2結(jié)果與討論

2.1污染物的沿程變化規(guī)律

從圖3（a）可知，沿著進(jìn)水方向，單元格的COD去除能力呈現(xiàn)明顯遞減的變化規(guī)律。其中，1區(qū)和2區(qū)主要承擔(dān)COD去除功能，3區(qū)和4區(qū)的COD濃度有一定變化，最后兩個(gè)區(qū)域COD濃度變化不明顯。經(jīng)分析，原因可能是前兩個(gè)區(qū)微生物有充足的底物營養(yǎng)，活躍性較高，可以優(yōu)先去除易降解的有機(jī)物。后面的幾個(gè)單元格則是通過微生物作用將難降解的有機(jī)物先轉(zhuǎn)化為易降解的小分子物質(zhì)，再去除一部分有機(jī)物質(zhì)。從圖3（b）可以看出，整個(gè)系統(tǒng)對NH3-N的去除效果很好，其中反應(yīng)器的前兩個(gè)區(qū)主要承擔(dān)去除NH3-N的任務(wù)。從1區(qū)到3區(qū)，NH3-N濃度有明顯的下降，反應(yīng)器后面的區(qū)域NH3-N濃度也呈現(xiàn)下降趨勢。根據(jù)生物脫氮原理，好氧池發(fā)生硝化作用，其將銨離子（NH4+）與亞硝酸根離子（NO2-）轉(zhuǎn)換成硝酸根（NO3-），這是NH3-N濃度下降的主要原因。從圖3（c）可以看出，除了6區(qū)，ISBS生物反應(yīng)器的其他5個(gè)區(qū)對TN的去除能力相當(dāng)。NH3-N與TN的沿程變化規(guī)律表明，ISBS生物反應(yīng)器內(nèi)，在充足的氧氣條件下，亞硝化菌與硝化菌能很好地將NH3-N轉(zhuǎn)化，去除NH3-N，而ISBS生物反應(yīng)器內(nèi)生物膜的厭氧結(jié)構(gòu)可能不夠豐富，造成反硝化能力不足，致使TN依然存在于系統(tǒng)中。

圖3常規(guī)污染物的沿程變化規(guī)律

2.2 DO的沿程變化規(guī)律

ISBS生物反應(yīng)器DO濃度沿程變化如圖4所示。ISBS生物反應(yīng)器內(nèi)，DO濃度沿著水流方向呈現(xiàn)梯度式增加。1區(qū)和2區(qū)去除掉8月26日DO濃度數(shù)據(jù)，平均DO濃度分別為1.3 mg/L、1.9 mg/L，其余四個(gè)區(qū)域的平均DO濃度分別為3.5 mg/L、3.9 mg/L、5.3 mg/L、5.7 mg/L。污水中的有機(jī)物和氧氣分別從生物膜的兩側(cè)進(jìn)入，即兩者的濃度梯度相反，這對水解水中有機(jī)物有利。ISBS生物反應(yīng)器的前端有機(jī)物濃度最大，但DO濃度最小，而反應(yīng)器后端則恰好相反，微生物生長的兩個(gè)影響因子得以相互協(xié)調(diào)和抑制，從而促使生物膜協(xié)調(diào)地生長在相對穩(wěn)定的厚度范圍，既有利于污染成分的有效去除，又能減少生物膜脫落，從而產(chǎn)生更少的污泥。根據(jù)污染物的沿程變化規(guī)律，ISBS生物反應(yīng)器前兩個(gè)區(qū)域DO濃度控制在1.3～3.5 mg/L，該工藝具有良好的脫氮性能與有機(jī)物去除能力。

圖4 DO沿程變化規(guī)律

2.3 pH的沿程變化規(guī)律

理論上，引起ISBS生物反應(yīng)器pH變化的主要過程有反硝化、聚磷菌攝食磷、異氧微生物分解代謝過程產(chǎn)生CO2、好氧池曝氣將CO2帶離水體。進(jìn)水pH基本保持在7～8，污水進(jìn)入好氧池，pH有所升高。ISBS生物反應(yīng)器的pH在8.5～9.0波動(dòng)，比較穩(wěn)定，相比原水，pH有所升高，這是各種反應(yīng)過程協(xié)同的結(jié)果。好氧池的pH不盡相同，并不具備規(guī)律性。資料顯示，pH保持在7.0～8.0，硝酸與反硝化細(xì)菌具有最強(qiáng)的活性，而ISBS生物反應(yīng)器幾乎所有區(qū)域pH都較高，可能會(huì)限制反硝化范圍。

2.4脫氫酶活性

如圖5所示，整個(gè)系統(tǒng)的微生物活性均保持在30 IU/g以上，由于中試進(jìn)水濃度的不確定性，微生物活性隨進(jìn)水濃度呈現(xiàn)一定的變化，但變化不大。經(jīng)微生物相比較，ISBS生物反應(yīng)器2區(qū)的微生物活性大于5區(qū)，原因可能是前端有機(jī)物濃度高于后端，即微生物活性與底物濃度成正比。5區(qū)位于ISBS生物反應(yīng)器后端，后端存在許多微型動(dòng)物，微型動(dòng)物主要攝食細(xì)菌和污泥碎塊，后端酶活性較低。微型動(dòng)物的捕食作用對污泥脫氫酶活性有一定的抑制作用。2區(qū)與5區(qū)脫氫酶活性相差不大，經(jīng)分析，原因可能是底物濃度不足，微生物會(huì)消耗自身儲(chǔ)存的營養(yǎng)進(jìn)行代謝，根據(jù)內(nèi)源代謝特點(diǎn)，污泥產(chǎn)生量可以得到削減。

圖5不同樣品的脫氫酶活性

2.5胞外聚合物

ISBS生物反應(yīng)器不同樣品的蛋白質(zhì)、多糖和EPS變化如圖6所示。隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，ISBS生物反應(yīng)器前端與后端的多糖含量都呈現(xiàn)上升趨勢，系統(tǒng)環(huán)境適合微生物生長，生物膜對污泥產(chǎn)生量減少有促進(jìn)作用。相比5區(qū)，2區(qū)多糖含量較高，原因可能是ISBS生物反應(yīng)器后端存在微型動(dòng)物，微型動(dòng)物捕食細(xì)菌，對細(xì)菌包裹的胞外聚合物進(jìn)行拉扯、破壞和攝食。系統(tǒng)前端EPS含量逐漸上升，尤其是最后兩次采樣，這種現(xiàn)象可能與系統(tǒng)的再啟動(dòng)有關(guān)，第4次與第5次采樣時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行3 d，突然的進(jìn)水沖擊可能導(dǎo)致生物膜活性增長，微生物吸收消耗營養(yǎng)底物的速度加快，胞外聚合物中有機(jī)物含量增多。除了第2次采樣，后端幾次采樣EPS含量只有很小的差異，EPS總量對生物絮凝能力、沉降性能和表面負(fù)荷有重要影響，顆粒物水解能夠限制污泥減量，可也從側(cè)面反映后端微型動(dòng)物捕食的污泥減量能力。

圖6不同樣品的蛋白質(zhì)、多糖和EPS含量

3結(jié)論

ISBS生物反應(yīng)器前兩個(gè)單元格主要用于去除大部分污染物，后面的單元格則能分解難降解的大分子物質(zhì)，從而使整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)優(yōu)秀的污水處理能力。DO濃度沿水流方向增加，ISBS生物反應(yīng)器的6個(gè)區(qū)域平均DO濃度分別為1.3 mg/L、1.9 mg/L、3.5 mg/L、3.9 mg/L、5.3 mg/L和5.7 mg/L，當(dāng)前兩個(gè)區(qū)域DO濃度控制在1.3～3.5 mg/L時(shí)，該工藝具有良好的脫氮性能與有機(jī)物去除能力。整個(gè)系統(tǒng)的脫氫酶活性均保持在30 IU/g以上，ISBS生物反應(yīng)器前端的微生物活性大于后端，前端底物充足，微生物活躍性高。后端微型動(dòng)物的攝食作用抑制微生物活性，使得后端細(xì)菌通過消耗自身儲(chǔ)存的營養(yǎng)進(jìn)行代謝，依據(jù)內(nèi)源代謝原理，污泥產(chǎn)生量得到削減。ISBS生物反應(yīng)器可以為不同微生物提供穩(wěn)定的生長區(qū)域，使生物膜微生物量一直保持動(dòng)態(tài)平衡，微生物也更加豐富，這是強(qiáng)化污泥減量的重要原因。