2結果與討論

2.1運行各階段除污效果

在室溫下，接種成熟的好氧顆粒污泥于缺氧/好氧兩級交替連續流系統中，并設定進(jìn)水流量為2.45 L·h-1，設置理論交替循環(huán)次數為兩次，調節閥門(mén)測定管中流速，設置回流比為2，缺氧區有效容積為12 L，好氧區有效容積為20 L，故反應器的HRT為13 h，調至好氧區內曝氣量為1mL·min-1，好氧區內溶解氧保持在5mg·L-1左右，缺氧區內溶解氧在整個(gè)階段均保持在0.15 mg·L-1以下。

運行過(guò)程中NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TN、TP和COD變化情況如圖2所示，接種后，由于顆粒污泥在接種之前是在進(jìn)水COD/N為8∶1的連續流反應器中進(jìn)行培養，人工配水水質(zhì)成分單一，培養的好氧顆粒污泥抗沖擊性能較差，而且實(shí)際生活污水中有機物成分復雜且濃度波動(dòng)大，所以前3 d的COD去除率在80%左右，污染物去除性能較差，但是這種水質(zhì)的改變并沒(méi)有對好氧顆粒污泥造成太大影響，隨著(zhù)污泥適應了實(shí)際生活污水水質(zhì)的運行環(huán)境，連續流系統脫氮除磷能力上升，說(shuō)明好氧顆粒污泥系統有著(zhù)較強的適應水質(zhì)變化的能力。

圖2運行過(guò)程中NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TN、TP和COD變化情況

在實(shí)驗的第Ⅱ階段，將好氧區內曝氣量調為0.6mL·min-1而保持HRT不變，好氧區內此時(shí)溶解氧保持在3mg·L-1左右，結果表明，隨著(zhù)DO的降低，COD的平均利用率升高7%，污染物去除能力升高，分析可能由于在DO差距較大的兩級反應器交替過(guò)程中抑制了異養菌的生長(cháng)，并且較高DO在回流過(guò)程中可能一部分帶入缺氧環(huán)境，打破了部分缺氧環(huán)境導致異養菌活性降低。所以較高的DO并沒(méi)有提高系統的氮磷去除能力，反而削弱了系統的反硝化及釋磷能力。

隨著(zhù)實(shí)驗的進(jìn)一步運行和水力停留時(shí)間的縮短，有機負荷率增加，兩級連續流系統內呈現出明顯的COD濃度差，不僅提高了傳質(zhì)動(dòng)力，亦有效抑制了絲狀菌的過(guò)度生長(cháng)，在44——64 d時(shí)，TP平均去除率為80.43%，TN平均去除率為83.6%，COD平均去除率為90.39%，此時(shí)連續流系統的脫氮除磷性能最好，說(shuō)明在空間上形成的缺氧/好氧間歇運行方式使得脫氮除磷過(guò)程不只依賴(lài)于顆粒本身，在NO3--N回流至缺氧段時(shí)，連續進(jìn)水的基質(zhì)補充條件下使連續流系統有著(zhù)較高的脫氮除磷效率。繼續縮短水力停留時(shí)間至6 h后，微生物吸收利用緩慢，異養菌與有機負荷接觸時(shí)間較短，COD利用率降低，污染物去除能力下降。

綜上連續流好氧顆粒污泥在較小的曝氣量（0.6mL·min-1）和合適的水力停留時(shí)間下（9 h）脫氮除磷性能最好，進(jìn)水COD、TN和TP平均濃度分別為247.7、42.3和3.13mg·L-1，平均去除率分別為90.39%、83.6%和80.43%.

2.2污泥特性的變化

2.2.1污泥濃度及沉降性能的變化

連續流系統中污泥濃度及沉降性能的變化如圖3和圖4所示。接種污泥后，反應器內MLSS為2950 mg·L-1，SVI為37 mL·g-1.本實(shí)驗過(guò)程中，每天從反應器中間位置取樣口取均質(zhì)泥水混合樣品進(jìn)行檢測分析。實(shí)驗開(kāi)始后，進(jìn)水水質(zhì)由恒定不變的模擬生活污水到不穩定的實(shí)際生活污水不可避免地降低了好氧顆粒污泥的穩定性，在第6 d時(shí)MLSS下降到2500 mg·L-1左右，SVI上升至50 mL·g-1，在DO變低之后，可以看到部分顆粒解體，解體的顆粒在沉淀管的頂端排出系統，造成MLSS的繼續減小，但是由于兩級連續流中缺氧/好氧的交替環(huán)境促進(jìn)顆粒密實(shí)，部分不太密實(shí)的顆粒解體之后又重新聚集成顆粒，所以看到DO的降低并沒(méi)有造成對連續流系統中污泥的破壞，縮短水力停留時(shí)間后，不可避免的造成了好氧顆粒污泥的流失，MLSS減少至1800 mg·L-1，但是系統的處理性能并沒(méi)有惡化，反而變好，在階段Ⅲ運行的第10 d左右，MLSS開(kāi)始上升，最終穩定在2000 mg·L-1左右，f為0.92，顆粒較為密實(shí)，系統也在這一階段處理性能達到最好，說(shuō)明連續流好氧顆粒污泥系統相對于SBR活性污泥系統污泥濃度較低。

圖3運行過(guò)程中MLSS和MLVSS變化情況

圖4運行過(guò)程中SVI和顆粒粒徑變化情況

2.2.2 EPS分析

EPS對好氧顆粒的形成和穩定起著(zhù)至關(guān)重要的作用，EPS含量被認為是蛋白質(zhì)和多糖的總和，不同階段下好氧顆粒污泥分泌的EPS含量（以SS計）如圖5，EPS在實(shí)驗前6 d由50.85 mg·g-1顯著(zhù)升高至62.71 mg·g-1，這是由于微生物在接觸新環(huán)境時(shí)的自然反應是EPS升高的主要原因，特別是蛋白質(zhì)含量，由45.17 mg·g-1升高至55.50 mg·g-1.降低曝氣量后，意味著(zhù)水力剪切力變小，好氧顆粒污泥分泌部分EPS以維持顆粒的穩定性，這與He等的研究結果一致。降低水力停留時(shí)間后，EPS含量對SVI有顯著(zhù)影響，EPS含量的增加導致SVI的下降。隨著(zhù)EPS從58.16 mg·g-1增加到80.41 mg·g-1，SVI從49 mL·g-1顯著(zhù)下降到40 mL·g-1，好氧顆粒變得光滑致密，較高的EPS含量可以加速好氧顆粒的形成，改善好氧顆粒的沉降性能，所以在曝氣量為0.6 mL·min-1，水力停留時(shí)間為9 h時(shí)，PN/PS值達到最高，導致顆粒污泥的疏水性增加，顆粒變得更加密實(shí)。這可能是由于兩級反應器中產(chǎn)生了基質(zhì)濃度差，由于細菌的作用，在缺氧階段產(chǎn)生的EPS后來(lái)被消耗在好氧階段，并且PS更容易在低基質(zhì)環(huán)境中被消耗，顆?；|(zhì)中留下了更多的PN，以維持其結構。

圖5運行過(guò)程中EPS變化情況

2.2.3三維熒光和平行因子分析

由于原始三維熒光圖譜中各組分熒光峰互相重疊，無(wú)法單獨研究單類(lèi)物質(zhì)熒光峰的變化特征，故利用平行因子分析方法進(jìn)行分析。圖6是連續流好氧顆粒污泥在第1、31、49和79 d的EEM熒光光譜，表4為PARAFAC模型分析得到各階段具體的結果。根據文獻，將組分分別定義為色氨酸或類(lèi)蛋白物質(zhì)、可溶性微生物副產(chǎn)物、疏水性酸物質(zhì)和腐殖酸這4類(lèi)物質(zhì)。

圖6運行過(guò)程中顆粒污泥三維熒光分析

表4 PARAFAC模型分析所得各階段組成成分

階段Ⅰ中分離出兩種腐殖酸物質(zhì)，此時(shí)顆粒污泥剛接種于連續流反應器中，腐殖酸成分主要是脂肪族和芳香族的高聚物，含有羧基、酚基等帶負電官能團，有研究表明腐殖酸會(huì )影響污泥的絮凝力，不利于污泥顆?；?。表5為HIX和FI的值，階段Ⅰ的好氧顆粒污泥EPS的熒光值為1.221，是整個(gè)運行階段中FI的最低值，HIX的值較高對應較低的H/C比和更多的環(huán)結構，說(shuō)明在進(jìn)水基質(zhì)為生活污水條件下好氧顆粒污泥的DOM來(lái)源于微生物的比例較高，并且腐化程度較高，經(jīng)連續流系統處理后HIX值有所下降，FI值有所上升，說(shuō)明其腐殖化程度降低、水中由微生物產(chǎn)生的物質(zhì)增多。隨后曝氣強度由1.0 mL·min-1降至0.6mL·min-1后，組成成分仍然是色氨酸或類(lèi)蛋白物質(zhì)和腐殖酸兩類(lèi)物質(zhì)，顆粒污泥的EPS物質(zhì)結構和組成變化較小，但熒光強度發(fā)生了變化，從1.221升高至1.352.這表明連續流系統好氧顆粒污泥EPS的組成成分受曝氣強度的影響較小。隨著(zhù)HRT從13 h縮短至9 h，FI值從1.352增加到2.014，HIX值從0.847升高至0.936，分析此階段好氧顆粒污泥EPS的組成成分由2種增加至4種，出現了可溶性微生物副產(chǎn)物及疏水酸相關(guān)物質(zhì)，水解和細胞裂解是將顆粒污泥轉化為溶解形式的兩個(gè)主要機制，所以這表明縮短HRT將可生物降解的蛋白質(zhì)水解為小分子或者是出現了細胞的裂解。由此出現了可溶性微生物副產(chǎn)物及疏水酸相關(guān)物質(zhì)，HIX值升高也因為污泥水解和破壞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)很可能轉化為腐殖質(zhì)。雖然有部分細菌死亡但是根據上述研究表明此階段生物量增多，出水水質(zhì)變好，說(shuō)明合適的水力停留時(shí)間對微生物的生長(cháng)代謝有促進(jìn)作用，并淘洗掉了世代周期較長(cháng)的細菌或活性受到了抑制，以此加速了生物量的生長(cháng)。綜上所述水力停留時(shí)間會(huì )改變EPS的組成，水力停留時(shí)間相對于曝氣強度對連續流系統的EPS組成影響更大。

表5運行過(guò)程中HIX和FI值的變化情況

HRT和DO、曝氣強度、水力停留對好氧顆粒污泥連續流系統的影響（一）

HRT和DO、曝氣強度、水力停留對好氧顆粒污泥連續流系統的影響（二）

HRT和DO、曝氣強度、水力停留對好氧顆粒污泥連續流系統的影響（三）

HRT和DO、曝氣強度、水力停留對好氧顆粒污泥連續流系統的影響（四）