鹽度對序批式生物膜反應器性能及微生物活性的影響?

萬一平， 馬丙瑞， 董俊偉， 李姍姍， 趙長坤， 于娜玲， 高孟春??

(1. 中國海洋大學海洋生態與環境教育部重點實驗室，山東 青島 266100； 2. 中國海洋大學環境科學與工程學院，山東 青島 266100)

1 材料與方法

1.1 實驗裝置及運行方式

SBBR實驗裝置如圖1所示。反應器由有機玻璃柱制成，有效高度50 cm，內徑14 cm，有效容積7.7 L，容積交換率為50%，組合填料懸掛于反應器內部。廢水通過進水泵從SBBR底部進水，電磁閥控制中部排水。通過曝氣泵在反應器底部由砂芯曝氣頭進行曝氣，并使用氣體轉子流量計調節曝氣量，缺氧階段通過磁力攪拌器進行攪拌。反應器運行參數如下：進水階段0.1 h，缺氧階段1.8 h，厭氧階段1 h，好氧階段4.7 h，沉淀階段0.3 h，排水階段0.1 h。進水、曝氣、攪拌、沉淀和排水通過時間繼電器實現自動控制。SBBR每個周期為8 h，1 d運行3個周期。在SBBR運行過程中，好氧階段的溶解氧(DO)高于2 mg/L，缺氧階段的DO低于0.5 mg/L。

圖1 SBBR示意圖Fig.1 Schematic diagram of SBBR

1.2 進水水質

1.3 掛膜啟動

接種污泥取自青島市李村河污水處理廠二沉池回流污泥，初始污泥濃度為3 000 mg/L左右。掛膜階段悶曝24 h，DO控制在2～4 mg/L，停止曝氣并靜置0.5 h左右，排出上清液，繼續通入廢水悶曝。取樣測定出水COD濃度，當COD去除率穩定在80%以上，可以視為掛膜完成。

1.4 分析方法

2 結果與討論

2.1 鹽度變化對SBBR性能的影響

圖2 鹽度變化對SBBR性能的影響Fig.2 Effect of salinity on the performance of SBBR

2.2 鹽度變化對SBBR周期內COD和氮的影響

圖3 鹽度變化對SBBR運行周期內和濃度變化的影響Fig.3 Effect of salinity on the variation of COD, andconcentration during one cycle

2.3 鹽度變化對生物膜SOUR的影響

SOUR是評價生物膜微生物代謝能力的重要指標，能反映微生物活性的大小[24]。圖4表示鹽度變化對生物膜SOUR的影響。當進水鹽度由0%增加到1.5%時，SOUR由(27.39±1.16) mg O2/(g MLSS·h)逐漸增大至(83.41±1.17) mg O2/(g MLSS·h)。這是因為鹽度增加導致水體中滲透壓升高，而微生物可以通過攝入更多的氧抵御滲透壓升高對微生物的破壞，造成SOUR隨鹽度增加而增大。當進水鹽度繼續增加到2.5%時，SOUR降低至(38.62±1.08) mg O2/(g MLSS·h)，與進水鹽度為1.5%時相比降低了53.70%，這是由于高鹽度抑制了微生物的生長繁殖從而導致SOUR隨鹽度增加而降低。此外，生物膜逐漸增厚造成厭氧區的擴大可能導致生物膜微生物中厭氧菌所占比例逐漸增加，這也可能導致生物膜SOUR的降低[25]。

(“*”表示與鹽度為0%時的比耗氧速率相比具有顯著性差異(P<0.05);誤差線代表三次實驗測量值的標準差。Asterisks indicate statistical differences (p< 0.05) from the SOUR at 0% of salinity; Error bars represent standard deviations of triplicate measurements.)

圖4 鹽度變化對SOUR的影響
Fig.4 Effect of salinity on SOUR

2.4 鹽度變化對生物膜脫氮速率的影響

2.5 鹽度變化對生物膜中微生物酶活性的影響

(“*”表示與鹽度為0%時的微生物活性相比具有顯著性差異(P<0.05);誤差線代表三次實驗測量值的標準差。Asterisks indicate statistical differences (p< 0.05) from the microbial activity at 0% of salinity; Error bars represent standard deviations of triplicate measurements.)

圖5 鹽度變化對SAOR、SNOR、SNRR和SNIRR的影響
Fig.5 Effect of salinity on the SAOR, SNOR, SNRR and SNIRR

(“*”表示與鹽度為0%時的酶活性相比具有顯著性差異(P<0.05);誤差線代表三次實驗測量值的標準差。Asterisks indicate statistical differences (p< 0.05) from the enzyme activity at 0% of salinity; Error bars represent standard deviations of triplicate measurements.)

圖6 鹽度變化對AMO、NOR、NR和NIR的影響
Fig.6 Effect of salinity on the AMO, NOR, NR and NIR

脫氫酶(DHA)是一種主要的氧化還原酶，其活性可以反映處理體系內活性微生物量及對有機物的降解性能[24]。圖7表示鹽度變化對DHA活性的影響。當進水鹽度由0%增加到0.5%時，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)，表明低鹽度對DHA活性影響不大。然而隨著進水鹽度的繼續增加，DHA活性不斷下降。當進水鹽度為2.5%時，DHA活性降低至(2.708±0.123) μg TF/(mg MLSS·h)，與鹽度為0%時相比降低了48.13%，表明DHA活性在高鹽度條件下受到嚴重的抑制。這是因為鹽度增加使水體的滲透壓升高，生物膜內微生物的細胞結構和胞內酶系統受到高滲透壓的破壞[7]，從而降低了脫氫酶的活性。

(“*”表示與鹽度為0%時的酶活性相比具有顯著性差異(P<0.05);誤差線代表三次實驗測量值的標準差。Asterisks indicate statistical differences (p< 0.05) from the enzyme activity at 0% of salinity; Error bars represent standard deviations of triplicate measurements.)

圖7 鹽度變化對DHA的影響
Fig.7 Effect of salinity on the DHA

3 結論

(2)SOUR在進水鹽度從0%增加到1.5%過程中是逐漸升高的，隨后在2.5%鹽度時降低。生物膜的SAOR、SNOR、SNRR和SNIRR隨著進水鹽度從0%增加到2.5%而逐漸降低。

(3)AOR、NOR、NR、NIR和DHA活性隨進水鹽度增加而逐漸降低，說明鹽度增加對微生物酶活性有抑制作用。