摘要:將綠色技術(shù)融入污水治理，研究了厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)-連續(xù)流完全混合反應(yīng)器(CSTR)-生態(tài)單元一體化反應(yīng)設(shè)備處理船舶生活污水，生物單元通過污泥循環(huán)與硝化液回流實現(xiàn)富集反硝化聚磷菌(DPAOs)。結(jié)果表明，當(dāng)ABR進水容積負荷(VLR)為1.2kg/(m3·d)，CSTR反應(yīng)區(qū)DO的質(zhì)量濃度為1.5～2.5mg/L，污泥停留時間20d，80%的污泥回流體積比、200%硝化液回流體積比時，反硝化除磷效果為佳。生態(tài)單元改善能源渠道，皇冠草(Echinodorusamazonicus)與基質(zhì)、微生物在生態(tài)循環(huán)下緩沖水質(zhì)波動和深度降解，出水COD、TP和TN去除率分別達到94%、81%和82%。系統(tǒng)在高效去除碳氮磷的同時可良好應(yīng)對船舶生活污水高SS和BOD5，為實際工程兼具景觀效益和處理效能提供理論思路。

　　關(guān)鍵詞:船舶生活污水;反硝化聚磷菌;景觀型;生態(tài)處理;一體化裝置

　　全球社會和經(jīng)濟的高速發(fā)展使航運交流增多，頻繁的水上活動使河道及近海的環(huán)境問題日趨嚴重。船舶生活污水碳氮負荷高、波動大，長期缺乏及時處理會引起水體富營養(yǎng)化，嚴重威脅水質(zhì)安全[1-2]。亟需對船舶生活污水進行有效處理，滿足聯(lián)合國海事組織MEPC.200(62)決議和GB3552-2018[3]。目前，船舶生活污水的主要處理方法為物理法、化學(xué)法和生物法，基本沿用改進的市政生活污水處理法[4]。

　　尋求更高效穩(wěn)定的處理策略極具意義。反硝化除磷技術(shù)具有高效、能耗低的優(yōu)勢[5]。Candidatus、Accumulibacter及Dechloromonas等反硝化聚磷菌(DPAOs)厭氧時將揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)同化為內(nèi)碳源物質(zhì)(PHAs)，同時水解胞內(nèi)聚磷酸鹽(Poly-P)為磷酸鹽，在缺氧段以NOx-N作電子受體過量吸磷，完成碳源同步脫氮吸磷，較傳統(tǒng)聚磷菌(PAOs)，“一碳兩用”節(jié)約碳源和氧的需求[6-8]。同時在強化綠色生態(tài)技術(shù)融合污水處理技術(shù)的時代背景下，人們對于治理環(huán)境要求更嚴格，將植物用于凈化水質(zhì)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)獲得國內(nèi)外廣泛關(guān)注。水生植物可固定N、P等營養(yǎng)元素并吸附水中物質(zhì)沉降，增強水體溶氧，通過化感作用(Allelopathy)抑制藻類繁殖，提升水體澄清度，改善能源渠道和生態(tài)環(huán)境，為污水處理裝置創(chuàng)造生態(tài)景觀效益[9]。

　　面對水質(zhì)波動，良好的生態(tài)循環(huán)具有緩沖反饋，因而將反硝化除磷與生態(tài)處理結(jié)合運用具有可持續(xù)的成本效益。本研究探討低能耗、穩(wěn)定高效治理船舶生活污水的運行策略，結(jié)合污水生物處理和生態(tài)法，采用有效分離生物相的厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)為除磷提供優(yōu)質(zhì)碳源，接入連續(xù)流完全混合反應(yīng)器(CSTR)實現(xiàn)穩(wěn)定的硝化性能[10]。ABR-CSTR連續(xù)流組合工藝可將功能微生物分離并處于各自適宜生長環(huán)境，利于DPAOs的穩(wěn)定富集，出水利用生態(tài)缸中水生植物、基質(zhì)、微生物循環(huán)作用緩沖水質(zhì)波動、深度降解污染物，在實現(xiàn)景觀效益的同時為污水治理的實際應(yīng)用提供策略指導(dǎo)。

　　1實驗部分

　　1.1實驗裝置

　　采用ABR-CSTR-生態(tài)缸一體化反應(yīng)裝置運行。反應(yīng)裝置由豎向?qū)Я靼宸譃?隔室的ABR、CSTR反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)，有效容積分別為5.4、2.7、1.8L。ABR1、ABR2隔室為厭氧，CSTR硝化液通過回流進入ABR3構(gòu)成缺氧態(tài)，污泥回流為缺氧區(qū)至ABR2;生態(tài)單元容積27L，由水生植物、魚類(金鯽魚)和基質(zhì)構(gòu)成，栽培水深35cm的皇冠草(Echinodorusamazonicus)，基質(zhì)采用天然亞熱帶酸性肥沃黑土制成的水草泥。生態(tài)單元與船舶所處環(huán)境高度一致，提供景觀性的同時通過生態(tài)循環(huán)發(fā)揮自凈作用。

　　1.2接種污泥與污水

　　實驗接種污泥取自蘇州某污水處理廠池底絮狀污泥，表觀為深黑色，具有良好活性。經(jīng)2mm篩網(wǎng)過濾后實行2d悶曝，接著接種于ABR-CSTR中。污泥約為ABR各隔室體積的2/3，CSTR段污泥容積指數(shù)(SVI)105.5mL/g，MLSS的質(zhì)量濃度5500mg/L。實驗用船舶生活污水采用基于生活區(qū)廁所廢水優(yōu)化配置的模擬進水，為更貼近船舶生活污水水質(zhì)，向污水中加入質(zhì)量濃度50mg/L高嶺土增加濁度;投加碳酸氫鈉(NaHCO3)調(diào)節(jié)pH，確保系統(tǒng)所需堿度同時排除干擾。COD為332～373mg/L，BOD5為120～235mg/L，NH4+-N、PO43--P、SS的質(zhì)量濃度分別為48～52、4.8～6.1、290～370mg/L，溫度26～28℃，pH為7.5～8.0。

　　1.3運行策略

　　實驗設(shè)置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ5個階段。通過逐漸縮短工藝的水力停留時間(HRT)改變ABR進水容積負荷(VLR)，污泥回流體積比(R1)設(shè)置為80%，設(shè)置系統(tǒng)污泥停留時間(SRT)為20d，通過沉淀區(qū)排泥實現(xiàn)除磷。在系統(tǒng)優(yōu)化的VLR基礎(chǔ)上，調(diào)整Ⅳ、Ⅴ階段硝化液回流體積比(R2)，各自運行21d和15d。好氧區(qū)常規(guī)曝氣下控制DO的質(zhì)量濃度為1.5～2.5mg/L。

　　1.4分析方法

　　COD及BOD5，NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TN，PO43--P、TP含量等各常規(guī)指標按標準方法分析[11];MLSS、MLVSS含量，稱量法;DO含量采用HACHHQ30d便攜式測定儀，pH用FiveGoF2便攜酸度計，VFAs含量采用滴定法，污泥形態(tài)采用OlympusCX41三目生物顯微鏡觀察。為反映系統(tǒng)DPAOs富集效果，取ABR3污泥經(jīng)厭氧釋磷2h后，批次實驗?zāi)�擬缺氧(加入適量KNO3，攪拌)和好氧(曝氣，DO質(zhì)量濃度為1.5～2.5mg/L)環(huán)境，通過2種條件下吸磷速率比(PUR)量化反硝化聚磷量，可近似表征DPAOs在PAOs中的比[12]。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1有機物去除分析

　　ABR1經(jīng)水解酸化有機物產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)碳源，供DPAOs在生物體內(nèi)合成胞內(nèi)聚合物(PHB)，其為實現(xiàn)缺氧同步脫氮除磷的電子供體[13]。各工況下ABR-CSTR工藝COD去除情況。進水有機負荷為0.9kg/(m3·d)時，ABR出水COD小于80mg/L。隨HRT縮短，ABR1出水COD逐漸升高，CSTR出水COD在50mg/L上下。HRT減小使ABR中接種的絮狀污泥因不斷淘洗而逐漸形成顆粒化，使ABR段COD去除穩(wěn)定高效。

　　系統(tǒng)中碳源量并不足以使吸收VFA合成聚β羥基丁酸脂的聚糖菌(GAO)具有生長優(yōu)勢而影響聚磷菌釋磷[14];ABR段降解大量COD，使出水中COD較低，未對后續(xù)好氧段充分硝化反應(yīng)產(chǎn)生影響。連續(xù)流工藝對COD去除率可維持于90%以上。同時系統(tǒng)出水中BOD持續(xù)低于17mg/L，BOD5較高為船舶生活污水的一項特點，BOD5/COD在0.37～0.5認為可生化性較強，說明高效脫氮除磷技術(shù)適用于船舶生活污水的處理。

　　2.2脫氮效能分析

　　電子受體不足會使反硝化除磷效果不佳，良好的硝化對實現(xiàn)高效同步脫氮除磷十分關(guān)鍵。VLR從0.9kg/(m3·d)升高為1.2kg/(m3·d)，CSTR內(nèi)NH4+-N去除率逐步上升;隨著系統(tǒng)運行，NH4+-N去除率趨于穩(wěn)定，說明硝化菌及反硝化菌對容積負荷波動沖擊具有適應(yīng)性。NH4+-N去除率維持在90%以上，出水NH4+-N的質(zhì)量濃度在5mg/L以下。3結(jié)論構(gòu)建ABR-CSTR-生態(tài)單元一體化裝置實現(xiàn)反硝化除磷高效穩(wěn)定處理船舶生活污水，ABR進水容積負荷為1.2kg/(m3·d)，CSTR段DO的質(zhì)量濃度為1.5～2.5mg/L，污泥沉淀時間2.3h，SRT為20d，污泥回流體積比及硝化液回流體積比分別為80%和200%時，反硝化除磷效果為佳，此時缺氧吸磷速率9.96mg/(g·h)，好氧吸磷速率7.27mg/(g·h)，DPAOs約為聚磷菌總量73%，高于傳統(tǒng)活性污泥工藝。

　　污水處理論文范例：河北某化工園區(qū)污水深度處理工藝設(shè)計

　　污染物經(jīng)生態(tài)單元深度降解，生態(tài)單元進一步降低H4+-N、TN及TP含量，具良好的生態(tài)反饋和緩沖波動作用;出水COD和TP、TN質(zhì)量濃度分別為17.83mg/L和0.97、10.90mg/L，COD、TP和TN去除率可達94%、81%和82%，實現(xiàn)碳氮磷達標排放。景觀一體化反應(yīng)裝置可良好應(yīng)對船舶生活污水高SS及BOD5特性，出水SS的質(zhì)量濃度分別小于20mg/L及17mg/L，同時裝置兼具一定的生態(tài)美感，為污水治理領(lǐng)域中綠色技術(shù)的融入提供理論參考。

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　　作者：王昕竹1，張星星1，馬睿莉1，徐樂中1，2，吳鵬1，2，劉文如1，2