南方典型重污染城市內(nèi)河河水聯(lián)合生物處理技術(shù)研究.pdf

1、隨著城市發(fā)展和人口增加，城市內(nèi)河污染日趨嚴(yán)重。研發(fā)適宜的水體凈化技術(shù)是恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)健康并實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。本文以我國南方典型的重污染城市內(nèi)河——深圳布吉河河水為研究對象，貫徹以河流為主體的流域治理理念，以研發(fā)高效、經(jīng)濟、可持續(xù)、占地面積小的水質(zhì)凈化技術(shù)為目的，運用原位-異位聯(lián)合生物處理技術(shù)，結(jié)合微生物和水生植物的各自優(yōu)勢處理重污染河水，以期為我國污染水體的生物修復(fù)計劃提供借鑒。
　　布吉河水質(zhì)污染狀況及微生物群落結(jié)

2、構(gòu)分析表明，布吉河屬于典型的耗氧性有機污染，氮素污染是布吉河水質(zhì)最突出的問題。水體中平均COD和BOD濃度分別為211±50.2 mg/L和117±21.3 mg/L，總氮和氨氮濃度分別為29.8±8.86 mg/L和24.4±8.3 mg/L。氮循環(huán)菌群落分布及其功能研究表明，快速的生長能力和較強的活性，使氨化菌和反硝化菌在河流中廣泛分布，分別為1012 MPN/ml和106MPN/ml。硝化細(xì)菌在水體和底泥中分別僅約102 MPN/

3、ml和104 MPN/g。相關(guān)性分析表明，非點源污染的存在，是河流污染嚴(yán)重的原因之一。此外，河流生態(tài)系統(tǒng)中氮素循環(huán)相關(guān)菌群的數(shù)量分布嚴(yán)重失衡，使氮素的轉(zhuǎn)化和去除途徑受阻，導(dǎo)致大量的氮素以氨氮的形式滯留于水體，加重了河流的氮素污染。因此，采取一些行之有效的生物治理措施迫在眉睫。
　　采用新型的強化生物膜-活性污泥復(fù)合工藝（EHYBFAS）對上游高污染河水進行異位處理。復(fù)合工藝能夠在短停留時間(HRT=3.5h)內(nèi)有效去除有機污染物，

4、當(dāng)進水負(fù)荷為0.33~0.93 kg BOD/(m3·d)和0.93~2.53 kg COD/(m3·d)時，BOD和COD的平均去除率分別為86.0±3.6％和83.7±4.6%。當(dāng)進水負(fù)荷為0.15～0.32 kg TN/(m3·d)和0.11~0.22 kg NH4+-N/(m3·d)時，總氮和氨氮的去除率分別為25.7±7.2%和22.2±12.7%。MPN-Griess檢測結(jié)果表明，硝化菌占總菌量的比例在混合液中為0.21%~

5、0.3%之間，在生物膜載體上為0.12%~0.6%之間。自養(yǎng)菌比例過低，削弱了硝化反應(yīng)，是導(dǎo)致氮素去除率低的主要原因。采用PCR-DGGE對不同生物反應(yīng)池中的氨氧化細(xì)菌（AOB）進行檢測，結(jié)果顯示EHYBFAS工藝完成了AOB的自然選擇，與缺氧池相比，好氧池內(nèi)的AOB菌數(shù)量差異不顯著，表明好氧池內(nèi)亞硝化速率較慢。對主要條帶進行克隆測序共獲得9種不同的16s rDNA序列，其GenBank登陸號為GU073369-GU073378，BLA

6、ST結(jié)果表明，其中5個序列與已知的Nitrosomonas sp.屬細(xì)菌均有大于98%的相似性。此外，在活性污泥1號數(shù)學(xué)模型與生物膜上碳氧化和硝化的經(jīng)驗公式相結(jié)合的基礎(chǔ)上，建立了生物膜-活性污泥全耦合數(shù)學(xué)模型，且能夠較好的反映出水水質(zhì)的變化。
　　為配合 EHYBFAS工藝對污染河水的異位處理，嘗試以河道空間作為處理場所，采用生物接觸氧化工藝進一步凈化河流水質(zhì)。以布吉河水質(zhì)凈化廠出水口下游600 m處河水作為試驗進水，模擬河道狀況

7、設(shè)計動態(tài)小試試驗裝置，通過添加微生物功能菌劑構(gòu)建生物強化系統(tǒng)。生物接觸氧化技術(shù)能有效去除氮素。平均出水總氮和氨氮濃度分別為13.37±3.52 mg/L和7.28±2.61 mg/L。投加高效菌劑后，TN去除率為50.32%，比投菌前高24.42%，氨氮去除率為60.1%，比投菌前高25.6%。此外，生物膜載體有效增加了微生物生物量，特別是投加高效菌劑后，硝化細(xì)菌數(shù)量明顯增加，占細(xì)菌總數(shù)的1.31%。微生物群落的DGGE圖譜和數(shù)量分析也

8、表明，投加的高效菌劑，增加了微生物的群落多樣性和種群數(shù)量，特別是硝化細(xì)菌的數(shù)量，優(yōu)化了氮素循環(huán)相關(guān)菌群的結(jié)構(gòu)分布。
　　為了再現(xiàn)城市內(nèi)河的生態(tài)景觀功能，在生物接觸氧化技術(shù)處理污染河水的基礎(chǔ)上，探討生物接觸氧化工藝結(jié)合水生植物處理河水的效果，研究適合河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的原位生物處理技術(shù)。結(jié)果表明，水生植物-生物接觸氧化工藝能夠有效去除氮素，平均出水總氮和氨氮濃度分別為15.5±1.84 mg/L和6.6±0.56 mg/L。種植植物后