2结果与讨论


2.1污染物的沿程变化规律


从图3（a）可知，沿着进水方向，单元格的COD去除能力呈现明显递减的变化规律。其中，1区和2区主要承担COD去除功能，3区和4区的COD浓度有一定变化，最后两个区域COD浓度变化不明显。经分析，原因可能是前两个区微生物有充足的底物营养，活跃性较高，可以优先去除易降解的有机物。后面的几个单元格则是通过微生物作用将难降解的有机物先转化为易降解的小分子物质，再去除一部分有机物质。从图3（b）可以看出，整个系统对NH3-N的去除效果很好，其中反应器的前两个区主要承担去除NH3-N的任务。从1区到3区，NH3-N浓度有明显的下降，反应器后面的区域NH3-N浓度也呈现下降趋势。根据生物脱氮原理，好氧池发生硝化作用，其将铵离子（NH4+）与亚硝酸根离子（NO2-）转换成硝酸根（NO3-），这是NH3-N浓度下降的主要原因。从图3（c）可以看出，除了6区，ISBS生物反应器的其他5个区对TN的去除能力相当。NH3-N与TN的沿程变化规律表明，ISBS生物反应器内，在充足的氧气条件下，亚硝化菌与硝化菌能很好地将NH3-N转化，去除NH3-N，而ISBS生物反应器内生物膜的厌氧结构可能不够丰富，造成反硝化能力不足，致使TN依然存在于系统中。

图3常规污染物的沿程变化规律


2.2 DO的沿程变化规律


ISBS生物反应器DO浓度沿程变化如图4所示。ISBS生物反应器内，DO浓度沿着水流方向呈现梯度式增加。1区和2区去除掉8月26日DO浓度数据，平均DO浓度分别为1.3 mg/L、1.9 mg/L，其余四个区域的平均DO浓度分别为3.5 mg/L、3.9 mg/L、5.3 mg/L、5.7 mg/L。污水中的有机物和氧气分别从生物膜的两侧进入，即两者的浓度梯度相反，这对水解水中有机物有利。ISBS生物反应器的前端有机物浓度最大，但DO浓度最小，而反应器后端则恰好相反，微生物生长的两个影响因子得以相互协调和抑制，从而促使生物膜协调地生长在相对稳定的厚度范围，既有利于污染成分的有效去除，又能减少生物膜脱落，从而产生更少的污泥。根据污染物的沿程变化规律，ISBS生物反应器前两个区域DO浓度控制在1.3～3.5 mg/L，该工艺具有良好的脱氮性能与有机物去除能力。

图4 DO沿程变化规律


2.3 pH的沿程变化规律


理论上，引起ISBS生物反应器pH变化的主要过程有反硝化、聚磷菌摄食磷、异氧微生物分解代谢过程产生CO2、好氧池曝气将CO2带离水体。进水pH基本保持在7～8，污水进入好氧池，pH有所升高。ISBS生物反应器的pH在8.5～9.0波动，比较稳定，相比原水，pH有所升高，这是各种反应过程协同的结果。好氧池的pH不尽相同，并不具备规律性。资料显示，pH保持在7.0～8.0，硝酸与反硝化细菌具有最强的活性，而ISBS生物反应器几乎所有区域pH都较高，可能会限制反硝化范围。


2.4脱氢酶活性


如图5所示，整个系统的微生物活性均保持在30 IU/g以上，由于中试进水浓度的不确定性，微生物活性随进水浓度呈现一定的变化，但变化不大。经微生物相比较，ISBS生物反应器2区的微生物活性大于5区，原因可能是前端有机物浓度高于后端，即微生物活性与底物浓度成正比。5区位于ISBS生物反应器后端，后端存在许多微型动物，微型动物主要摄食细菌和污泥碎块，后端酶活性较低。微型动物的捕食作用对污泥脱氢酶活性有一定的抑制作用。2区与5区脱氢酶活性相差不大，经分析，原因可能是底物浓度不足，微生物会消耗自身储存的营养进行代谢，根据内源代谢特点，污泥产生量可以得到削减。

图5不同样品的脱氢酶活性


2.5胞外聚合物


ISBS生物反应器不同样品的蛋白质、多糖和EPS变化如图6所示。随着系统的运行，ISBS生物反应器前端与后端的多糖含量都呈现上升趋势，系统环境适合微生物生长，生物膜对污泥产生量减少有促进作用。相比5区，2区多糖含量较高，原因可能是ISBS生物反应器后端存在微型动物，微型动物捕食细菌，对细菌包裹的胞外聚合物进行拉扯、破坏和摄食。系统前端EPS含量逐渐上升，尤其是最后两次采样，这种现象可能与系统的再启动有关，第4次与第5次采样时，系统启动运行3 d，突然的进水冲击可能导致生物膜活性增长，微生物吸收消耗营养底物的速度加快，胞外聚合物中有机物含量增多。除了第2次采样，后端几次采样EPS含量只有很小的差异，EPS总量对生物絮凝能力、沉降性能和表面负荷有重要影响，颗粒物水解能够限制污泥减量，可也从侧面反映后端微型动物捕食的污泥减量能力。

图6不同样品的蛋白质、多糖和EPS含量


3结论


ISBS生物反应器前两个单元格主要用于去除大部分污染物，后面的单元格则能分解难降解的大分子物质，从而使整个系统呈现优秀的污水处理能力。DO浓度沿水流方向增加，ISBS生物反应器的6个区域平均DO浓度分别为1.3 mg/L、1.9 mg/L、3.5 mg/L、3.9 mg/L、5.3 mg/L和5.7 mg/L，当前两个区域DO浓度控制在1.3～3.5 mg/L时，该工艺具有良好的脱氮性能与有机物去除能力。整个系统的脱氢酶活性均保持在30 IU/g以上，ISBS生物反应器前端的微生物活性大于后端，前端底物充足，微生物活跃性高。后端微型动物的摄食作用抑制微生物活性，使得后端细菌通过消耗自身储存的营养进行代谢，依据内源代谢原理，污泥产生量得到削减。ISBS生物反应器可以为不同微生物提供稳定的生长区域，使生物膜微生物量一直保持动态平衡，微生物也更加丰富，这是强化污泥减量的重要原因。