摘要:將綠色技術融入污水治理，研究了厭氧折流板反應器(ABR)-連續流完全混合反應器(CSTR)-生態單元一體化反應設備處理船舶生活污水，生物單元通過污泥循環與硝化液回流實現富集反硝化聚磷菌(DPAOs)。結果表明，當ABR進水容積負荷(VLR)為1.2kg/(m3·d)，CSTR反應區DO的質量濃度為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。生態單元改善能源渠道，皇冠草(Echinodorusamazonicus)與基質、微生物在生態循環下緩沖水質波動和深度降解，出水COD、TP和TN去除率分別達到94%、81%和82%。系統在高效去除碳氮磷的同時可良好應對船舶生活污水高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。

　　關鍵詞:船舶生活污水;反硝化聚磷菌;景觀型;生態處理;一體化裝置

　　全球社會和經濟的高速發展使航運交流增多，頻繁的水上活動使河道及近海的環境問題日趨嚴重。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化，嚴重威脅水質安全[1-2]。亟需對船舶生活污水進行有效處理，滿足聯合國海事組織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]。

　　尋求更高效穩定的處理策略極具意義。反硝化除磷技術具有高效、能耗低的優勢[5]。Candidatus、Accumulibacter及Dechloromonas等反硝化聚磷菌(DPAOs)厭氧時將揮發性脂肪酸(VFAs)同化為內碳源物質(PHAs)，同時水解胞內聚磷酸鹽(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，較傳統聚磷菌(PAOs)，“一碳兩用”節約碳源和氧的需求[6-8]。同時在強化綠色生態技術融合污水處理技術的時代背景下，人們對于治理環境要求更嚴格，將植物用于凈化水質的生態修復技術獲得國內外廣泛關注。水生植物可固定N、P等營養元素并吸附水中物質沉降，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環境，為污水處理裝置創造生態景觀效益[9]。

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

　　1實驗部分

　　1.1實驗裝置

　　采用ABR-CSTR-生態缸一體化反應裝置運行。反應裝置由豎向導流板分為3隔室的ABR、CSTR反應區和沉淀區，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構成缺氧態，污泥回流為缺氧區至ABR2;生態單元容積27L，由水生植物、魚類(金鯽魚)和基質構成，栽培水深35cm的皇冠草(Echinodorusamazonicus)，基質采用天然亞熱帶酸性肥沃黑土制成的水草泥。生態單元與船舶所處環境高度一致，提供景觀性的同時通過生態循環發揮自凈作用。

　　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2mm篩網過濾后實行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(SVI)105.5mL/g，MLSS的質量濃度5500mg/L。實驗用船舶生活污水采用基于生活區廁所廢水優化配置的模擬進水，為更貼近船舶生活污水水質，向污水中加入質量濃度50mg/L高嶺土增加濁度;投加碳酸氫鈉(NaHCO3)調節pH，確保系統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)設置為80%，設置系統污泥停留時間(SRT)為20d，通過沉淀區排泥實現除磷。在系統優化的VLR基礎上，調整Ⅳ、Ⅴ階段硝化液回流體積比(R2)，各自運行21d和15d。好氧區常規曝氣下控制DO的質量濃度為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，污泥形態采用OlympusCX41三目生物顯微鏡觀察。為反映系統DPAOs富集效果，取ABR3污泥經厭氧釋磷2h后，批次實驗模擬缺氧(加入適量KNO3，攪拌)和好氧(曝氣，DO質量濃度為1.5～2.5mg/L)環境，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結果與討論

　　2.1有機物去除分析

　　ABR1經水解酸化有機物產生優質碳源，供DPAOs在生物體內合成胞內聚合物(PHB)，其為實現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去除穩定高效。

　　系統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，未對后續好氧段充分硝化反應產生影響。連續流工藝對COD去除率可維持于90%以上。同時系統出水中BOD持續低于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，良好的硝化對實現高效同步脫氮除磷十分關鍵。VLR從0.9kg/(m3·d)升高為1.2kg/(m3·d)，CSTR內NH4+-N去除率逐步上升;隨著系統運行，NH4+-N去除率趨于穩定，說明硝化菌及反硝化菌對容積負荷波動沖擊具有適應性。NH4+-N去除率維持在90%以上，出水NH4+-N的質量濃度在5mg/L以下。3結論構建ABR-CSTR-生態單元一體化裝置實現反硝化除磷高效穩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%，高于傳統活性污泥工藝。

　　污水處理論文范例：河北某化工園區污水深度處理工藝設計

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

　　參考文獻：

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　　[2]MAY,PENGYZ,WANGXL.ImprovingnutrientremovaloftheAAOprocessbyaninfluentbypassflowbydenitrifyingphosphorusremoval[J].Desalination,2009,246(1):534-544

　　[3]船舶水污染物排放控制標準:GB3552-2018[S].

　　[4]荊緯.船舶生活污水處理系統優選方法的研究與應用[D].大連:大連海事大學,2010.

　　[5]BASSINJP,KLEEREBEZEMR,DEZOTTIM,etal.Simultaneousnitrogenandphosphateremovalinaerobicgranularsludgereactorsoperatedatdifferenttemperatures[J].WaterResearch(Oxford),2012,46(12):3805-3816.

　　[6]LÜXM,SHAOMF,LIJ,etal.Metagenomicanalysisofthesludgemicrobialcommunityinalab-scaledenitrifyingphosphorusremovalreactor[J].AppliedBiochemistryandBiotechnology,2015,175(7):3258-3270.

　　[7]劉暉,孫彥富,周康群,等.反硝化聚磷污泥的基質利用及代謝途徑[J].化工學報,2011,62(9):2623-2628.

　　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