A2O系统受低CN冲击及修复前后的微生物活性研究朱勇

中国环境科学2009,29(10)：1070~1075ChinaEnvironmentalScienceA2/O系统受低C/N冲击及修复前后的微生物活性研究朱勇1,林剑波1,高岩1,陈曦1,黄民生1*,王国华2(1.华东师范大学资源与环境科学学院,上海200062；2.上海市政工程设计研究总院,上海200092)摘要：利用2套A2/O工艺装置,通过在实际污水中添加铵盐的方式模拟低C/N冲击的不利情况,采取常规工艺调控措施进行修复,研究了冲击及修复前后的微生物活性变化.结果表明,A2/O系统在受到低C/N冲击之后,耗氧呼吸速率(OUR)、脱氢酶活性(DHA)、三磷酸腺苷(ATP)和聚β-羟基丁酸(PHB)4项指标迅速响应,降幅分别为81.8%,87.0%,90.5%和72.9%.提高污泥回流比和减小污泥龄都是有效的修复措施.修复期间,4项指标均呈现先快后慢的回升规律.提高污泥回流比是通过降低冲击负荷的方式实现OUR指标的基本回复,但DHA、ATP和PHB较受冲击前水平还有10%~20%不等的差距.减小污泥龄是通过逐步排出受损污泥来消除冲击的不利影响,过程中A2/O系统的处理效果不佳,但最后4项指标能够完全恢复.关键词：A2/O；低C/N；修复；微生物活性中图分类号：X701.3文献标识码：A文章编号：1000-6923(2009)10-1070-05MicrobialphysiologicalbiochemicalactivitiesofthelowC/NshocktoA2/Osystemanditsrestoration.ZHUYong1,LINJian-bo1,GAOYan1,CHENXi1,HUANGMin-sheng1*,WANGGuo-hua2(1.SchoolofResourcesandEnvironmentalSciences,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China；2.ShanghaiMunicipalEngineeringDesignGeneralInstitute,Shanghai200092,China).ChinaEnvironmentalScience,2009,29(10)：1070~1075Abstract：ByaddingammoniumintotherawwastewatertosimulatethelowC/Nshock,twosetsoflab-scaleA2/O(anaerobic-anoxic-oxic)systemwereconstructedtoinvestigatethephysiologicalbiochemicalactivitiesoftheshockandfurtherrestoration.Resultsshowedthatoxygenuptakerate(OUR),dehydrogenasesactivity(DHA),adenosinetriphosphate(ATP)andpoly-β-hydroxybutyricacid(PHB)responsedwelltotheshockwithadropover81.8%、87.0%、90.5%and72.9%,respectively.Bothincreasingthesludgerefluxratio(R)andreducingthesludgeretentiontime(SRT)wereeffectiverestorationmeasures.AftertherestorationthevalueofR,OURbarelyresumed,however,DHA、ATPandPHBstillhada10%to20%gapleft,comparedtothosebeforetheshock.ThereductionofSRTcouldgraduallyeliminateimpactsoftheshockbydischargingthedamagedsludge.AlthoughtheA2/Osystemdidn’twellperformduringtherestorationperiod,allofthefourphysiologicalandbiochemicalactivitiesofmicro-organismsrecoveredfullyintheend.Keywords：A2/O；lowC/N；restoration；microbialphysiologyandbiochemistryactivity在污水生物处理过程中,进水水质的变化及系统工艺出现异常均会给系统的稳定运行带来冲击,影响功能菌群的生物活性,导致污水处理效果的下降,加强对异常状态的监测,并采用对应的调控手段进行干预以获得系统的修复与稳定,具有现实意义.微生物生理生化指标直接反映了功能菌群的活性强弱,较污泥浓度与沉降性能等表观性质更具针对性[1-3].已有研究表明,耗氧呼吸速率(OUR)和脱氢酶活性(DHA)及三磷酸腺苷(ATP)可用于评价工业废水的可生物降解性[4-8].但目前,微生物活性指标在污水处理领域的应用研究总体较少,且以单一指标,正常工况为主.戴兴春等[9]的研究认为OUR、DHA和ATP可预见系统的趋势,快速而灵敏.目前,多项微生物活性检测技术已实现方法的仪器化[10-11].但针对A2/O系统受异常冲击及修复过程的微生物活性研究尚未见报道.本实验利用2套A2/O工艺装置,采用在实际污水中添加铵盐的方式模拟低C/N水质冲击的收稿日期：2009-03-05基金项目：上海市建设交通“十一五”重大科研项目(重科2007-007)*责任作者,教授,[e-mail]10期朱勇等：A2/O系统受低C/N冲击及修复前后的微生物活性研究1071不利情况,采取常规的工艺调控措施进行修复[12],通过监测OUR、DHA、ATP和聚β-羟基丁酸(PHB)4项微生物生理生化指标在低C/N冲击与修复过程中的动态变化规律,掌握A2/O系统的即时运行状态,为系统的功能修复、优化调控和强化处理提供参考.1材料与方法1.1实验材料进水分批取自上海市白龙港水质净化厂集水井,水质指标:pH7.8~8.4;COD、NH4+-N和TP分别为150~400,24.0~30.0,3.0~5.0mg/L.接种的活性污泥取自上海天山水质净化厂二段曝气池.1.2装置与流程参照相关设计规范,在实验室构建2套A2/O工艺装置(以下称为A、B系统,A系统为对照),见图1.曝气池长×宽×高=60cm×25cm×12cm,有效体积为13.2L;厌氧池和兼氧池内径均为16cm,高为32cm,有效体积为4.4L;沉淀池内径为18cm,高为45cm,有效体积为9.3L.正常状态下,A、B系统的运行参数:厌氧池、缺氧池、曝气池和沉淀池的水力停留时间分别为2,2,6和2.5h,平均BOD污泥负荷为0.12g/(g·d),混合液回流比(r)为200%,污泥回流比(R)为50%,曝气池的溶解氧(DO)浓度控制在2.0~4.0mg/L;污泥龄(SRT)约15d.12459873610图1A2/O实验装置示意Fig.1SchematicdiagramofexperimentalA2/Osystem1.进水桶2.进水泵3.搅拌机4.厌氧池5.缺氧池6.空压机7.混合液回流泵8.曝气池9.污泥回流泵10.沉淀池1.3实验方法1.3.1第1次冲击与修复实验控制进水的C/N为2.0(以COD/NH4+-N计).冲击于第3d开始,持续2d;修复于第5d起进行,调整B系统的R值为100%,以正常模式运行的A系统作为对照,比较冲击效应及修复效果;于第14d将B系统调整至正常状态.1.3.2第2次冲击与修复实验控制进水的C/N为1.5.冲击于第2d开始,持续2d;修复于第4d起进行,调整B系统的SRT为9d左右,同样以正常模式运行的A系统为对照;于第12d将B系统调整至正常模式.1.4分析方法DHA、ATP和PHB分别采用TTC-ETS法[13],荧光素-荧光酶法[14]和紫外分光光度法[15]进行测定,其中PHB标准样品为SIGMA公司产品.COD,NH4+-N,TP,OUR,VSS及MLSS等指标均采用标准方法[16]测定.微生物的监测点包括含有活性污泥的厌氧池、缺氧池和曝气池,共3个.DO采用HQ10便携式溶氧仪测定(美国HACH公司);pH值采用HI98127笔试pH计测定(HANNA中国公司);进水、混合液回流及污泥回流均采用BT100-1J蠕动泵(河北保定兰格公司).NH4+-N和TP测定采用UV-7504单光束紫外-可见分光光度仪(上海欣茂仪器公司).2结果与讨论2.1第1次冲击与提高R值修复2.1.1正常运行下的微生物活性监测在正常状况下系统运行130d以研究系统表现与各微生物生理生化活性之间的关系.曝气池OUR可以用来表征A2/O系统的硝化功能,实验测得常规OUR值介于7.1~13.3mg/(g·h)(以每gMLSS耗O2的量计,下同).DHA反映A2/O系统对有机污染物的代谢活性.当曝气池中DHA在30~40mg/(g·h)(以每gMLSS中转铁蛋白(TF)的量计,下同)时,A2/O系统对有机物污染物的去除效率较高.过高或过低的DHA均表现为出水中污染物浓度的增加,对有机污染物的去除效率下降[13].ATP含量的变化代表了活性污泥中活体微生物数量的增减,ATP的变化区间为1.14~1.86μg/g(以每gVSS中ATP的量计,下同).A2/O系统中PHB的转化状况与除磷功能密切相关.一般地,厌氧池中PHB1072中国环境科学29卷含量在23~28mg/g之间(以每gMLSS中PHB的量计,下同)[17].2.1.2低C/N冲击前后的微生物活性A、B系统曝气池的OUR在受冲击后的降幅均在85.0%左右.B系统的OUR值于第14d回升至7.215mg/(g·h),进入常规区间,到修复结束后基本恢复到冲击前水平,但作为对照的A系统第16d时仅回升至6.938mg/(g·h),比冲击前减小近20%,较常规区间下限7.1mg/(g·h)尚有不足,相比B系统还有17.3%的差距,这与A系统的出水NH4+-N较高,而NO3--N浓度较低相吻合(图2a).A、B系统曝气池的DHA在受冲击后的降幅分别达到91.9%和87.0%;B系统的DHA于第7d快速恢复到30.854mg/(g·h),进入高效区间,这较A系统提前了1d,之后进入缓慢回升阶段,修复进程中的动态变化较A系统更显稳定.2系统DHA的终值都在近40mg/(g·h),距冲击前水平都还有约9%的距离(图2b).A,B系统曝气池的ATP在受冲击后的降幅均在90%以上.修复过程中,系统ATP的动态变化同DHA的相似.B系统的ATP至第12d恢复到1.201μg/g,进入高效区间,较A系统提前了1d.第15d时的实测值在1.50μg/g左右,回升到了正常范围1.14~1.86μg/g中间,但离冲击前水平前水平还有约14%的差距(图2c).A、B系统厌氧池的PHB在受冲击后的降幅分别为77.2%和72.9%.修复过程中的动态变化同样比较相近.最后阶段的实测值在17mg/g左右,不足23mg/g的下限,离开冲击前水平还有约20%的差距(图2d).受到第1次冲击后,沉淀池中出现短时的部分污泥上浮及细小污泥絮体外漂现象.A2/O系统在极短时间内出水的COD、NH4+-N即出现超标,对硝化功能的负面影响尤其突出.采取提高R值的方法可以有效加快系统修复进程,经过5d左右的修复,出水COD和TP较快地回到了受冲击前水平.由于硝化细菌为自养菌,硝化功能的恢复要缓慢一些,本实验条件下得到的恢复期是8d,OUR与DHA明显的恢复历时差异同样可以印证.与此同时,A系统的自我修复程度更低(图3).5101505.010.0a.A系统B系统OUR[mg/(g⋅h)]51015025.050.0DHA[