盐度对序批式生物膜反应器性能及微生物活性的影响❋

2019-05-21万一平马丙瑞董俊伟李姗姗赵长坤于娜玲高孟春

中国海洋大学学报（自然科学版） 2019年7期

万一平，马丙瑞，董俊伟，李姗姗，赵长坤，于娜玲，高孟春❋❋

(1. 中国海洋大学海洋生态与环境教育部重点实验室，山东青岛 266100； 2. 中国海洋大学环境科学与工程学院，山东青岛 266100)

1 材料与方法

1.1 实验装置及运行方式

SBBR实验装置如图1所示。反应器由有机玻璃柱制成，有效高度50 cm，内径14 cm，有效容积7.7 L，容积交换率为50%，组合填料悬挂于反应器内部。废水通过进水泵从SBBR底部进水，电磁阀控制中部排水。通过曝气泵在反应器底部由砂芯曝气头进行曝气，并使用气体转子流量计调节曝气量，缺氧阶段通过磁力搅拌器进行搅拌。反应器运行参数如下：进水阶段0.1 h，缺氧阶段1.8 h，厌氧阶段1 h，好氧阶段4.7 h，沉淀阶段0.3 h，排水阶段0.1 h。进水、曝气、搅拌、沉淀和排水通过时间继电器实现自动控制。SBBR每个周期为8 h，1 d运行3个周期。在SBBR运行过程中，好氧阶段的溶解氧(DO)高于2 mg/L，缺氧阶段的DO低于0.5 mg/L。

图1 SBBR示意图Fig.1 Schematic diagram of SBBR

1.2 进水水质

1.3 挂膜启动

接种污泥取自青岛市李村河污水处理厂二沉池回流污泥，初始污泥浓度为3 000 mg/L左右。挂膜阶段闷曝24 h，DO控制在2～4 mg/L，停止曝气并静置0.5 h左右，排出上清液，继续通入废水闷曝。取样测定出水COD浓度，当COD去除率稳定在80%以上，可以视为挂膜完成。

1.4 分析方法

2 结果与讨论

2.1 盐度变化对SBBR性能的影响

图2 盐度变化对SBBR性能的影响Fig.2 Effect of salinity on the performance of SBBR

2.2 盐度变化对SBBR周期内COD和氮的影响

图3 盐度变化对SBBR运行周期内和浓度变化的影响Fig.3 Effect of salinity on the variation of COD, andconcentration during one cycle

2.3 盐度变化对生物膜SOUR的影响

SOUR是评价生物膜微生物代谢能力的重要指标，能反映微生物活性的大小[24]。图4表示盐度变化对生物膜SOUR的影响。当进水盐度由0%增加到1.5%时，SOUR由(27.39±1.16) mg O2/(g MLSS·h)逐渐增大至(83.41±1.17) mg O2/(g MLSS·h)。这是因为盐度增加导致水体中渗透压升高，而微生物可以通过摄入更多的氧抵御渗透压升高对微生物的破坏，造成SOUR随盐度增加而增大。当进水盐度继续增加到2.5%时，SOUR降低至(38.62±1.08) mg O2/(g MLSS·h)，与进水盐度为1.5%时相比降低了53.70%，这是由于高盐度抑制了微生物的生长繁殖从而导致SOUR随盐度增加而降低。此外，生物膜逐渐增厚造成厌氧区的扩大可能导致生物膜微生物中厌氧菌所占比例逐渐增加，这也可能导致生物膜SOUR的降低[25]。

(“*”表示与盐度为0%时的比耗氧速率相比具有显著性差异(P<0.05);误差线代表三次实验测量值的标准差。Asterisks indicate statistical differences (p< 0.05) from the SOUR at 0% of salinity; Error bars represent standard deviations of triplicate measurements.)

图4 盐度变化对SOUR的影响
Fig.4 Effect of salinity on SOUR

2.4 盐度变化对生物膜脱氮速率的影响

2.5 盐度变化对生物膜中微生物酶活性的影响

(“*”表示与盐度为0%时的微生物活性相比具有显著性差异(P<0.05);误差线代表三次实验测量值的标准差。Asterisks indicate statistical differences (p< 0.05) from the microbial activity at 0% of salinity; Error bars represent standard deviations of triplicate measurements.)

图5 盐度变化对SAOR、SNOR、SNRR和SNIRR的影响
Fig.5 Effect of salinity on the SAOR, SNOR, SNRR and SNIRR

(“*”表示与盐度为0%时的酶活性相比具有显著性差异(P<0.05);误差线代表三次实验测量值的标准差。Asterisks indicate statistical differences (p< 0.05) from the enzyme activity at 0% of salinity; Error bars represent standard deviations of triplicate measurements.)

图6 盐度变化对AMO、NOR、NR和NIR的影响
Fig.6 Effect of salinity on the AMO, NOR, NR and NIR

脱氢酶(DHA)是一种主要的氧化还原酶，其活性可以反映处理体系内活性微生物量及对有机物的降解性能[24]。图7表示盐度变化对DHA活性的影响。当进水盐度由0%增加到0.5%时，DHA活性由(5.221±0.125) μg TF/(mg MLSS·h)略微降低至(4.990±0.138) μg TF/(mg MLSS·h)，表明低盐度对DHA活性影响不大。然而随着进水盐度的继续增加，DHA活性不断下降。当进水盐度为2.5%时，DHA活性降低至(2.708±0.123) μg TF/(mg MLSS·h)，与盐度为0%时相比降低了48.13%，表明DHA活性在高盐度条件下受到严重的抑制。这是因为盐度增加使水体的渗透压升高，生物膜内微生物的细胞结构和胞内酶系统受到高渗透压的破坏[7]，从而降低了脱氢酶的活性。