短期有机冲击下船用景观一体化反硝化除磷装置的处理效能

王昕竹; 张星星; 徐乐中; 吴鹏; 刘文如

doi:10.12030/j.cjee.201907148

短期有机冲击下船用景观一体化反硝化除磷装置的处理效能

1.
苏州科技大学环境科学与工程学院，苏州 215009
2.
城市生活污水资源化利用技术国家地方联合工程实验室，苏州 215009
3.
江苏省水处理技术与材料协同创新中心，苏州 215009

作者简介: 王昕竹(1995—)，女，硕士研究生。研究方向：废水生物处理。E-mail：wangxinzhu66@163.com

通讯作者: 徐乐中(1962—)，男，学士，副教授。研究方向：废水生物处理。E-mail：kgre505@163.com;

基金项目:
国家自然科学基金资助项目(51578353)；江苏省自然科学基金资助项目(BK20160356)；苏州科技大学自然科学项目
中图分类号: X703.1

Treatment efficiency of ship-landscape integrated denitrifying phosphorus removal device for under short-term organic shock

1.
School of Environmental Science and Engineering, Suzhou University of Science and Technology, Suzhou 215009, China
2.
National Regional Engineering Laboratory of Urban Domestic Wastewater Resources Utilization Technology, Suzhou 215009, China
3.
Jiangsu High Education Collaborative Innovation Center of Water Treatment Technology and Material, Suzhou 215009, China

Corresponding author: XU Lezhong, kgre505@163.com ;

摘要: 为高效、稳定处理船舶生活污水，研究了船用景观一体化反硝化除磷装置面对短期水质波动的效能变化，采用富集反硝化聚磷菌(DPAOs)的ABR-CSTR连续流组合工艺耦合生态单元处理船舶生活污水，对比了ABR进水容积负荷(VLR)为1.2 kg·(m³·d)⁻¹、COD为350 mg·L⁻¹的基准条件，通过短期内提高进水中有机底物的浓度，来模拟1.5倍和2.0倍进水有机负荷的有机冲击，此外通过控制硝化液回流比及溶解氧获得应对冲击的调控策略。结果表明：在2种短期冲击下，COD去除率分别为94.1%和92.6%，出水BOD和TN可达标，生物单元出水磷平均为0.76 mg·L⁻¹和1.14 mg·L⁻¹，缺氧吸磷量为7.13 mg·L⁻¹和5.82 mg·L⁻¹，生态单元可深度降解氮磷及缓冲波动；在1.5倍VLR下，调整硝化液回流比由200%至300%，反硝化吸磷量由7.10 mg·L⁻¹升至7.41 mg·L⁻¹，在2.0倍冲击下，提高硝化液回流比对系统除磷帮助甚微，将DO从1.5 mg·L⁻¹升至2.0 mg·L⁻¹，吸磷量由5.17 mg·L⁻¹升至6.01 mg·L⁻¹，系统反硝化除磷效果得以提升；污泥特性方面，ABR内MLVSS/MLSS比值和EPS量随有机底物浓度的提高而上升，厌氧段EPS增幅最大，可由154.5 mg·g⁻¹升至164.2 mg·g⁻¹和183.4 mg·g ⁻¹。ABR-CSTR-生态单元一体化装置面对短期有机冲击具有稳定处理效果，研究结果可为船舶生活污水的治理提供参考。
- 短期有机冲击负荷 /
- 船舶生活污水 /
- 反硝化除磷 /
- 污染物去除 /
- 污泥特性
Abstract: In order to treat the ship domestic sewage efficiently and stably, the efficiency of the ship-landscape integrated denitrifying phosphorus removal device under short-term water quality fluctuation was studied. The ABR-CSTR continuous flow combined process enriching denitrifying phosphorus accumulating bacteria (DPAOs) coupled with ecological unit was used to treat ship domestic sewage. Compared with the benchmark conditions of ABR inlet volume load rate (VLR) of 1.2 kg·(m³·d)⁻¹ and COD of 350 mg·L⁻¹, the increase of organic concentration was used to simulate organic short-term shocks of 1.5 and 2.0 times VLR, at the same time, the nitrification reflux ratio (R2) and dissolved oxygen (DO) were controlled to obtain the regulative strategies for coping with the shocks. The results showed that the COD removal rates were 94.1% and 92.6% under two short-term shocks, the effluent BOD and TN could meet the standard. The average phosphorus concentrations of effluents from biological treatment units were 0.76 mg·L⁻¹and 1.14 mg·L⁻¹, respectively, and the anoxic phosphorus absorption amounts were 7.13 mg·L⁻¹ and 5.82 mg·L⁻¹, respectively. The ecological unit could deeply remove nitrogen and phosphorus and buffer the fluctuations. At 1.5 time VLR, the denitrifying phosphorus absorption amount increased from 7.10 mg·L⁻¹ to 7.41 mg·L⁻¹ when R2 was adjusted from 200% to 300%. Under 2.0 time VLR shock, the increase of R2 did not significantly improve the phosphorus removal efficiency of system. When DO increased from 1.5 mg·L⁻¹ to 2.0 mg·L⁻¹, the phosphorus absorption amount could increased from 5.17 mg·L⁻¹ to 6.01 mg·L⁻¹, the denitrifying phosphorus removal effect of the system was improved. In terms of sludge characteristics, the MLVSS/MLSS ratio and microbial EPS content of ABR increased with the increase of organic substrate concentration, and the largest increase in EPS content occurred in the anaerobic compartment sludge, which increased from an average of 154.5 mg·g⁻¹ to 170.2 mg·g⁻¹ and 183.4 mg·g⁻¹. The ABR-CSTR-ecological unit integrated device has a stable treatment effect in the face of short-term organic shock, and provides a certain theoretical guidance value for the ship domestic sewage treatment.
- short-term organic load shock /
- ship domestic sewage /
- denitrifying phosphorus removal /
- pollutant removal /
- sludge characteristics
炼油行业是我国的支柱产业，据统计，我国每加工1 t原油会产生0.7~3.5 t污水^[1]。炼油污水中有机污染物种类多，浓度高，且多为难降解有机物。污水中的溶解性有机物(dissolved organic matters, DOM)的组成及其在水处理过程中的迁移转化一直是水处理研究过程中的重点和难点。DOM成分复杂，其会对体系中金属、胶体等物质在体系中的形成和变化产生影响^[2]，排入天然水体的DOM会对自然生态产生影响^[3]。因此，了解炼化污水中DOM的组成和性质对污水处理和水资源保护有重要的作用^[4-5]。

大孔树脂吸附和固相萃取是2种最常用的DOM化学分级分离方法^[6]。大孔树脂吸附法一般使用XAD树脂根据DOM的极性和酸碱性将DOM分成不同组分^[7-8]，但XAD树脂自身有机碳杂质溶出较高，使用前需要进行清洗预处理，操作繁琐耗时长。固相萃取法采用商品化的固相萃取柱对DOM进行分离富集，是近年来快速发展的DOM分离富集方法。与XAD树脂吸附法相比，固相萃取法采用高纯度商品化萃取填料，萃取柱背景溶出低，操作简单，耗时短，同时可供选择的萃取填料种类多，可将DOM分级分离成不同性质的组分。WANG等^[9]比较了不同固相萃取填料对城市生活污水处理厂二沉出水中DOM分离的效果，发现不同固相萃取填料对DOM组分选择性不同。单独使用1种SPE材料能分离富集特定性质的DOM组分，但不适于对DOM中不同性质的组分进行全面表征。FANG等^[10]将利用Waters Oasis MCX和MAX固相萃取柱串联，将炼油厂污水中DOM分为疏水酸性组分(HOA)、疏水碱性组分(HOB)、疏水中性组分(HON)和亲水物质(HIS)4个组分，该方法所需样品量少，操作简单快捷，可以对DOM中不同性质组分进行全面表征，适合于对DOM组成分离分析。三维荧光光谱(EEM)和傅里叶离子回旋共振质谱(FTICR MS)是DOM组成分析常用的2种高分辨分析方法，三维荧光光谱(EEM)可将水中有机物的进行光谱和组成性质的整体分析，并根据水样特征峰区域将DOM分为不同组分，已经广泛用于水中DOM的组成分析^[11]；傅里叶离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)具有超高质量分辨率和超高质量精确度，可明确DOM的分子式，是分析DOM分子组成的重要手段^[12-13]，常用于炼油污水中DOM分子组成和转化的表征^[14-15]。

本研究利用MCX和MAX固相萃取柱串联的分离提取方法将炼油污水处理厂二沉出水中的DOM分为疏水酸性组分 (hydrophobic acid, HOA) 、疏水碱性组分(hydrophobic base, HOB)、疏水中性组分(hydrophobic neutral, HON)和亲水物质(hydrophilic substance, HIS)4种亚组分，并应用EEM和FT-ICR MS对其进行了组成分析，为炼油污水处理工艺优化和外排水环境影响评估提供科学支撑。

1.   材料与方法

1.1   水样信息

水样取自济南某炼油污水处理厂二沉池出水，水样经过0.45 μm混合醋酸纤维素滤膜过滤，过滤后的水样保存于4 ℃冰箱保存。

1.2   MCX/MAX串联萃取

MCX柱和MAX柱使用前分别用10 mL乙腈和10 mL超纯水依次活化。经0.45 μm滤膜过滤后的水样，用1 mol·L⁻¹的NaOH调pH至12，水样过MCX柱并收集流出液备用。用10 mL含 2%甲酸的超纯水淋洗MCX柱，然后用氮气吹干柱子中水分，再用10 mL乙腈洗脱MCX柱，得到HON-1组分；继续用10 mL含5%氨水的乙腈洗脱MCX柱，得到HOB组分；将水样过MCX柱的流出液用用1 mol·L⁻¹的HCl调pH至2，过MAX柱萃取，收集流过MAX柱的水样即为HIS组分，上样后使用10 mL 5%氨水淋洗，用氮气吹干MAX柱子中水分，用10 mL乙腈洗脱MAX柱，得到HON-2组分，继续用10 mL含2%甲酸的乙腈洗脱MAX柱，得到HOA组分。

1.3   三维荧光测定方法

三维荧光光谱由日立F-7000荧光光谱仪测定。测试条件为：PMT电压700 V；扫描速度30 000 nm·min⁻¹；扫描范围：激发波长Ex为200~550 nm，发射波长Em为200~600 nm；扫描间隔为5 nm；狭缝宽带为5 nm；响应时间为0.002 s。测试时以超纯水为空白，样品经0.45 μm滤膜过滤后上机测试。

1.4   FT-ICR MS测定方法

采用Apex-Ultra 9.4T FT-ICR MS(Bruker，德国)对DOM分子组成进行分析，电离源为Apollo ESI负离子，实验样品用乙腈配制成100 mg·L⁻¹的溶液，进样速度为250 μL·h⁻¹。

电离源条件为：毛细管发射电压3 000 V，引入电压3 500 V；毛细管出口电压-320 V。离子在源六级杆中的存储时间为1 ms，碰撞累计时间0.02 s，飞行时间为1 ms。质量采集范围为100~700 Da，平均扫描64次，采样点数4 M，仪器校准和数据处理参考以往研究^[16]。

1.5   TOC测定方法

使用日本岛津TOC-L对TOC进行测定，以高纯氧做载气，采用680 ℃催化氧化法将有机物氧化成二氧化碳，再由非色散红外检测器对产生的二氧化碳进行定量。

1.6   UV254测定方法

水样经0.45 μm滤膜过滤后使用紫外可见分光光度计(岛津UVmini-1280)在254 nm波长下测试，测试时以超纯水为空白，于10 mm石英比色皿中进行测定。

1.7   遗传毒性测定方法

遗传毒性测试采用SOS/umu改进方法^[17]，受试菌株为鼠伤寒沙门氏菌Salmonella typhimurium TA 1535/pSK1002。

2.   结果与讨论

2.1   炼油污水处理厂二沉出水水质指标

对炼油污水处理厂二沉出水进行常规水质指标和溶解性有机物特征指标以及遗传毒性指标分析，各水质指标结果为：pH为7.46，SS为28 mg·L⁻¹，COD为91.80 mg·L⁻¹，TOC为28.21 mg·L⁻¹，TN为48.49 mg·L⁻¹，UV₂₅₄为0.438 6 AU·cm⁻¹，SUVA₂₅₄为1.520 8 L ·(mg·m)⁻¹，TEQ_4-NQO为146.95 μg·L⁻¹。

由水质指标测试分析结果可知，二沉池出水中仍存在较多的溶解性有机物，COD和TOC指标较高，UV₂₅₄和SUVA₂₅₄指标分别为0.438 6 AU·cm⁻¹和1.520 8 L ·(mg·m)⁻¹，说明水中可能存在较多的含芳香环的难降解有机物。遗传毒性指标4-NQO当量浓度达到146.95 μg·L⁻¹，出水中的溶解性有机物具有较高的遗传毒性。

2.2   DOM的组分分布

4种组分在DOM中的TOC分布见表1。炼油污水二沉出水的TOC为28.21 mg·L⁻¹，DOM由67.4%的疏水组分组成(基于TOC值)，其中HOA、HOB和HON分别占17.8%、16.95%和32.65%，亲水分HIS为17.23%，剩余未测出的DOM可能残余吸附在萃取柱中。该结果与FANG等^[10]应用此分离方法得到的的焦化废水二沉出水4组分分布的研究相似。

表 1 二沉出水中4种DOM组分占比

Table 1. The proportion of four components of DOM in the secondary effluent

组分 TOC/(mg·L⁻¹) 组分占比/%

HOA 5.02 17.8
HOB 4.78 16.95
HON 9.21 32.65
HIS 4.86 17.23

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2.3   三维荧光光谱

炼油污水处理厂二沉池出水及其四组分的三维荧光光谱结果见图1。以往的研究一般将三维荧光谱图划分为五个特征荧光峰区域，其中Ⅰ区(Ex/Em=200~250 nm/280~330 nm)为酪氨酸类似物，发光物质与低激发类酪氨酸有关；Ⅱ区(Ex/Em=200~250 nm/330~380 nm)为色氨酸类似物区，发光物质与低激发类色氨酸有关；Ⅲ区(Ex/Em=200~250 nm/380~550nm)的发光物质与富里酸、类富里酸、类胡敏酸、疏水性酸有关，简称富里酸类物质；Ⅳ区(Ex/Em=200~450 nm/200~380nm)为可溶性微生物副产物区，发光物质与类蛋白物质、和微生物代谢产物相关的酪氨酸、高激发类酪氨酸、高激发类色氨酸、含苯环蛋白类物质有关；Ⅴ区(Ex/Em=250~450 nm/380~550nm)的发光物质与胡敏酸、类胡敏酸、海洋类富里酸和疏水性酸有关^[18-20]。由二沉出水的三维荧光分区积分结果可知，二沉出水中Ⅰ区荧光区域积分体积占1.21%，Ⅱ区占4.31%，Ⅲ区占4.22%，Ⅳ区占31.81%，Ⅴ区占55.45%， V区腐殖酸类物质和IV区微生物代谢物在二沉出水DOM中所占比例超过50%。由各组分的三位荧光光谱图1可知，HOA组分主要是Ⅴ区的腐殖酸类物质，占比达到49.69%，另外Ⅲ区和Ⅳ区占比也较高，占比分别为22%和17.02%。HOB组分主要是Ⅳ和Ⅴ区的微生物代谢蛋白物质和腐殖酸类物质，占比分别为32.84%和37.26%，Ⅰ区占3.07%，Ⅱ区占10.08%，Ⅲ区占16.75%。HON组分主要是Ⅴ区的腐殖酸类物质，区域积分体积占比达到35.02%，Ⅱ区占16.96%，Ⅲ区占20.49%，Ⅳ区占22.66%，与二沉出水中各组分占比最为相似。HIS组分主要是V区腐殖酸类物质和Ⅲ区富里酸类物质，占比分别为46.78%和35.71%，而二沉出水中Ⅲ区富里酸类物质仅占4.22%。

图 1 不同组分DOM的三维荧光光谱图

Figure 1. 3D-EEM spectroscopy of DOM factions

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采用吸光度比特征峰法分析方法对二沉出水中DOM的三维荧光光谱进行分析，光谱图显示水样共有5个物质特征峰，其中A(Ex/Em=270 nm/300 nm)、B(Ex/Em=220 nm/300 nm)附近是酚类物质的特征峰；C(Ex/Em=230 nm/345 nm)、D(Ex/Em=250 nm/425 nm)、E(Ex/Em=280 nm/345 nm)附近为石油类的特征峰^[21-22]，其中E峰为一环和二环芳烃化合物的特征峰，C为三环芳烃化合物的特征峰，D为三环和四环芳烃化合物的特征峰。二沉出水中主要含有酚类物质、多环芳烃化合物；HOA组分中主要是石油类物质，其中三环和四环芳烃化合物占主导；HOB组分中含有酚类物质，此外还含有一、二、三环芳烃化合物；HON组分与HIS组分主要是三环芳烃化合物，HIS谱图较为杂乱，可能含有较多其它类型化合物。

2.4   基于负离子ESI电离源条件下的 FT-ICR MS的分子组成分析

HIS组分中有大量的无机盐，不适合用负离子ESI FT ICR MS检测，对炼油污水处理厂二沉出水和HOA、HOB、HON组分进行了负离子ESI FT ICR MS检测分析。图2为DOM样品在负离子ESI FT ICR MS下的原始谱图。可见，二沉出水、HOA和HON组分的响应较好，HOB 组分响应较差。通过数据分析可知，二沉出水、HOA、HOB、HON分别检测到6 585、2 900、533、1 924个DOM分子，HOA组分中含有的分子个数和化合物类型最多，这是因为负离子ESI模式下会选择性地电离酸性化合物和非碱性氮化物，而HOB组分主要是疏水碱性物质，难以被电离。二沉出水、HOA、HON的分子质量主要分布在200~600 Da。HOB组分有2个质量中心，分别在320 Da和470 Da左右。质谱图中m/z 297、311、325处有较高的质谱峰，为DBE为4的O₃S₁类化合物，可能是污水中烷基苯磺酸表面活性剂^[23-24]。

图 2 不同组分DOM的负离子ESI FT-ICR MS谱图

Figure 2. Negative ESI FT-ICR MS mass spectra of the DOM factions

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在二沉出水、HOA、HOB和HON中分别鉴别出56、39、9、30种杂原子类型，主要包括CHO、CHON、CHOS和CHONS 4类化合物，杂原子化合物及其相对丰度见图3。二沉出水中的DOM类型主要包括CHO、CHON、CHOS和CHONS类物质，其中CHO类化合物的相对丰度最高，为49.28%，主要集中在O₄~O₈。其次是CHOS类化合物，主要集中在O₃S₁~O₈S₁。CHON类物质以N₁O₃~N₁O₈为主，CHONS类物质以N₁O₄S~N₁O₈S为主；双键当量DBE(double bond equivalents) = (2C+2 - H+N) / 2代表化合物分子中含有的双键和环数之和，DBE越高，不饱和度越高，二沉出水中主要的CHO类化合物DBE 大多小于6，代表含CHO₃S类化合物DBE主要为4，二沉出水中主要化合物的不饱和程度较低。HOA组分与二沉出水组成相似，以CHO类物质为主，相对丰度达到52.84%，主要集中在O₄~O₇，这是由于负离子ESI电离源选择性电离酸性物质决定的；其次为CHOS类物质，以O₃S₁为主，CHON类物质以N₄、N₄O₁~N₄O₄为主。负离子ESI模式下HOB组分响应较差，检测出来的物质较少，但HOB组分仍以CHOS类物质为主，主要是O₃S₁。HON中以CHOS类物质为主，主要集中在O₃S₁~O₆S₁，其次是CHON类物质，以N₂O₁₀~N₂O₁₃、N₃O₃~N₃O₄为主，CHO类物质以O₂~O₆为主，CHONS类物质以N₁O₄S₁~N₁O₅S₁为主。因此，二沉出水中存在的N₁O₃~N₁O₈类CHON物质主要存在于HIS亲水组分中。

图 3 不同组分DOM的杂原子化合物及其相对丰度图

Figure 3. Relative abundance of class species of the DOM factions

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由于DOM不同类型化合物有特定的H/C和O/C，因此，在Van Krevelen图中特定区域对DOM进行归类分析。以往研究主要将VK图划分为7个区域，分别为：脂质 (O/C=0~0.30，H/C=1.50~2.00) ；蛋白质和氨基糖(O/C=0.30~0.67，H/C=1.50~2.20)；碳水化合物(O/C=0.67~1.20，H/C=1.50~2.00)；不饱和烃(O/C=0~0.10，H/C= 0.70~1.00)；木质素(O/C=0.10~0.67，H/C=0.70~1.50)；单宁酸(O/C=0.67~1.20，H/C=0.50~1.50)；缩合芳烃(O/C=0~0.67，H/C=0.20~0.70)^[25-28]。炼油污水处理厂二沉出水DOM的7类化合物在位置均以序号的形式在Van Krevelen图(图4)中标出。由图4可以看出，二沉出水和HOA组分的化合物分布最为相似，主要为脂质、蛋白质和氨基糖、木质素和缩合芳烃类化合物。HOA、HOB组分O/C较低，说明这2个组分中保留了较多的低氧数化合物，而HON组分有更高的O/C，即碳水化合物，说明HON组分中保留了更多氧化程度较高的化合物。此外与HOB组分相比，HOA和HON组分保留了一些H/C较低，缩合度较高的化合物(缩合芳烃类化合物)，HOB组分H/C较高，其中化合物的缩合度相对较低。HOA组分含有较多的不饱和烃和缩合芳烃；HOB组分以脂质，蛋白质和氨基糖和木质素为主，缩合芳烃含量较少；HON组分保留了一些H/C较低的缩合芳烃类化合物。

图 4 不同组分DOM的Van Krevelen图

Figure 4. Van Krevelen diagram of the DOM factions

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3.   结论

1)使用MAX/MCX萃取柱将炼油污水处理厂二沉出水分为HOA、HOB、HON和HIS 4种组分，HON组分的TOC最高，为32.65%，二沉出水中的DOM主要为疏水中性化合物。

2)二沉出水中主要为V区腐殖酸类物质和IV区微生物代谢蛋白物质，HON组分与二沉出水组成最为相似。二沉出水中主要含有酚类物质和多环芳烃化合物；HOA组分主要以三环和四环芳烃化合物占主导；HOB组分含有酚类物质，此外，还含有一环、二环、三环芳烃化合物；HON组分与HIS组分主要是三环芳烃化合物。

3) HOA组分组成与二沉出水最为接近，主要为脂质、蛋白质和氨基糖、木质素和缩合芳烃类化合物，主要化合物类型为CHO，以O4~O7为主，CHOS次之，以O₃S₁为主，HOA组分含有较多的不饱和烃和缩合芳烃，有较多低氧数化合物；HOB组分主要是CHOS类物质，以脂质，蛋白质和氨基糖和木质素为主；HOB组分中缩合芳烃含量较少且H/C较高； HON中主要的化合物类型为CHOS和CHON，保留了一些H/C较低的缩合芳烃类化合物，且具有更多的高O/C的化合物。

图 1 反应装置图

Figure 1. Reaction device diagram

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图 2 COD去除情况

Figure 2. COD removal performance

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图 3 氨氮和总氮的去除效果

Figure 3. Removal effect of ${\rm{NH}}_4^ +$ and TN

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图 4 系统内 ${\rm{PO}}_4^ {3-}$ -P去除的变化

Figure 4. Change of ${\rm{PO}}_4^ {3-}$ -P removal effect in the system

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图 5 不同冲击下沿程 ${\rm{PO}}_4^ {3-}$ -P和氮素浓度变化

Figure 5. Changes of concentration of ${\rm{PO}}_4^ {3-}$ -P and nitrogen under different organic shocks

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图 6 各运行隔室的MLVSS/MLSS

Figure 6. MLVSS/MLSS in different operating compartments

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图 7 各隔室微生物EPS含量变化

Figure 7. Changes in microbial EPS content of each compartment

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表 1 实验运行方案

Table 1. Test operation plan

运行阶段	运行条件	工况	运行时间/d	COD/(mg·L⁻¹)	VLR_ABR/ (kg·(m³·d)⁻¹)	硝化液回流比/%	流量/(mL·min⁻¹)	DO/(mg·L⁻¹)
Ⅰ	稳定运行	1	1~30	350	1.2	200	12.9	1.5
Ⅱ	1.5倍VLR	2	31~35	525	1.8	200	12.9	1.5
Ⅱ	1.5倍VLR	3	36~40	525	1.8	300	12.9	1.5
Ⅲ	恢复基准	4	41~52	350	1.2	200	12.9	1.5
Ⅳ	2.0倍VLR	5	53~57	700	2.4	200	12.9	1.5
Ⅳ	2.0倍VLR	6	58~62	700	2.4	300	12.9	1.5
Ⅳ	2.0倍VLR	7	63~67	700	2.4	300	12.9	2.0

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[1]	白韬光, 李星仪, 周昊. 船舶与海工生活污水处理技术及其发展趋势[J]. 船舶工程, 2016(11): 82-84.
[2]	陈志莉, 易其臻, 熊开生, 等. 生物接触氧化法处理船舶生活污水的中试[J]. 云南农业大学学报(自然科学版), 2009, 24(6): 882-885.
[3]	张文涛. MBR法处理模拟船舶生活污水的研究[D]. 大连: 大连海事大学, 2015.
[4]	田金平. 探究船舶生活污水处理进展及发展趋势[J]. 科技与企业, 2015(17): 98. doi: 10.3969/j.issn.1004-9207.2015.22.086
[5]	陈忠, 陈薇, 詹佳钧, 等. 新型景观生态污水处理系统研究进展[J]. 市政技术, 2017, 35(6): 139-142. doi: 10.3969/j.issn.1009-7767.2017.06.042
[6]	中华人民共和国环境保护局, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. 船舶水污染物排放控制标准: GB 3552-2018[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2018.
[7]	韦佳敏, 蒋志云, 程诚, 等. ABR-MBR反硝化除磷工艺的启动及稳定运行[J]. 环境科学, 2019, 40(2): 298-305.
[8]	SAUNDERS A M, MABBETT A N, MCEWAN A G, et al. Proton motive force generation from stored polymers for the uptake of acetate under anaerobic conditions[J]. FEMS Microbiology Letters, 2007, 274(2): 245-251. doi: 10.1111/j.1574-6968.2007.00839.x
[9]	章璋, 朱易春, 王佳琪, 等. 短程反硝化除磷的影响因素分析[J]. 江西理工大学学报, 2019, 40(1): 46-53.
[10]	张伟. 不同诱导模式下CAST工艺的亚硝酸盐型反硝化除磷能力研究[D]. 兰州: 兰州交通大学, 2016.
[11]	KAPAGIANNIDIS A G, ZAFIRIADIS I, AIVASIDIS A. Comparison between UCT type and DPAO biomass phosphorus removal efficiency under aerobic and anoxic conditions[J]. Water Science & Technology, 2009, 60(10): 2695-2703.
[12]	WU B, YI S, FANE A G. Microbial community developments and biomass characteristics in membrane bioreactors under different organic loadings[J]. Bioresource Technology, 2011, 102(13): 6808-6814. doi: 10.1016/j.biortech.2011.04.012
[13]	韩芸, 许松, 董涛, 等. 碳源类型、温度及电子受体对生物除磷的影响[J]. 环境科学, 2015, 36(2): 590-596.
[14]	朱逸舟, 李秀芬, 王新华, 等. 高有机负荷冲击对填料型MBR运行性能的影响[J]. 中国环境科学, 2019, 39(5): 1985-1992. doi: 10.3969/j.issn.1000-6923.2019.05.023
[15]	SPONZA D T. Investigation of extracellular polymer substances (EPS) and physicochemical properties of different activated sludge flocs under steady-state conditions[J]. Enzyme & Microbial Technology, 2003, 32(3/4): 375-385.
[16]	李田, 印雯, 王昕竹, 等. ABR除碳-CANON耦合工艺除碳脱氮特性[J]. 环境科学, 2019, 40(2): 313-318.
[17]	RYU H D, KIM D, LIM H E, et al. Nitrogen removal from low carbon-to-nitrogen wastewater in four-stage biological aerated filter system[J]. Process Biochemistry, 2008, 43(7): 729-735. doi: 10.1016/j.procbio.2008.02.018
[18]	国家环境保护总局. 水和废水监测分析方法[M]. 4版. 北京: 中国环境科学出版社, 2002.
[19]	刘伶俐. 硝化细菌固定化方法研究[D]. 青岛: 青岛理工大学, 2012.
[20]	孙洪伟, 郭英, 尤永军, 等. 不同碳氮比(C/N)条件下驯化微生物的反硝化特性[J]. 环境化学, 2014, 33(5): 770-775. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2014.05.001
[21]	吴鹏, 程朝阳, 沈耀良, 等. 基于ABR-MBR组合工艺不同进水C/N比对反硝化除磷性能的影响机制[J]. 环境科学, 2017, 38(9): 3781-3786.
[22]	王晓莲, 王淑莹, 彭永臻. 进水C/P比对A²/O工艺性能的影响[J]. 化工学报, 2005, 56(9): 1765-1770. doi: 10.3321/j.issn:0438-1157.2005.09.029
[23]	CHEN R, NIE Y, HU Y, et al. Fouling behaviour of soluble microbial products and extracellular polymeric substances in a submerged anaerobic membrane bioreactor treating low-strength wastewater at room temperature[J]. Journal of Membrane Science, 2017, 531: 1-9. doi: 10.1016/j.memsci.2017.02.046
[24]	LIAO B Q, ALLEN D G, DROPPO I G, et al. Surface properties of sludge and their role in bio-flocculation and settle ability[J]. Water Research, 2001, 35(2): 339-350. doi: 10.1016/S0043-1354(00)00277-3
[25]	BADIREDDY A R, CHELLAM S, GASSMAN P L, et al. Role of extracellular polymeric substances in bioflocculation of activated sludge microorganisms under glucose-controlled conditions[J]. Water Research, 2010, 44(15): 4505-4516. doi: 10.1016/j.watres.2010.06.024
[26]	蔡春光, 刘军深, 蔡伟民. 胞外多聚物在好氧颗粒化中的作用机理[J]. 中国环境科学, 2004, 24(5): 623-626. doi: 10.3321/j.issn:1000-6923.2004.05.027
[27]	张心钰, 陈瑶, 董黎明, 等. 柠檬酸废水污泥脱水中蛋白质和多糖变化特征[J]. 环境科学与技术, 2017, 40(S2): 76-80.
[28]	高占尧, 仝攀瑞, 徐甜甜. A/O两种工况条件下污泥胞外聚合物的比较研究[J]. 西安工程大学学报, 2014, 28(4): 464-468. doi: 10.3969/j.issn.1674-649X.2014.04.015

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图( 7) 表( 1)

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1. 材料与方法
1.1 水样信息
1.2 MCX/MAX串联萃取
1.3 三维荧光测定方法
1.4 FT-ICR MS测定方法
1.5 TOC测定方法
1.6 UV254测定方法
1.7 遗传毒性测定方法
2. 结果与讨论
2.1 炼油污水处理厂二沉出水水质指标
2.2 DOM的组分分布
2.3 三维荧光光谱
2.4 基于负离子ESI电离源条件下的 FT-ICR MS的分子组成分析
3. 结论

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船舶运输往来推动经济高速发展和人民生活质量的提升，但同时其生活污水排放不可避免地会造成水体污染，若近海及河道的船舶产生的生活污水处理不当，将影响内河、湖泊、水库等与人类生活息息相关的用水水质^[1-2]。船舶相对城镇来说，具有人口集中、占地面积小的特点，因而生活污水水质短期波动大、碳氮负荷、TSS高^[3]。目前存在的船舶生活污水处理装置多与常规市政污水处理一致^[4]，处理深度和稳定性存有不足，亦易忽略节能和美观需求^[5]。船舶人口集中，污水处理装置须面对短期有机负荷的冲击，同时针对船舶生活污水碳氮磷排放的新标准^[6]，须迫切寻求高效稳定、节能美观的船舶生活污水处理装置。

考虑治理要求和环保发展前景，可应用反硝化除磷(denitrifying phosphorus removal，DNPR)高效生物脱氮除磷技术的厌氧折流板反应器(ABR)-连续流搅拌槽式反应器(CSTR)连续流组合工艺与生态法耦合联用装置处理船舶污水。ABR-CSTR较序批式工艺在实际应用中更稳定可控，各功能菌能于各自生长适宜条件下成为优势菌种，ABR可生物相分离，生成优质碳源^[7]，使反硝化聚磷菌(denitrifying phosphorus accumulating organisms，DPAOs)的富集和增殖更易实现；CSTR通过完全混合培养硝化菌，与膜生物反应器(MBR)相比，具有成本低且污染小的特点，更适合船舶生活污水治理。ABR-CSTR组合工艺通过污泥回流和硝化液回流实现DNPR，在厌氧条件下，DPAOs分解多聚磷酸盐产生能量(ATP)，同时挥发性脂肪酸(VFA)在质子推动力(PMF)下进入胞内合成聚羟基烷酸(PHA)^[8]；缺氧时分解PHA生成乙酰辅酶A进行三羧酸(TCA)循环，产生ATP用于过量吸磷合成体内聚磷，同时反硝化 ${\rm{NO}}_{x}^ -$ -N，实现碳源同时脱氮除磷^[9]，大幅降低氧和碳源需求，节约运行成本^[10-11]。生物单元出水流经末端由水生植物、鱼类、微生物和基质共同组成的生态单元后排出，从外观看，动植物构成的生态景观较传统处理工艺更具美感；同时，植物本身的吸附作用及其根系附着的微生物可强化降解污染物，对水质波动起缓冲作用，绿色技术的融入可改善装置能源渠道。

综合船舶生活污水水质波动的现状，基于1.2 kg·(m³·d)⁻¹ABR进水容积负荷(VLR)、COD值为350 mg·L⁻¹的稳定运行条件，模拟1.5倍和2.0倍VLR的短期冲击。有机负荷冲击会影响处理效能，主要体现在污染物去除率和生物质表面及内部的特征变化^[12]。碳源量影响聚磷菌(PAOs)和聚糖菌(GAOs)的生长繁殖，GAOs的增多可抑制除磷效果^[13]。有机底物浓度较高时，微生物会分泌更多的胞外聚合物(EPS)来抵御不利条件^[14-15]，因此，观察污泥特性变化有助于深入探究处理效能。本研究模拟船舶生活污水短期有机冲击负荷，从系统高效去碳脱氮除磷的性能和污泥特性的变化方面，考察了ABR-CSTR-生态单元一体化反应装置的运行情况，同时通过调整运行工况获得了应对波动的稳定策略。结果表明，在不同冲击下，末端生态单元确保系统具有抗波动的稳定性，使装置在高效处理船舶生活污水的同时提供景观价值，可为生活污水治理领域提供新思路和理论支持。

3. 结论

1) ABR-CSTR-生态单元一体化反硝化除磷装置具有一定抗有机冲击能力，在1.5倍和2倍稳态进水有机负荷下，耗氧有机污染物(以COD计)平均去除率始终大于90%，总出水BOD和TN可达标排放，系统除磷效果稳定；在有机负荷为2倍基准条件下，CSTR硝化反应受干扰，供DPAOs缺氧同步脱氮除磷的电子受体不足，从而影响吸磷。

2)在一定的有机冲击下，升高硝化液回流比有助于提升反硝化除磷效果；当有机负荷进一步升高时，提高硝化液回流比对除磷提升效果甚微，增高好氧段DO可使系统缺氧吸磷量有所提升。

3)生态单元通过生态循环进一步降解氮磷，同时对水质波动具有缓冲作用，可维持生态单元内水质的稳定及水生动植物的良好生长。

4)污泥MLVSS/MLSS比值及微生物体内EPS含量随有机底物浓度的升高而上升，前者在ABR1内增幅最大；ABR2内EPS含量增加最为显著，CSTR内微生物EPS含量最多，但其成分变化最小，在有机冲击下，厌氧隔室多糖/蛋白质比值可达最低，此时污泥絮凝性最佳。

参考文献 (28)

短期有机冲击下船用景观一体化反硝化除磷装置的处理效能

作者简介: 王昕竹(1995—)，女，硕士研究生。研究方向：废水生物处理。E-mail：wangxinzhu66@163.com

通讯作者: 徐乐中(1962—)，男，学士，副教授。研究方向：废水生物处理。E-mail：kgre505@163.com;

Treatment efficiency of ship-landscape integrated denitrifying phosphorus removal device for under short-term organic shock

Corresponding author: XU Lezhong, kgre505@163.com ;

1. 材料与方法

1.1 水样信息

1.2 MCX/MAX串联萃取

1.3 三维荧光测定方法

1.4 FT-ICR MS测定方法

1.5 TOC测定方法

1.6 UV254测定方法

1.7 遗传毒性测定方法

2. 结果与讨论

2.1 炼油污水处理厂二沉出水水质指标

2.2 DOM的组分分布

2.3 三维荧光光谱

2.4 基于负离子ESI电离源条件下的 FT-ICR MS的分子组成分析

3. 结论

计量

短期有机冲击下船用景观一体化反硝化除磷装置的处理效能

通讯作者: 徐乐中(1962—)，男，学士，副教授。研究方向：废水生物处理。E-mail：kgre505@163.com;

English Abstract

Treatment efficiency of ship-landscape integrated denitrifying phosphorus removal device for under short-term organic shock

Corresponding author: XU Lezhong, kgre505@163.com ;

全文HTML

1.1. 实验装置

1.2. 污水水质及接种污泥

1.3. 实验方案

1.4. 测定分析方法

2.1. 不同冲击负荷下污染物去除情况

2.2. 污泥特性变化

目录

全文HTML

1.1. 实验装置

1.2. 污水水质及接种污泥

1.3. 实验方案

1.4. 测定分析方法

2.1. 不同冲击负荷下污染物去除情况

2.2. 污泥特性变化

组分	TOC/(mg·L⁻¹)	组分占比/%
HOA	5.02	17.8
HOB	4.78	16.95
HON	9.21	32.65
HIS	4.86	17.23

短期有机冲击下船用景观一体化反硝化除磷装置的处理效能

作者简介: 王昕竹(1995—)，女，硕士研究生。研究方向：废水生物处理。E-mail：wangxinzhu66@163.com

通讯作者: 徐乐中(1962—)，男，学士，副教授。研究方向：废水生物处理。E-mail：kgre505@163.com;

Treatment efficiency of ship-landscape integrated denitrifying phosphorus removal device for under short-term organic shock

Corresponding author: XU Lezhong, kgre505@163.com ;

1. 材料与方法

1.1 水样信息

1.2 MCX/MAX串联萃取

1.3 三维荧光测定方法

1.4 FT-ICR MS测定方法

1.5 TOC测定方法

1.6 UV254测定方法

1.7 遗传毒性测定方法

2. 结果与讨论

2.1 炼油污水处理厂二沉出水水质指标

2.2 DOM的组分分布

2.3 三维荧光光谱

2.4 基于负离子ESI电离源条件下的 FT-ICR MS的分子组成分析

3. 结论

计量

出版历程

短期有机冲击下船用景观一体化反硝化除磷装置的处理效能

通讯作者: 徐乐中(1962—)，男，学士，副教授。研究方向：废水生物处理。E-mail：kgre505@163.com;

English Abstract

Treatment efficiency of ship-landscape integrated denitrifying phosphorus removal device for under short-term organic shock

Corresponding author: XU Lezhong, kgre505@163.com ;

全文HTML

1.1. 实验装置

1.2. 污水水质及接种污泥

1.3. 实验方案

1.4. 测定分析方法

2.1. 不同冲击负荷下污染物去除情况

2.2. 污泥特性变化

目录

全文HTML

1.1. 实验装置

1.2. 污水水质及接种污泥

1.3. 实验方案

1.4. 测定分析方法

2.1. 不同冲击负荷下污染物去除情况

2.2. 污泥特性变化