摘要
相比于污水处理厂的高建造成本和复杂的管理模式，财政能力有限的乡镇地区更适合利用建造成本和运行费用更低、管理更简单、且景观美化效果更好的人工湿地来处理农村生产、生活废水。传统的人工湿地脱氮除磷途径主要为硝化-反硝化及基质吸附，处理效果常受碳源不足和基质吸附饱和等因素限制，难以达到高效脱氮除磷的效果。 污泥系统常用生物强化除磷技术(enhancedbiologicalphosphateremoval,EBPR),相比基质吸附有更高除磷效率。聚磷菌(polyphosphate-accumulatingorganisms,PAOs)是EBPR技术中的主要功能微生物，可在将污水中的挥发性脂肪酸转化成内源碳储存在细胞中，并利用内源碳为电子供体，氧气或硝态氮、亚硝态氮为电子受体脱氮除磷。但聚糖菌(glycogenaccumulatingorganisms,GAOs)的碳代谢模式与PAOs相似，在碳源不足条件下易于PAOs发生碳源竞争，影响脱氮除磷效果。因此研究调控GAOs和PAOs,利用内源碳提高人工湿地脱氮除磷效率是本研究的目的。本研究利用厌氧/曝气/缺氧(A/O/A)工艺调控GAOs和PAOs在低碳条件下的竞争关系，构建了同时硝化内源反硝化脱氮除磷(SNEDPR)的新型人工湿地，并通过改变曝气方式和添加硫化物进一步优化更低C/N比下的脱氮除磷效果。主要研究结果如下: 1、GAO在厌氧/曝气(A/O)工艺下相比PAO更容易取得生长优势。延长A/O工艺曝气时长会降低除磷率(63.54％),促进了不具有脱氮除磷作用的好氧聚糖菌(aerobicGAOs,AGAOs)生长。将A/O步骤中的部分曝气步骤转变成缺氧(即厌氧/曝气/缺氧(A/O/A)工艺)，污水脱氮效率从60.31％提高到84.57％,除磷效率从63.54％提高到89.37％。PHA、poly-P定性及化学计量学分析证明，人工湿地A/O系统和A/O/A系统主要利用内源碳PHA为能源脱氮除磷。由于GAOs在A/O/A的缺氧条件下利用糖原Gly在外源碳不足时充当反硝化碳源，提高GAOs在整个脱氮过程中Gly的总消耗量，减少了GAOs下一循环PHA的合成量，促进PAOs生长。 2、A/O/A人工湿地系统在COD/N=3下，氮磷去除率较低，分别为65.91％和65.63％。将A/O/A工艺转化成多级A/O工艺，氮的去除率提高到92.65％,磷为92.49％。PHA染色与周期水化数据证明，多级A/O与A/O/A工艺主要利用内源碳PHA作为脱氮除磷的能源物质，多级A/O与A/O/A工艺主要脱氮途径为同时硝化与内源碳反硝化脱氮除磷(simultaneousnitrificationandendogenousdenitrification,SNED)。根据计量式rDeniNitri/(rDeniNitri+rNOB)算得短程硝化-短程反硝化反应占多级A/O脱氮效率59.46％,高于A/O/A工艺的41.48％。多级A/O相比A/O/A,对亚硝态氮氧化菌(nitriteoxidizingbacteria,NOB)和AGAO的抑制更强。 3、COD/N为2-3时，相比于未添加硫代硫酸钠的A/O/A工艺，30mgS/L的A/O/A系统的总氮(totalnitrogen,TN)去除率从64％提高至86.31％,总磷(totalphosphate,TP)去除率从55％提高至90.54％。将硫代硫酸根浓度提高至60mgS/L,TN去除率进一步提高到91.05％,TP去除率从90.54％下降到65.95％。周期取水实验中不添加硫代硫酸根的A/O/A工艺中出水含氮物质主要是NO3--N,添加硫代硫酸根后，系统硝态氮浓度下降，TN去除率提高，60mgS/L的A/O/A工艺可促进反硝化微生物，如(denitrifyingGAO,DGAO)的生长。添加硫代硫酸根的人工湿地A/O/A系统的生物膜细胞中有更多的丝状菌，且菌体中有黑色聚合硫poly-S小颗粒。丝状菌Thiothrix中聚合硫Poly-S可充当无机碳源。系统中Thiothriox菌多为除磷菌,促进了磷元素的去除。 因此低碳污水处理中，A/O/A工艺是A/O工艺的优化，若污水C/N进一步下降，改变曝气策略和添加硫代硫酸盐可以提高A/O/A工艺的氮磷处理效果。
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