明(ming)，高(gao)氯條件(jian)能夠抑(yi)制反硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)過程中硝(xiao)(xiao)酸鹽還原(yuan)酶和(he)亞硝(xiao)(xiao)酸鹽還原(yuan)酶的(de)(de)(de)(de)活性(xing)，引起N2O的(de)(de)(de)(de)積累(lei)，導(dao)致了反硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)速(su)率(lv)的(de)(de)(de)(de)降(jiang)低。

當氯(lv)(lv)離子濃度(du)分別為1 000 mg/L、3 000mg/L和5 000 mg/L的情(qing)況下(xia)，硝氮(dan)分別降低8.54 mg/L、7.97 mg/L、7.08 mg/L，COD分別消(xiao)耗52.8 mg/L、55.2 mg/L、53.6 mg/L，ΔCOD/ΔNO3-分別為6.18、6.93、7.57，結果表明(ming)隨著氯(lv)(lv)離子濃度(du)的升(sheng)高，去除單位濃度(du)硝氮(dan)所消(xiao)耗的COD越多(duo)。可(ke)能的原因(yin)有(you)兩個(ge)：①氯(lv)(lv)離子沖(chong)擊的情(qing)況下(xia)，微生(sheng)物(wu)的胞(bao)外(wai)聚(ju)合(he)物(wu)分泌量有(you)所增(zeng)(zeng)加。胞(bao)外(wai)聚(ju)合(he)物(wu)以多(duo)糖和蛋白質為主，且來源于外(wai)界的有(you)機物(wu)。在氯(lv)(lv)離子反復(fu)沖(chong)擊的情(qing)況下(xia)，系統中胞(bao)外(wai)聚(ju)合(he)物(wu)含量的增(zeng)(zeng)加，增(zeng)(zeng)大了對(dui)外(wai)界有(you)機物(wu)的需求(qiu)量；②相(xiang)關研(yan)究表明(ming)，當氯(lv)(lv)離子的濃度(du)不(bu)超(chao)過30 000 mg/L時，對(dui)活性污泥中轉(zhuan)化(hua)酶的活性具有(you)促進作用，增(zeng)(zeng)多(duo)了碳源的無(wu)效(xiao)利(li)用。

2.3.2 不同C/N比對氯離子沖擊的情況下反硝化性能的影響

不同C/N比(bi)對氯(lv)離(li)子沖擊情(qing)況(kuang)(kuang)下(xia)反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)性能的(de)影響(xiang)如(ru)表(biao)2和(he)(he)(he)(he)圖4所示(shi)。當試(shi)驗的(de)水溫為(wei)19~21 ℃，在(zai)不添加(jia)(jia)(jia)醋酸鈉且氯(lv)離(li)子濃度分別(bie)為(wei)800 mg/L和(he)(he)(he)(he)5 000 mg/L的(de)情(qing)況(kuang)(kuang)下(xia)，反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)速率分別(bie)為(wei)0.018 kgN/(kgMLSS·d)和(he)(he)(he)(he)0.014 kgN/(kgMLSS·d)，從而表(biao)明了(le)氯(lv)離(li)子沖擊對于反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)過(guo)程(cheng)的(de)抑(yi)制(zhi)性。該(gai)結(jie)果與(yu)2.3.1中結(jie)果一致(zhi)。在(zai)添加(jia)(jia)(jia)醋酸鈉且氯(lv)離(li)子濃度分別(bie)為(wei)800 mg/L和(he)(he)(he)(he)5 000 mg/L的(de)情(qing)況(kuang)(kuang)下(xia)，反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)速率分別(bie)增加(jia)(jia)(jia)至0.052 kgN/(kgMLSS·d)和(he)(he)(he)(he)0.036 kgN/(kgMLSS·d)。C/N比(bi)由(you)10.6提高(gao)(gao)至16.6后，反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)速率分別(bie)提高(gao)(gao)2.9倍、2.6倍。上(shang)述結(jie)果表(biao)明，即使在(zai)有外加(jia)(jia)(jia)碳源的(de)情(qing)況(kuang)(kuang)下(xia)，氯(lv)離(li)子對反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)過(guo)程(cheng)的(de)影響(xiang)依然(ran)存(cun)在(zai)；但(dan)無論在(zai)低氯(lv)離(li)子濃度和(he)(he)(he)(he)高(gao)(gao)氯(lv)離(li)子濃度條件(jian)下(xia)，乙酸鈉的(de)投加(jia)(jia)(jia)均能夠大(da)幅(fu)(fu)提高(gao)(gao)反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)速率。研究表(biao)明醋酸鈉是易降(jiang)解有機物，更易于被反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)菌吸(xi)收利用，這是其導(dao)致(zhi)反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)速率大(da)幅(fu)(fu)提高(gao)(gao)的(de)原因。與(yu)此同時，該(gai)現象也(ye)解釋了(le)廠(chang)方在(zai)高(gao)(gao)潮位的(de)情(qing)況(kuang)(kuang)下(xia)，可以通過(guo)增大(da)碳源投加(jia)(jia)(jia)量應對氯(lv)離(li)子沖擊的(de)原因。

在(zai)該污水處理廠的升級改造中，采用改良(liang)AAO鑲嵌MBBR工(gong)藝(yi)(yi)實現了原池改造，利用MBBR工(gong)藝(yi)(yi)強化(hua)(hua)硝化(hua)(hua)的原理，縮小了好氧池容，擴大了缺氧池容，增(zeng)加了缺氧區的HRT，所(suo)以(yi)在(zai)高氯波動沖(chong)擊的情況下，即使(shi)反硝化(hua)(hua)速率降低，通過延長缺氧區的HRT和投加碳源，保(bao)障了整體(ti)了TN的穩定達標。

2.4 MBBR工藝對功能微生物的選擇作用

分別取(qu)該污(wu)水處理(li)廠MBBR區(qu)掛(gua)膜懸浮載(zai)體(ti)和好氧池污(wu)泥(ni)進行高通(tong)量測(ce)定(ding)，從而(er)判(pan)定(ding)微生物群落結構。

樣品中優(you)勢微生(sheng)物(wu)組成(cheng)如圖5所示，懸浮載體和污泥中豐度較高(gao)的(de)微生(sheng)物(wu)包括Nitrospira（硝(xiao)(xiao)化(hua)螺菌(jun)屬）、Nitrosomonas（亞硝(xiao)(xiao)化(hua)單胞菌(jun)屬）、Candidatus Microthrix、Hyphomicrobium（生(sheng)絲(si)微菌(jun)屬）、Trichococcus（明串珠菌(jun)屬）、Thermomonas（熱單胞菌(jun)屬）、Mycobacterium（分支(zhi)桿菌(jun)屬）、Ornithinibacter、Terrimonas和Nitrolancea等。

Candidatus Microthrix屬是(shi)活(huo)性(xing)污(wu)(wu)泥中常見的微(wei)絲菌(jun)屬，常與污(wu)(wu)泥膨脹有(you)(you)關(guan)，其在(zai)活(huo)性(xing)污(wu)(wu)泥和(he)懸(xuan)浮載(zai)體(ti)上的相對豐度(du)(du)分別為(wei)(wei)21.25%和(he)6.33%。該菌(jun)屬比表面積大，有(you)(you)利(li)于活(huo)性(xing)污(wu)(wu)泥細(xi)胞攝取低(di)濃(nong)度(du)(du)底物(wu)(wu)，減少水流(liu)對細(xi)胞的沖刷。在(zai)懸(xuan)浮載(zai)體(ti)中，Candidatus Microthrix的存(cun)在(zai)有(you)(you)利(li)于構(gou)成生物(wu)(wu)膜的骨架結構(gou)，為(wei)(wei)微(wei)生物(wu)(wu)提(ti)供附著生長的場所。

Ornithinibacter在懸浮載體生物膜和污泥中(zhong)(zhong)的(de)豐度分(fen)別為3.01%和10.87%。研究表(biao)明，該菌(jun)屬在污水(shui)處理(li)當中(zhong)(zhong)能(neng)夠抗病毒、產生胞外聚合物，從而維持微生物群(qun)落的(de)骨架結構，保(bao)證了系統(tong)的(de)穩定運行(xing)。

Hyphomicrobium屬(shu)在懸浮載體(ti)生物膜(mo)和(he)污泥中的(de)豐(feng)度分(fen)別(bie)為(wei)1.07%和(he)1.36%，其在溶解氧(yang)充足的(de)情況下(xia)具(ju)有(you)好氧(yang)反硝化的(de)功能(neng)。此外，相關研究表明，該菌屬(shu)對二氯甲(jia)烷(wan)、甲(jia)胺磷、二甲(jia)基硫(liu)醚和(he)甲(jia)醇等具(ju)有(you)降解功能(neng)，李繼兵(bing)利用穩(wen)定(ding)同位素(su)探針(zhen)技術發(fa)現了該菌屬(shu)可參與PAHs污染水體(ti)中菲(fei)的(de)降解，并驗證了該菌屬(shu)具(ju)有(you)降解菲(fei)的(de)功能(neng)。

Terrimonas、Thermomonas、Trichococcus、Thauera和(he)Defluviimonas屬為(wei)污水處理(li)系(xi)統當中(zhong)常見的反硝(xiao)(xiao)化菌屬。其中(zhong)Terrimonas屬能夠降(jiang)解蒽(en)類物(wu)質，在(zai)懸(xuan)浮(fu)(fu)載體和(he)活性污泥中(zhong)的相對(dui)豐(feng)度(du)(du)分別為(wei)0.35%和(he)0.76%。Thermomonas和(he)Trichococcus在(zai)懸(xuan)浮(fu)(fu)載體中(zhong)的相對(dui)豐(feng)度(du)(du)為(wei)0.20%和(he)0.74%，在(zai)活性污泥中(zhong)的相對(dui)豐(feng)度(du)(du)分別為(wei)0.75%、和(he)6.96%。Thauera和(he)Defluviimonas對(dui)高濃(nong)度(du)(du)氯離子具(ju)有耐受(shou)性，在(zai)活性污泥中(zhong)的相對(dui)豐(feng)度(du)(du)分別為(wei)0.44%和(he)0.78%，兩者的存在(zai)為(wei)高氯條件(jian)下反硝(xiao)(xiao)化過程(cheng)的順利進行提供了(le)微觀保障(zhang)。

Nitrosomonas在(zai)懸(xuan)浮(fu)載體(ti)(ti)生(sheng)物膜和(he)活性污泥中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)豐(feng)(feng)度(du)分別(bie)達到(dao)了0.39%和(he)0.04%，而Nitrospira的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)豐(feng)(feng)度(du)則分別(bie)為(wei)(wei)(wei)9.74%和(he)0.32%。Nitrolancea是一(yi)種新型的(de)(de)(de)桿(gan)狀硝化(hua)菌屬(shu)(shu)，在(zai)污泥中(zhong)(zhong)并未檢測到(dao)該菌屬(shu)(shu)，在(zai)懸(xuan)浮(fu)載體(ti)(ti)上其相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)豐(feng)(feng)度(du)達到(dao)0.43%。綜上所述(shu)，與活性污泥相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比，懸(xuan)浮(fu)載體(ti)(ti)更(geng)(geng)能(neng)(neng)夠富集硝化(hua)菌屬(shu)(shu)，對(dui)(dui)(dui)Nitrospira的(de)(de)(de)富集效(xiao)果更(geng)(geng)為(wei)(wei)(wei)顯著。研究表(biao)明Nitrospira兼(jian)具(ju)有亞硝化(hua)和(he)硝化(hua)的(de)(de)(de)功(gong)能(neng)(neng)，雖(sui)然該菌屬(shu)(shu)的(de)(de)(de)比增長速率(lv)較(jiao)低(di)，但對(dui)(dui)(dui)基質(zhi)的(de)(de)(de)親和(he)力大(da)，在(zai)低(di)濃度(du)氨(an)氮的(de)(de)(de)環境(jing)中(zhong)(zhong)更(geng)(geng)具(ju)競爭優勢，因此Nitrospira通常出現在(zai)氨(an)氮濃度(du)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)情況(kuang)下。懸(xuan)浮(fu)載體(ti)(ti)的(de)(de)(de)加入(ru)使得Nitrospira成為(wei)(wei)(wei)主要的(de)(de)(de)硝化(hua)菌屬(shu)(shu)，其相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)豐(feng)(feng)度(du)為(wei)(wei)(wei)活性污泥中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)30倍(bei)，從微觀角度(du)上反映了懸(xuan)浮(fu)載體(ti)(ti)對(dui)(dui)(dui)于(yu)系統硝化(hua)性能(neng)(neng)的(de)(de)(de)強化(hua)作用，這(zhe)也(ye)是懸(xuan)浮(fu)載體(ti)(ti)對(dui)(dui)(dui)氯離子(zi)沖擊(ji)抵抗性強的(de)(de)(de)原因。

為了(le)進一步研究亞硝(xiao)(xiao)化(hua)菌（ammonia oxidizing bacteria，簡(jian)稱(cheng)AOB）和(he)硝(xiao)(xiao)化(hua)菌（nitrite oxidizing bacteria，簡(jian)稱(cheng)NOB）在(zai)(zai)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)中的(de)(de)分(fen)布情況，采用(yong)熒光原(yuan)位雜交技術，以(yi)AOB和(he)NOB特有(you)的(de)(de)核酸序列為探(tan)針進行染色，其結(jie)果(guo)如圖6所示。在(zai)(zai)懸(xuan)浮載體中，AOB和(he)NOB的(de)(de)占比相當，且分(fen)布均勻廣泛（圖6a和(he)6b）。然而在(zai)(zai)活性(xing)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)中，AOB和(he)NOB的(de)(de)含量極少，幾乎(hu)無(wu)法辨別其存在(zai)(zai)（圖6c和(he)6d）。上(shang)述結(jie)果(guo)表(biao)明懸(xuan)浮載體上(shang)AOB和(he)NOB的(de)(de)含量遠高于(yu)活性(xing)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)，這與圖5的(de)(de)結(jie)果(guo)相一致(zhi)，從而進一步證明了(le)懸(xuan)浮載體對于(yu)系統硝(xiao)(xiao)化(hua)性(xing)能的(de)(de)強化(hua)以(yi)及抗氯(lv)離子沖擊的(de)(de)原(yuan)因。

為(wei)研(yan)究群(qun)(qun)落(luo)生態學中(zhong)微(wei)生物(wu)(wu)多(duo)(duo)(duo)(duo)樣(yang)性(xing)(xing)(xing)(xing)，通(tong)過(guo)單樣(yang)品的(de)多(duo)(duo)(duo)(duo)樣(yang)性(xing)(xing)(xing)(xing)分(fen)析 (Alpha多(duo)(duo)(duo)(duo)樣(yang)性(xing)(xing)(xing)(xing)) 可(ke)以(yi)反映(ying)微(wei)生物(wu)(wu)群(qun)(qun)落(luo)的(de)豐度和(he)多(duo)(duo)(duo)(duo)樣(yang)性(xing)(xing)(xing)(xing)。本研(yan)究中(zhong)測(ce)定了一(yi)系列統(tong)計(ji)學分(fen)析指(zhi)數(shu)(shu)(shu)，用以(yi)估計(ji)環境群(qun)(qun)落(luo)的(de)物(wu)(wu)種(zhong)豐度和(he)多(duo)(duo)(duo)(duo)樣(yang)性(xing)(xing)(xing)(xing)。其中(zhong)，Chao 1算法(fa)用以(yi)估計(ji)群(qun)(qun)落(luo)中(zhong)含OTU數(shu)(shu)(shu)目(mu)，進(jin)而在(zai)生態學中(zhong)估計(ji)物(wu)(wu)種(zhong)總數(shu)(shu)(shu)。Shannon多(duo)(duo)(duo)(duo)樣(yang)性(xing)(xing)(xing)(xing)指(zhi)數(shu)(shu)(shu)與Simpson多(duo)(duo)(duo)(duo)樣(yang)性(xing)(xing)(xing)(xing)指(zhi)數(shu)(shu)(shu)為(wei)較常見的(de)用于反映(ying)Alpha多(duo)(duo)(duo)(duo)樣(yang)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)指(zhi)數(shu)(shu)(shu)。Shannon值越大，說明(ming)(ming)(ming)群(qun)(qun)落(luo)多(duo)(duo)(duo)(duo)樣(yang)性(xing)(xing)(xing)(xing)越高，Simpson指(zhi)數(shu)(shu)(shu)值越大，說明(ming)(ming)(ming)群(qun)(qun)落(luo)多(duo)(duo)(duo)(duo)樣(yang)性(xing)(xing)(xing)(xing)越低(di)。如表3所示，對懸浮載體(ti)生物(wu)(wu)膜和(he)活性(xing)(xing)(xing)(xing)污泥高通(tong)量結果進(jin)行多(duo)(duo)(duo)(duo)樣(yang)性(xing)(xing)(xing)(xing)分(fen)析，由Chao 1指(zhi)數(shu)(shu)(shu)可(ke)知，相(xiang)較于活性(xing)(xing)(xing)(xing)污泥，懸浮載體(ti)生物(wu)(wu)膜的(de)微(wei)生物(wu)(wu)群(qun)(qun)落(luo)相(xiang)對豐度降(jiang)低(di)，Shannon指(zhi)數(shu)(shu)(shu)略(lve)微(wei)降(jiang)低(di)，Simpson指(zhi)數(shu)(shu)(shu)升高，表明(ming)(ming)(ming)MBBR生物(wu)(wu)膜在(zai)長(chang)期(qi)富集過(guo)程中(zhong)逐(zhu)漸淘汰(tai)了其他雜菌，導致微(wei)生物(wu)(wu)群(qun)(qun)落(luo)豐富度及多(duo)(duo)(duo)(duo)樣(yang)性(xing)(xing)(xing)(xing)略(lve)微(wei)上升，而物(wu)(wu)種(zhong)均一(yi)化程度則略(lve)微(wei)下降(jiang)。

3 結論

(1)污(wu)水處理廠(chang)采用改良AAO鑲嵌(qian)MBBR工藝(yi)，抗氯(lv)離(li)子波(bo)動沖擊能力強(qiang)，出水COD、NH3-N、TN和TP的濃(nong)度分別為29.7±18.6 mg/L、0.70±0.89 mg/L、8.2±2.0 mg/L和0.3±0.3 mg/L，穩定達到設計標準。

(2)氯(lv)離子(zi)沖擊對于(yu)活性(xing)污(wu)泥的硝(xiao)化性(xing)能影響(xiang)明顯，而(er)對懸浮載(zai)(zai)體(ti)的硝(xiao)化性(xing)能無(wu)明顯影響(xiang)，表(biao)明懸浮載(zai)(zai)體(ti)的抗氯(lv)離子(zi)沖擊性(xing)強于(yu)活性(xing)污(wu)泥。

(3)氯(lv)離(li)子沖擊(ji)對(dui)于(yu)活性(xing)污泥反硝化具有(you)不利的(de)(de)影響，并增大了(le)反硝化的(de)(de)碳源消耗量(liang)。投加醋酸鈉大幅(fu)提高了(le)反硝化速率(lv)，減(jian)輕(qing)了(le)氯(lv)離(li)子沖擊(ji)對(dui)于(yu)反硝化的(de)(de)影響，解(jie)釋了(le)污水(shui)(shui)處(chu)理廠通(tong)過增大碳源投加量(liang)應對(dui)高潮位海水(shui)(shui)的(de)(de)沖擊(ji)。

(4)MBBR懸浮載體(ti)對硝(xiao)(xiao)化(hua)菌具(ju)有良好的篩選和富集作用，懸浮載體(ti)上硝(xiao)(xiao)化(hua)菌占(zhan)比10.56%，為活性污(wu)(wu)泥中的29倍，從而增強(qiang)了(le)系統的硝(xiao)(xiao)化(hua)性能，提(ti)高了(le)污(wu)(wu)水廠抵御氯離子(zi)沖(chong)擊的能力。

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