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在污废水生物处理中,生物接触氧化法日益受到重视。接触氧化工艺通过在活性污泥系统中引入填料不仅可以大幅度地提高生物量,增加处理系统的稳定性,而且可以降低对二沉池的依赖。填料作为接触氧化工艺的重要组成,在水处理中发挥着重要作用。纤维类填料由于相对比表面积大、水力特性良好,已广泛用于接触氧化工艺中。相对于常规填料,将纤维填料引入接触氧化池所形成的工艺可在脱氮、污泥脱落、能耗、生物附着和污泥减量等方面有明显优势。基于前期的污废水处理研究发现,微米级玄武岩纤维(Basalt fiber,BF)在活性污泥系统中易分散、缠绕,快速形成尺寸在10 cm以上的球状生物聚合体,称之为“生物巢”。目前在接触氧化池中使用的BF填料尚未建立明确的使用规范。这些规范直接影响到接触氧化系统内的生物量、胞外聚合物的含量与组成和微生物群落结构与组成等,并最终影响到工艺的水处理效能。为建立这种规范,本研究以模拟生物污水为对象,从BF填料的尺寸和垂直间距的角度出发,探究生物巢内的胞外聚合物、微生物群落和生物巢的水处理效能与它们之间的关系,建立初步的BF填料的结构组合方式。本论文的主要内容如下:(一)研究了不同尺寸的BF填料对生物巢的微生物群落结构和其分泌的胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)的含量与成分以及水处理效能的影响,从而确定BF填料的尺寸。以模拟生活污水为对象,选用五种不同尺寸的BF填料(直径5 cm、10 cm、15 cm、20 cm和25 cm)进行处理。在五个反应器(分别标记为D5、D10、D15、D20和D25)中采用相同的运行条件,进行100天水处理效能分析,随后,进行生物巢的EPS和生物种群多样性分析。实验结果表明,D15的COD、氨氮和TN的平均去除率分别为91.8%、98.4%和84.1%,高于其他反应器。D15生物巢中提取的EPS中蛋白质/多糖(PN/PS)为1.40~1.45,比值最接近好氧颗粒污泥,并且D15生物巢中亚硝酸菌属(Nitrosomonas)和亚硝化螺菌属(Nitrosospira)的总比例(0.60~0.95%)高于其他反应器,因而具有更优异的脱氮效果。基于上述结果建议采用尺寸为15 cm的BF填料。(二)基于尺寸为15 cm的BF填料,考察BF填料间的垂直间距对其所形成的生物巢的微生物群落结构、EPS的含量和成分、水处理效能的影响,从而确定BF填料间的垂直间距。以模拟生活污水为处理对象,采用三种不同的垂直间距(7 cm、10cm和14 cm)的BF填料。三个生物反应器(S7、S10和S14)控制运行条件一致,进行100天的水处理效能分析,随后进行BF填料形成的生物巢的EPS和微生物群落结构分析。实验结果表明,S14的COD、氨氮和TN的平均去除率高达91.4%、98.1%和83.5%,高于S7和S10。EPS分析表明,S14生物巢的紧密型胞外聚合物(TB-EPS)比例最高,并且生物群落分析显示,S14生物巢内Nitrospirillum的比例(0.33~0.78%)高于其他反应器,所以取得较好的脱氮效果。因此,建议将BF填料的垂直间距设为14 cm。根据对BF填料尺寸和垂直间距的考察结果,初步确定BF填料在接触氧化工艺中的组合方式。