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

1、隨著我國城鎮(zhèn)污水處理率的不斷提高，污水資源化已受到當今社會越來越多的關(guān)注。近年來，由于社會進步、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的水污染問題日益嚴重。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”二級處理工藝的A、

2、B、C三座城市污水處理廠二級出水水質(zhì)特征，評價了出水中 PhACs的生態(tài)風(fēng)險，最終確定了目標污水處理廠及深度處理工藝。以 A污水處理廠作為目標污水廠進行試驗研究，對石英砂濾料分別進行親水、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)時間，研究了“O3+MBSF”組合工藝對污水廠二級出水中常規(guī)及痕量污染物的去除效能和去除機理，并研究了生物砂濾池生物膜微生物菌落特征。
　　在臭氧預(yù)氧化時間為15min、投加量為3m

3、g/L時，臭氧對二級出水中色度、UV254和COD的去除率分別為47.96％、20.30%和12.81%，二級出水的BOD5/COD值提高至0.4以上。改性試驗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狀堆積物而變得較為粗糙，孔隙率增大。當水力負荷為4.5m3/(m2·h)時，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，對氨氮、有機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 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 UV254的平均去除率分別為23.02%、27.38%、29.39%和26.46%，對 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。
　　目標污水A廠二級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，石英砂改性方式對去除效果影響較小，四種組合工藝對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其表現(xiàn)出較高去除效果，對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環(huán)丙沙星、四環(huán)素去除效果不穩(wěn)定，對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環(huán)丙沙星去除效果不穩(wěn)定，對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環(huán)丙沙星平均去除率為90.44%，對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環(huán)丙沙星平均去除率為92.24%，對脫水紅霉素平均去除率為34.09%。
　　對比親水、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，同時粗糙度增加。通過多樣性指數(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菌多樣性最高，通過 MiSeq高通量對四組生物樣品進行檢測，共檢測到27個菌門，其中，變形菌門（Proteobacteria）為優(yōu)勢菌門。從屬的層面進行分析，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。從功能角度進行劃分，亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）在AOB功能菌中占優(yōu)勢；硝化螺菌屬（Nitrospira）在NOB功能菌中占優(yōu)勢；系統(tǒng)中的反硝化優(yōu)勢功能菌為優(yōu)索氏菌屬（Thauera）、紅桿菌屬（Rhodobacter）、黃桿菌屬（Flavob