O工艺处理发制品产业集聚区综合废水

中国环境科学2018,38(4)：1304~1311ChinaEnvironmentalScience三段A/O工艺处理发制品产业集聚区综合废水肖才林1,2,沈建华1,杨洋3,李睿华1*(1.南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏南京210046；2.深圳市市政设计研究院有限公司,广东深圳518029；3.河南省城乡规划设计研究总院有限公司,河南郑州450000)摘要：利用三段A/O工艺作为发制品产业集聚区综合废水生物处理单元,探讨了不同进水流量分配比和污泥回流比下COD、TN、PO43--P的去除性能和微生物群落特征.结果表明,在进水流量分配比60%:25%:15%、污泥回流比75%、缺氧区与好氧区容积比1:1、SRT20d、HRT16h条件下,三段A/O工艺处理综合废水后出水TN平均浓度14.85mg/L,COD浓度低于40m/L;此时PO43--P去除率达到最大值,为56.21%.参与处理综合废水的主要门水平微生物Proteobacteria和Bacteroidetes的相对丰度是45.63%~60.13%和16.65%~30.55%.Denitratisoma、Thauera、uncultured-f-Saprospiraceae和Sulfuritalea等优势菌属相对丰度的增加,是三段A/O工艺TN去除率随第一分段进水流量分配比增大或污泥回流比降低而提高的本质体现.关键词：多段A/O工艺；发制品；进水流量分配；污泥回流；脱氮除磷中图分类号：X506文献标识码：A文章编号：1000-6923(2018)04-1304-08UtilizingthreestepfeedA/Oprocesstotreatecomprehensivewastewaterfromhairproductproductionclusterarea.XIAOCai-lin1,2,SHENJian-hua1,YANGYang3,LIRui-hua1*(1.StateKeyLaboratoryofPollutionControlandResourceReuse,SchooloftheEnvironment,NanjingUniversity,Nanjing210046,China；2.ShenzhenMunicipalDesign&ResearchInstituteCo.Ltd.,Shenzhen518029,China；3.HennanUrbanandRuralPlanningandDesignGeneralInstituteCo.Ltd.,Zhengzhou450000,China).ChinaEnvironmentalScience,2018,38(4)：1304~1311Abstract：AthreestepfeedA/Oprocesswasutilizedasasecondarybiologicaltreatmentunittotreatcomprehensivewastewaterfromhairproductproductionclusterarea.Theremovalsofchemicaloxygendemand(COD),TN,PO43--Pandthefeaturesofmicrobialcommunitieswereinvestigatedatdifferentinflowdistributionandsludgereturn.Withvolumedistributionratioofanoxicandoxiczone1:1,solidresidencetime(SRT)20d,hydraulicretentiontime(HRT)16h,inflowdistributionandsludgereturnwere60%:25%:15%and75%,averageTNandCODconcentrationswere14.85mg/Landlessthan40mg/L,respectivekly,ineffluentsfromthethreestepfeedA/Oprocess.Atthesametime,removalefficiencyofPO43--Preachedthemaximumvalueof56.21%.RelativeabundancesofProteobacteriaandBacteroidetes,thedominatingphylafortreatingcomprehensivewastewater,were45.63%~60.13%and16.65%~30.55%.TheincreasingrelativeabundancesofDenitratisoma,Thauera,uncultured-f-Saprospiraceae,Sulfuritalea,etal.wastheessentialembodimentthatremovalefficiencyofTNincreasedwiththeincreaseofinflowdistributioninthefirststeporthedecreaseofsludgereturn.Keywords：stepfeedA/Oprocess；hairproduct；inflowdistribution；sludgereturn；nitrogenandphosphorusremoval发制品产业是一个高污染行业,生产过程中排放的废水经过厂内处理,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级标准[1]之后排入市政管网,与市政污水混合成发制品产业集聚区综合废水.综合废水碳氮比低、成分复杂及水质波动大[2],对于综合废水的处理,目前采用的卡鲁赛尔氧化沟或者A2/O工艺的稳定性有待验证.许昌市某污水处理厂采用卡鲁赛尔氧化沟工艺处理综合废水,出水COD和NH4+-N浓度分别为83.8mg/L和12.6mg/L,超过规定限值收稿日期：2017-09-24基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2015ZX07204-002)∗责任作者,副教授,[e-mail]4期肖才林等：三段A/O工艺处理发制品产业集聚区综合废水1305(50mg/L、5mg/L)0.68和1.52倍.因此,探索多段A/O工艺的技术参数,稳定高效处理综合废水成为保障发制品产业健康发展和生态文明建设的重要课题.由于多段A/O工艺基建费用少[3],运行费用低[4-5],抗冲击负荷能力强[6],脱氮效果显著[7],能够合理地分配碳源而更适用于处理低碳氮比污水[8],在市政污水和工业废水处理中已得到成功应用[8].进水流量分配比是多段A/O工艺的核心参数,影响有机碳源的合理分配和各段容积负荷.多段A/O工艺的各个分段之间存在最佳配水比,在此比例下,进水各段含氮污染物的质量和下一分段有机物的质量成固定比值,满足各段反硝化的碳源需求,工艺达到最大脱氮率[8].污泥回流比(R)影响反应器的污泥浓度(MLSS)和污泥龄(SRT),使反应器对污染物的去除呈现不同的试验结果[8].为探讨多段A/O工艺处理发制品产业集聚区综合废水的可行性和稳定性,在许昌市某城镇污水处理厂调控运行了一套三段A/O试验装置,探讨了进水流量分配比和R对多段A/O系统处理污染物效能的影响.同时分析了参数对三段A/O工艺中微生物群落结构的影响,揭示了部分优势菌属在TN去除过程中的作用,为三段A/O工艺处理发制品产业集聚区综合废水的实际应用提供依据.1材料和方法1.1试验装置用于处理发制品产业集聚区综合废水的试验装置(图1)由进水箱、三段A/O反应器和竖流式沉淀池组成.其中,进水箱和沉淀池的有效容积分别是60和3.2L.三段A/O反应器由有机玻璃制成,规格为500×100×250mm(L×B×H),总有效容积10L.如图1所示,反应器由隔板均分成3个分段,每个分段又由一个隔板按1:1分成前后两个部分,前端区域为缺氧区(A区),后端区域为好氧区(O区).每个缺氧区域均设置有精密增力电动搅拌机,使活性污泥和污水混合均匀.每个好氧区通过电磁式空气泵充气,微孔曝气头做曝气器,由转子流量计控制风量,以维持DO为2~6mg/L.系统设置1台蠕动泵作为污泥回流泵,将沉淀池底部污泥回流至三段A/O反应器缺氧一区(A1).1243568971011A1O1A2O2A3O3图1三段A/O反应系统流程Fig.1SchematicdiagramofthethreestepfeedA/Oprocess1.进水箱2.阀门3.搅拌器4.蠕动泵5.取样口6.曝气头7.空气流量计8.空气泵9.二沉池10.出水11.剩余污泥A1:缺氧一区,O1:好氧一区,A2:缺氧二区,O2:好氧二区,A3:缺氧三区,O3:好氧三区1.2试验水质原水取自许昌市某城镇污水处理厂配水井.该污水处理厂设计进水流量为3×104t/d,其中混入的发制品产业厂内处理后废水为1.2×104t/d.由于发制品产业原污水水质波动大,所以综合废水的水质变化也很大,主要指标如表1所示.表1三段A/O系统的进水水质Table1InfluentwaterqualityofthethreestepfeedA/Oprocess水质参数最小值最大值平均值COD(mg/L)218797407TN(mg/L)15.1855.3733.60PO43--P(mg/L)0.186.211.571.3三段A/O反应器的连续运行与控制三段A/O反应器接种驯化污泥后连续运行,根据各段进水流量分配比和R划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ4个阶段.各阶段的运行控制参数如表2所示.其中阶段Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ比较了进水流量分配1306中国环境科学38卷比对三段A/O反应器处理污染物效能的影响.阶段Ⅲ和Ⅳ比较了R对三段A/O反应器处理污染物效能的影响.1.4水质指标检测分析项目包括pH值、DO、COD、NH4+-N、TN、NO3--N、NO2--N和PO43--P等水质指标.DO采用HQ30d型溶解氧仪(HACH,美国)测定,pH采用FE28型pH测定仪(METTLERTOLEDO,瑞士)测定,其他指标检测均采用国家标准方法[9].表2三段A/O系统的运行阶段和控制条件Table2OperationphasesandthecontrolparametersofthethreestepfeedA/Oprocess项目阶段Ⅰ阶段Ⅱ阶段Ⅲ阶段Ⅳ运行时间(d)1~1112~3132~5556~68进水流量分配比(%)34:33:3340:35:2560:25:1560:25:15R(%)12512512575进水COD(mg/L)248~792254~797218~739232~570进水TN(mg/L)29.87~55.3726.02~42.6533.00~35.2236.17~40.24进水PO43--P(mg/L)1.25~4.150.29~2.280.18~3.220.50~6.21HRT(h)16161616SRT(d)20202020MLSS(mg/L)2558~30202322~33772343~29242556~29711.5微生物高通量测序各阶段运行稳定后,即反应器运行第11、31、55和68d,分别从二沉池沉泥斗底部取活性污泥提取微生物DNA,供高通量测序使用.采用FastDNA®SpinKit土壤试剂盒(MPBiomedicals,美国)提取活性污泥微生物的DNA,置于-80℃保存.委托上海美吉生物医药科技有限公司完成PCR扩增,并基于IlluminaMiseq平台对扩增产物进行高通量测序.PCR扩增具体参考Wang等[10]的方法,高通量测序数据处理具体参考徐伟超等[11]的方法,完成可操作分类单元(operationaltaxonomicunitsOTU)的计算.根据OUT值,统计分析了门、属分类水平的微生物相对丰度,计算公式如下:门(属)分类水平某类微生物相对丰度(%)=门(属)分类水平某类微生物OUT值/门(