污水廠二級(jí)出水深度處理O3+MBSF工藝及微生物群落結(jié)構(gòu)特性研究.pdf

1、隨著我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理率的不斷提高，污水資源化已受到當(dāng)今社會(huì)越來(lái)越多的關(guān)注。近年來(lái)，由于社會(huì)進(jìn)步、工農(nóng)業(yè)發(fā)展以及城鎮(zhèn)居民生活水平的提高所帶來(lái)的水污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。重金屬、農(nóng)藥類、PhACs等痕量污染物質(zhì)不僅在城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)的進(jìn)水中發(fā)現(xiàn)，也在其出水中發(fā)現(xiàn)，一方面影響了污水的再生利用，同時(shí)危及了水環(huán)境生態(tài)安全性。
　　本文分析了分別采用“三溝式氧化溝”、“厭氧選擇池+改良型Carrousel氧化溝”和“曝氣生物濾池”二級(jí)處理工藝的A、

2、B、C三座城市污水處理廠二級(jí)出水水質(zhì)特征，評(píng)價(jià)了出水中 PhACs的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，最終確定了目標(biāo)污水處理廠及深度處理工藝。以 A污水處理廠作為目標(biāo)污水廠進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)石英砂濾料分別進(jìn)行親水、疏水及鐵離子三種不同方式改性，確定了臭氧（O3）最佳投加量及反應(yīng)時(shí)間，研究了“O3+MBSF”組合工藝對(duì)污水廠二級(jí)出水中常規(guī)及痕量污染物的去除效能和去除機(jī)理，并研究了生物砂濾池生物膜微生物菌落特征。
　　在臭氧預(yù)氧化時(shí)間為15min、投加量為3m

3、g/L時(shí)，臭氧對(duì)二級(jí)出水中色度、UV254和COD的去除率分別為47.96％、20.30%和12.81%，二級(jí)出水的BOD5/COD值提高至0.4以上。改性試驗(yàn)石英砂濾料的電鏡掃描結(jié)果顯示：經(jīng)親水改性后石英砂濾料表面呈現(xiàn)出網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，比表面積增大；經(jīng)疏水改性和鐵離子改性后，濾料表面由于形成了一定團(tuán)狀堆積物而變得較為粗糙，孔隙率增大。當(dāng)水力負(fù)荷為4.5m3/(m2·h)時(shí)，生物砂濾池系統(tǒng)中生物膜厚度均在47~102μm范圍內(nèi)，屬超薄好氧

4、生物膜，對(duì)氨氮、有機(jī)物等有較高的去除效果。在臭氧與普通、親水改性、疏水改性和鐵離子改性四種生物砂濾池組合工藝中，親水及鐵離子改性生物砂濾池對(duì) NH3-N的去除效果最好，平均去除率分別為88.24%和83.98%，普通及疏水改性生物砂濾池分別為73.06%和69.38%，上述四種組合工藝對(duì) UV254的平均去除率分別為23.02%、27.38%、29.39%和26.46%，對(duì) COD的平均去除率分別為23.21%、34.27%、21.11

5、%和31.45%，四種組合工藝出水色度均在12度以下，出水濁度均在2.0NTU以下。
　　目標(biāo)污水A廠二級(jí)出水中痕量污染物分析結(jié)果表明：Hg、Cd、Pb和Ni四種重金屬平均濃度分別為5.572μg/L、0.707μg/L、4.017μg/L和10.312μg/L，“O3+MBSF”組合工藝對(duì)重金屬的去除主要依靠生物絮凝和生物吸附，石英砂改性方式對(duì)去除效果影響較小，四種組合工藝對(duì)Hg、Cd、Pb和Ni去除率分別為79%～82%、81

6、%～86%、79%～83%和81%～83%；DBP、BBP、DEHP和DNOP等四種鄰苯二甲酸脂類物質(zhì)的平均濃度分別為0.976μ g/L、1.039μ g/L、0.735μ g/L和7.103μ g/L，臭氧與親水改性生物砂濾池組合工藝對(duì)其表現(xiàn)出較高去除效果，對(duì)DBP、BBP、DEHP和DNOP的去除率分別為72.19%、68.14%、52.62%和69.30%；γ-HCH平均濃度為0.112μ g/L，不同方式改性對(duì)γ-HCH平均去

7、除率影響較小，普通、親水、疏水和鐵離子改性生物砂濾池組合工藝平均去除率分別為51.78%、59.89%、58.44%和62.29%；環(huán)丙沙星、脫水紅霉素和四環(huán)素平均濃度為47.88ng/L、525.17ng/L和149.51ng/L，疏水改性生物砂濾池組合工藝對(duì)環(huán)丙沙星、四環(huán)素去除效果不穩(wěn)定，對(duì)紅霉素的平均去除率為23.62%；臭氧與普通、親水改性、鐵離子改性生物砂濾池三種組合工藝對(duì)四環(huán)素去除效果相差不大，平均去除率分別為46.56%、

8、46.59%和46.61%；普通生物砂濾池組合工藝對(duì)環(huán)丙沙星去除效果不穩(wěn)定，對(duì)脫水紅霉素去除率為52.15%；親水改性生物砂濾池組合工藝對(duì)環(huán)丙沙星平均去除率為90.44%，對(duì)脫水紅霉素平均去除率為34.41%；鐵離子改性生物砂濾池組合工藝對(duì)環(huán)丙沙星平均去除率為92.24%，對(duì)脫水紅霉素平均去除率為34.09%。
　　對(duì)比親水、疏水、鐵離子改性生物砂濾料和普通生物砂濾料樣品覆膜在微生物菌落特征方面的差異發(fā)現(xiàn)，改性后濾料表面出現(xiàn)了親水

9、性變、疏水性變或表層鐵離子性變，同時(shí)粗糙度增加。通過(guò)多樣性指數(shù)分析可知，在同等基質(zhì)和環(huán)境條件下，鐵離子改性生物砂濾料樣品中細(xì)菌多樣性最高，通過(guò) MiSeq高通量對(duì)四組生物樣品進(jìn)行檢測(cè)，共檢測(cè)到27個(gè)菌門(mén)，其中，變形菌門(mén)（Proteobacteria）為優(yōu)勢(shì)菌門(mén)。從屬的層面進(jìn)行分析，本研究中發(fā)現(xiàn)了可能具備水解功能或抗藥性的四種菌屬，即溶桿菌、腸球菌、陶厄氏菌屬、新鞘氨醇桿菌屬；在普通生物砂濾料樣品中溶桿菌及陶厄氏菌屬具有較高豐度，在親水改

10、性生物砂濾料樣品中硝化螺菌屬及新鞘氨醇桿菌屬具有較高豐度，在疏水改性生物砂濾料樣品中反硝化菌屬具有較高豐度，在鐵離子改性生物砂濾料樣品中亞硝化單胞菌屬、除磷菌和腸球菌屬具有較高豐度。從功能角度進(jìn)行劃分，亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）在AOB功能菌中占優(yōu)勢(shì)；硝化螺菌屬（Nitrospira）在NOB功能菌中占優(yōu)勢(shì)；系統(tǒng)中的反硝化優(yōu)勢(shì)功能菌為優(yōu)索氏菌屬（Thauera）、紅桿菌屬（Rhodobacter）、黃桿菌屬（Flavob