基于MBBR-CAST工艺...污水处理厂提标改造效果研究_姜鸿.pdf

第 卷第 期 年 月广 州 化 工 .基于 工艺的污水处理厂提标改造效果研究姜 鸿，郑传奇，刘颖琪，刘龙梅，张 朋，楼朝刚，陈 伟（申能环境科技有限公司，浙江 杭州）摘 要：采用流化床生物膜反应器（）对原有循环式活性污泥法（）处理城镇污水进行提标改造。通过向原有 生化池中添加以聚氨酯为基材的 载体，建立高效脱氮系统。结果表明，经过 工艺改造之后，出水、总氮、氨氮、总磷值分别低于 、和.，符合浙江省地方标准 城镇污水处理厂主要水污染物排放标准排放要求。高通量测序结果表明，处理系统的最优势菌种是，分别在游离活性污泥和载体污泥样品中占比.和.。对污水处理有潜在能力的其他菌种如、等也被检出，这些菌种的协同作用保证了 组合工艺的高效处理性能。关键词：工艺；工艺；改造；载体；高通量测序中图分类号：文献标志码：文章编号：（）通讯作者：姜鸿（），男，硕士，中级工程师，主要方向水污染控制工程。，（.，.，）：（）（）.，.，“”，.，.，.：；城镇生活污水处理厂以处理市政生活污水为主要目标，在全国范围内广泛存在。目前现行的城镇污水厂普遍采用 国标一级 标准，浙江省根据自身生态发展需求，于 年提出浙江省地方标准 城镇污水处理厂主要水污染物排放标准（以下简称“浙江地标”）。循环式活性污泥法（）因具有运行灵活稳定、具有脱氮除磷功能等优点，广泛应用于中小型城镇污水处理厂中。近年来，随着人们生活水平的提高及对水质的要求，为满足新的地方城镇污水排放要求，污水处理厂需要通过对原有的处理工艺进行提标改造。目前，对生活的污水处理厂的提标改造方法较多，如通过优化控制运行工艺、改造原有处理工艺、升级处理工艺等。浙江省湖州市某污水厂在原有 处理工艺基础上，采用流化床生物膜反应器工艺（），即通过添加以聚氨酯为基材的 载体，构建 组合工艺，以期达到对污水处理厂提标改造的目的。本研究中，通过监测、氨氮、总氮、总磷四项主要出水水质指标，评价 组合工艺的处理效果，同时，采取 高通量测序方法，分析 组合工艺中悬浮活性污泥和生物膜上附着微生物的群落结构差异，及其优势菌种差异性，探讨微生物群落结构与处理效果的相互作用关系，为采用 法提标改造 工艺的推广使用奠定基础。实 验第 卷第 期姜鸿，等：基于 工艺的污水处理厂提标改造效果研究.提标改造方法图 功能性悬浮载体.本项目采用基于功能性 载体的原位改造工艺，不新增用地，无土建施工，改造过程仅需要向原有 生化池投放一定比例的载体，以及安装拦截筛网、穿孔曝气等配套设施，有利于提高池内生物量和功能性菌群丰度，使功能性菌群稳定传代，提高运行稳定性。本项目采用自主研发的功能性悬浮载体（图），以亲水改性聚氨酯为架构，内部填装活性炭微粒，可建立高效的脱氮系统，并有效去除难降解。本次原位改造实现边生产边施工，单池有效安装施工时间控制在 天以内。从 年 月初进行，月 日基本完成改造安装工程，月 日调试结束，实现浙江地标表 标准达标排放。表 改造前后主要水污染物排放标准 （）主要污染物指标氨氮总氮总磷一级 标准（改造前）（）.表 标准（改造后）.（）（）.括号外数值为水温 时的控制指标，括号内数值为水温时的控制指标。括号内数值为 月 日至次年 月 日的控制指标。.常规指标监测方法本研究常规指标监测方法均采用标准方法，其中，采用重铬酸盐法测定化学需氧量（），用钼酸铵分光光度法测定总磷（），采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定总氮（），采用纳氏试剂分光光度法测定氨氮（）。.微生物群落结构解析方法分别收集 池中游离的活性污泥和载体污泥，污泥样品分别编号（游离活性污泥）、（载体污泥），将两个污泥样品送往上海美吉生物医药科技有限公司，在 平台上进行 高通量测序，并对获取的数据进行生物信息分析，比较两个污泥样品的微生物群落多样性、群落结构及优势菌种之间的差异性，从而分析经 提标改造后的 池中游离活性污泥与载体上污泥群落结构的异同。结果与讨论.进水水质分析本研究采用 技术对污水处理厂 工艺进行提标改造。由于改造前处于丰水期，改造期间处于枯水期，因此，改造前后进水水量差异巨大，改造前水量超过 ，枯水期不到 。改造前后进水水质变化如图（）所示，改造前后，进水水质、水量波动巨大，进水、氨氮、总氮均有显著提升；改造前进水氨氮均值不超过 ，而改造完成后进水氨氮均值接近 。通过对比单日进水 值可以看出，早晚两次瞬时值差异巨大，改造期间早晚进水 甚至相差超过 倍以上（见图（）。这些水质波动变化都对改造过程中的抗冲击能力提出更高要求。图 改造前后主要污染物月平均指标（）和单日进水 值（）变化情况.（）（）.提标改造效果分析采用 技术对污水处理厂 工艺进行提标改造，改造过程中对出水主要污染物指标进行监测，主要有出水 值、总氮、氨氮、总磷，对标原一级 国标和新浙江地标，分析评价 提标改造效果，具体分析如下：.图 改造前后出水 值的变化情况.由图 可知，提标改造前后，出水 值均低于原一级 国标和新浙江地标。从进水水质变化可以看出，虽然改造后进水水质较改造前更差，水量更多，但经过 改造后的 工艺对污水的 处理依然可以达标，说明 的添加能够在一定程度上提高 处理污水 的能力。类似 广 州 化 工 年 月地，吴生余等通过利用 组合系统使出水稳定达一级 排放标准。组合系统通过添加填料，能够为微生物提供更良好的生存环境，从而达到更优的处理效果。.总氮和氨氮改造前后出水总氮、氨氮的变化情况如图 所示。由图（）可知，改造之前，大多数时候出水总氮能满足新浙江地方标准，但是，经过 工艺改造之后，出水总氮均能达到新浙江地标要求。另外，改造之前，出水氨氮均能达到原一级 国标，但多数情况下无法达到新浙江地标要求；经过 工艺改造之后，出水氨氮值低于 （见图（），远低于提标改造之前的数值，均能达到新浙江地标要求。从出水总氮和氨氮数据可以看出，经 工艺改造后的 工艺对氮具有较好的去除效果。图 改造前后出水总氮（）和氨氮（）的变化情况.（）（）.总磷图 改造前后出水氨氮的变化情况.由图 可以看出，经 改造前后，工艺对总磷的去除率较好，除个别点外，虽然进水水质波动较大，但改造前后出水总磷的值均低于.，均能达到新浙江地方标准，这与出水 值的变化情况类似如图（）所示，但经对比分析可知，改造之后出水总磷的值更为稳定。.微生物群落结构分析生活污水的处理是通过各个生物处理单元中的活性污泥作用完成的，因此处理单元的处理效果与活性污泥的微生物群落组成和优势菌种密切相关。本研究中，为探讨提标改造后 系统中游离活性污泥与载体污泥群落结构差异情况，将两个样品进行高通量测序及分析，两个样品在门和科两个分类学水平上的群落结构组成和分布情况见图 可以看出，游离活性污泥（）和载体污泥（）两个样品的微生物组成有一定差异。由图（）可知，在门分类学水平上，是两个样品中的最优势菌种，分别在游离活性污泥和载体污泥样品 中 占 比.和.，其 次 是和。在游离活性污泥样品中占比较高（.），是载体污泥的 倍，而 在载体污泥上占比较高（.），是活性污泥的.倍。在科分类学水平上，是游离活性污泥和载体污泥样品中的最优势菌种，分别占比.和.（图（）。提标改造后 系统中检出的菌种来自于 个门类，说明系统中微生物种类的多样性和复杂性，这些菌种也被证实广泛存在于污水处理系统中。等在生活污水处理系统中发现菌种、等是优势菌种。图 各分类学水平上活性污泥（）和载体污泥（）样品中的微生物群落结构.（）（）游离活性污泥与载体污泥的微生物群落结构与组成的 图见图。由图 可以看出，游离活性污泥与载体污泥的微生物群落结构呈现出一定差异性。在两个活性污泥样品中，菌种、和 在两个污泥样品中多占优势地位，它们在两个样品 中 分 别 占.和.，其 中 最 优 势 菌 种 是，它在活性污泥和载体污泥中各占比.和.。另外，与活性污泥相比，载体污泥中的（.）和 （.）较为丰富。而菌种（.）、（.）、（.）、（.）和（.）仅在载体污泥（）中占比较高，在活性污泥中几乎未检出，说明载体生物膜环境更适宜这些菌种的生存，也说明第 卷第 期姜鸿，等：基于 工艺的污水处理厂提标改造效果研究 组 合 工 艺 更 有 利 于 菌 种 的 生 长。另 外，、等菌种也同时在活性污泥和载体污泥上被检出。图 活性污泥（）和载体污泥（）样品中前 个最丰富属的 图.（）（）菌种 在研究中被证实存在于脱氮污水处理系统中，等等从市政活性污泥中分离得到菌种.，此菌种对氨氮（.）、亚硝酸盐氮（.）和硝酸盐氮（.）的去除率分别约为.、.和.，具有高效异养硝化和好氧反硝化能力。的高度富集可能与糖原积累的微生物有关，这些微生物能够有效利用废水中的碳源。对城市污水具有一定处理潜力，被证实存在于多个市政污水处理系统中。以上这些菌种的耦合作用能够确保污染物的去除，保证 组合工艺去除污染物的性能。结 论本研究采用 技术对污水处理厂 工艺进行提标改造，改造过程中对出水主要污染物指标进行监测，结果表明，出水、总氮、氨氮、总磷均能达到浙江省城镇污水处理厂主要水污染物排放标准（）要求，说明采用 对 工艺进行提标改造取得了较好的效果。利用 高通量测序技术对 组合工艺中载体污泥和游离污泥的微生物群落结构进行分析，结果表明在各分类学水平上，游离活性污泥与载体污泥的微生物群落结构呈现出一 定 差 异 性，且 对 污 水 处 理 有 一 定 潜 力 的 菌 种 如、等 同 时 被 检 出，推 测 组合工艺的良好处理效果与这些菌种的相互协作密切相关。参考文献 李易寰，许凌云，吴振宇.循环式活性污泥法工艺运行效果及优化控制方案水处理技术，（）：.，.（），（）：.邹文慧，刘咏，周后珍，等.基于提标升级改造的 工艺优化研究水处理技术，（）：.邓伟斌.南方某污水处理厂 工艺提标改造中国给水排水，（）：.遇光禄，周文明，陈锦萍，等.常山县某污水处理厂扩建及提标改造工程设计中国给水排水，（）：.任明华.工艺的性能和优化运行研究上海：同济大学，.吴生余，汤嵩瑜，胡婷婷.工艺在污水处理厂提标改造中的应用净水技术，（）：.，.，：.，.：，：.，.（），：.，.，：.，.：，：.，.，：.，.，：.，（）：.