2结果与讨论


2.1运行各阶段除污效果


在室温下，接种成熟的好氧颗粒污泥于缺氧/好氧两级交替连续流系统中，并设定进水流量为2.45 L·h-1，设置理论交替循环次数为两次，调节阀门测定管中流速，设置回流比为2，缺氧区有效容积为12 L，好氧区有效容积为20 L，故反应器的HRT为13 h，调至好氧区内曝气量为1mL·min-1，好氧区内溶解氧保持在5mg·L-1左右，缺氧区内溶解氧在整个阶段均保持在0.15 mg·L-1以下。


运行过程中NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TN、TP和COD变化情况如图2所示，接种后，由于颗粒污泥在接种之前是在进水COD/N为8∶1的连续流反应器中进行培养，人工配水水质成分单一，培养的好氧颗粒污泥抗冲击性能较差，而且实际生活污水中有机物成分复杂且浓度波动大，所以前3 d的COD去除率在80%左右，污染物去除性能较差，但是这种水质的改变并没有对好氧颗粒污泥造成太大影响，随着污泥适应了实际生活污水水质的运行环境，连续流系统脱氮除磷能力上升，说明好氧颗粒污泥系统有着较强的适应水质变化的能力。

图2运行过程中NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TN、TP和COD变化情况


在实验的第Ⅱ阶段，将好氧区内曝气量调为0.6mL·min-1而保持HRT不变，好氧区内此时溶解氧保持在3mg·L-1左右，结果表明，随着DO的降低，COD的平均利用率升高7%，污染物去除能力升高，分析可能由于在DO差距较大的两级反应器交替过程中抑制了异养菌的生长，并且较高DO在回流过程中可能一部分带入缺氧环境，打破了部分缺氧环境导致异养菌活性降低。所以较高的DO并没有提高系统的氮磷去除能力，反而削弱了系统的反硝化及释磷能力。


随着实验的进一步运行和水力停留时间的缩短，有机负荷率增加，两级连续流系统内呈现出明显的COD浓度差，不仅提高了传质动力，亦有效抑制了丝状菌的过度生长，在44——64 d时，TP平均去除率为80.43%，TN平均去除率为83.6%，COD平均去除率为90.39%，此时连续流系统的脱氮除磷性能最好，说明在空间上形成的缺氧/好氧间歇运行方式使得脱氮除磷过程不只依赖于颗粒本身，在NO3--N回流至缺氧段时，连续进水的基质补充条件下使连续流系统有着较高的脱氮除磷效率。继续缩短水力停留时间至6 h后，微生物吸收利用缓慢，异养菌与有机负荷接触时间较短，COD利用率降低，污染物去除能力下降。


综上连续流好氧颗粒污泥在较小的曝气量（0.6mL·min-1）和合适的水力停留时间下（9 h）脱氮除磷性能最好，进水COD、TN和TP平均浓度分别为247.7、42.3和3.13mg·L-1，平均去除率分别为90.39%、83.6%和80.43%.


2.2污泥特性的变化


2.2.1污泥浓度及沉降性能的变化


连续流系统中污泥浓度及沉降性能的变化如图3和图4所示。接种污泥后，反应器内MLSS为2950 mg·L-1，SVI为37 mL·g-1.本实验过程中，每天从反应器中间位置取样口取均质泥水混合样品进行检测分析。实验开始后，进水水质由恒定不变的模拟生活污水到不稳定的实际生活污水不可避免地降低了好氧颗粒污泥的稳定性，在第6 d时MLSS下降到2500 mg·L-1左右，SVI上升至50 mL·g-1，在DO变低之后，可以看到部分颗粒解体，解体的颗粒在沉淀管的顶端排出系统，造成MLSS的继续减�。怯捎诹郊读髦腥毖�/好氧的交替环境促进颗粒密实，部分不太密实的颗粒解体之后又重新聚集成颗粒，所以看到DO的降低并没有造成对连续流系统中污泥的破坏，缩短水力停留时间后，不可避免的造成了好氧颗粒污泥的流失，MLSS减少至1800 mg·L-1，但是系统的处理性能并没有恶化，反而变好，在阶段Ⅲ运行的第10 d左右，MLSS开始上升，最终稳定在2000 mg·L-1左右，f为0.92，颗粒较为密实，系统也在这一阶段处理性能达到最好，说明连续流好氧颗粒污泥系统相对于SBR活性污泥系统污泥浓度较低。

图3运行过程中MLSS和MLVSS变化情况

图4运行过程中SVI和颗粒粒径变化情况


2.2.2 EPS分析


EPS对好氧颗粒的形成和稳定起着至关重要的作用，EPS含量被认为是蛋白质和多糖的总和，不同阶段下好氧颗粒污泥分泌的EPS含量（以SS计）如图5，EPS在实验前6 d由50.85 mg·g-1显著升高至62.71 mg·g-1，这是由于微生物在接触新环境时的自然反应是EPS升高的主要原因，特别是蛋白质含量，由45.17 mg·g-1升高至55.50 mg·g-1.降低曝气量后，意味着水力剪切力变�。醚蹩帕Ｎ勰喾置诓糠諩PS以维持颗粒的稳定性，这与He等的研究结果一致。降低水力停留时间后，EPS含量对SVI有显著影响，EPS含量的增加导致SVI的下降。随着EPS从58.16 mg·g-1增加到80.41 mg·g-1，SVI从49 mL·g-1显著下降到40 mL·g-1，好氧颗粒变得光滑致密，较高的EPS含量可以加速好氧颗粒的形成，改善好氧颗粒的沉降性能，所以在曝气量为0.6 mL·min-1，水力停留时间为9 h时，PN/PS值达到最高，导致颗粒污泥的疏水性增加，颗粒变得更加密实。这可能是由于两级反应器中产生了基质浓度差，由于细菌的作用，在缺氧阶段产生的EPS后来被消耗在好氧阶段，并且PS更容易在低基质环境中被消耗，颗粒基质中留下了更多的PN，以维持其结构。

图5运行过程中EPS变化情况


2.2.3三维荧光和平行因子分析


由于原始三维荧光图谱中各组分荧光峰互相重叠，无法单独研究单类物质荧光峰的变化特征，故利用平行因子分析方法进行分析。图6是连续流好氧颗粒污泥在第1、31、49和79 d的EEM荧光光谱，表4为PARAFAC模型分析得到各阶段具体的结果。根据文献，将组分分别定义为色氨酸或类蛋白物质、可溶性微生物副产物、疏水性酸物质和腐殖酸这4类物质。

图6运行过程中颗粒污泥三维荧光分析

表4 PARAFAC模型分析所得各阶段组成成分


阶段Ⅰ中分离出两种腐殖酸物质，此时颗粒污泥刚接种于连续流反应器中，腐殖酸成分主要是脂肪族和芳香族的高聚物，含有羧基、酚基等带负电官能团，有研究表明腐殖酸会影响污泥的絮凝力，不利于污泥颗粒化。表5为HIX和FI的值，阶段Ⅰ的好氧颗粒污泥EPS的荧光值为1.221，是整个运行阶段中FI的最低值，HIX的值较高对应较低的H/C比和更多的环结构，说明在进水基质为生活污水条件下好氧颗粒污泥的DOM来源于微生物的比例较高，并且腐化程度较高，经连续流系统处理后HIX值有所下降，FI值有所上升，说明其腐殖化程度降低、水中由微生物产生的物质增多。随后曝气强度由1.0 mL·min-1降至0.6mL·min-1后，组成成分仍然是色氨酸或类蛋白物质和腐殖酸两类物质，颗粒污泥的EPS物质结构和组成变化较�。馇慷确⑸吮浠�，从1.221升高至1.352.这表明连续流系统好氧颗粒污泥EPS的组成成分受曝气强度的影响较小。随着HRT从13 h缩短至9 h，FI值从1.352增加到2.014，HIX值从0.847升高至0.936，分析此阶段好氧颗粒污泥EPS的组成成分由2种增加至4种，出现了可溶性微生物副产物及疏水酸相关物质，水解和细胞裂解是将颗粒污泥转化为溶解形式的两个主要机制，所以这表明缩短HRT将可生物降解的蛋白质水解为小分子或者是出现了细胞的裂解。由此出现了可溶性微生物副产物及疏水酸相关物质，HIX值升高也因为污泥水解和破坏产生的蛋白质很可能转化为腐殖质。虽然有部分细菌死亡但是根据上述研究表明此阶段生物量增多，出水水质变好，说明合适的水力停留时间对微生物的生长代谢有促进作用，并淘洗掉了世代周期较长的细菌或活性受到了抑制，以此加速了生物量的生长。综上所述水力停留时间会改变EPS的组成，水力停留时间相对于曝气强度对连续流系统的EPS组成影响更大。

表5运行过程中HIX和FI值的变化情况


HRT和DO、曝气强度、水力停留对好氧颗粒污泥连续流系统的影响（一）

HRT和DO、曝气强度、水力停留对好氧颗粒污泥连续流系统的影响（二）

HRT和DO、曝气强度、水力停留对好氧颗粒污泥连续流系统的影响（三）

HRT和DO、曝气强度、水力停留对好氧颗粒污泥连续流系统的影响（四）