一种基于A2/O工艺的低碳源污水处理装置及方法与流程

一种基于a2/o工艺的低碳源污水处理装置及方法
技术领域
1.本发明涉及污水处理技术领域，更具体地，涉及一种基于a2/o工艺的低碳源污水处理装置及方法。


背景技术：

2.目前国内城镇污水厂普遍面临着进水低碳源化，而排放水质标准却愈发严格的问题，这个矛盾已成为水处理领域的热点、难点。由于tn去除效果只能通过生物强化技术提升，所以如何提高城镇污水厂脱氮的效率成为提标改造的关键要点。
3.针对进水低碳源化的问题，目前多数污水处理厂通过投加液体碳源，例如投加甲醇，乙酸钠，葡萄糖等液体碳源来补充生物反硝化所需要的碳源进而提高生物脱氮率。液体碳源可以投加在二级处理的缺氧池或者投加在末端的反硝化滤池，但液体碳源技术用于缺氧池存在投加量不易控制、产生额外剩余污泥、部分液体碳源安全管理要求高等问题；而用于反硝化滤池时也同样存在投加量难以控制、反硝化滤池易堵塞等情况。
4.针对液体碳源存在的问题，国内外研究者逐渐开始研究固体碳源的反硝化脱氮性能，将固体碳源作为反硝化滤池的填料。目前大量研究都主要使用pcl、pbs、pla/phbv等人工合成的可生物降解固体碳源，但人工合成固体碳源成本较高，限制了它的进一步应用。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于a2/o工艺的低碳源污水处理装置，以解决现有技术中存在的问题。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
7.一种基于a2/o工艺的低碳源污水处理装置，包括：
8.厌氧池，对污水进行厌氧发酵，其进水端与污水收集池连接；
9.缺氧池，其进水端与所述厌氧池的出水端相连接，在所述缺氧池中装填有玉米芯固体碳源；
10.好氧池，其进水端与所述缺氧池的出水端相连接，所述好氧池的底部设置有曝气盘，所述曝气盘与空压机连接，并采用流量计控制曝气量；
11.二沉池，其进水端与所述好氧池的出水端相连接；
12.所述二沉池与所述厌氧池之间安装有外回流管，所述好氧池与所述缺氧池之间安装有内回流管。
13.优选的，所述厌氧池、所述缺氧池和所述好氧池的容积比为1：1.5～2.5:4.5～5.5。
14.优选的，所述厌氧池、所述缺氧池和所述好氧池设置在由混凝土浇筑形成的同一主体内，通过材质为聚乙烯的板材分隔开形成所述厌氧池、所述缺氧池和所述好氧池。
15.优选的，所述厌氧池、所述缺氧池和所述好氧池中均安装有推流器，且安装数量比为1:1:2。
16.优选的，所述缺氧池中，玉米芯固体碳源的填充质量比为1:100～500。
17.本发明的另一目的在于提供一种基于a2/o工艺的低碳源污水处理方法，包括以下步骤：
18.1)将经过格栅处理后的污水输送至厌氧池中进行厌氧发酵，所述厌氧池中接种有活性污泥；
19.2)将厌氧发酵后的污水输送至缺氧池中进行反硝化处理，所述缺氧池中装填有玉米芯固体碳源；
20.3)将经过反硝化处理后的污水输送至好氧池中进行硝化吸磷处理；
21.4)将经过好氧池处理后的污水部分输送至二沉池中，部分经内回流管回流输送至缺氧池中；将二沉池中的部分污泥经外回流管输送至厌氧池中。
22.优选的，步骤2)中，所述玉米芯固体碳源的制备包括以下步骤：
23.a)将玉米芯剪切为直径为1～2cm，长度为3～5cm的小块，经烘干处理后置于尼龙网袋中；
24.b)将装有玉米芯的尼龙网袋浸泡于装有污泥混合液的大桶中，浸泡20～30h后取出即可。
25.优选的，步骤2)中，所述缺氧池中玉米芯固体碳源的填充质量比为1:100～500，将浸泡处理后的玉米芯固体碳源均匀固定在铁架上，装填在缺氧池中，且处于淹没状态；每个所述尼龙网袋中装填的经烘干处理的玉米芯的重量为3～4kg。
26.优选的，所述缺氧池中hrt为6～10h，srt为18～22天，所述好氧池末端的do值为2～3mg/l。
27.优选的，所述缺氧池中hrt为8h，srt为20天，所述好氧池末端的do值为2.3mg/l。
28.优选的，所述内回流管中的回流比r为200～300％；所述外回流管中污泥回流比为70～90％。
29.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
30.(1)本发明通过在缺氧池中装填玉米芯固体碳源，玉米芯可稳定释碳、表面粗糙多孔易于微生物附着、又具备较人工合成固体碳源成本低廉等特性，用于缺氧池填料，可有效稳定的去除tn，保证出水tn小于15mg/l；且不存在cod出水超标的风险；
31.(2)以日均处理水量10万方/日为例，以玉米芯作为碳源，按质量比1:150填料，玉米芯单价以1.5元/kg计算(玉米芯价格0.5～1.5元/kg)，每2个月更换填料，全年碳源费用约90万元；以甲醇作为碳源的投加，全年约要700万元；从长远的角度来说，玉米芯作为碳源存在更大的成本优势，且操作运行方便。同时投加玉米芯可以减少碳源的消耗，避免投加液体碳源伴随的污泥产量增大的问题，可以获得明显的直接和间接经济效益；并且该技术不需要另建深度处理的反硝化滤池，节省了厂内土地空间，设备基建费用以及后期的运行管理成本。
附图说明
32.图1是本发明的装置结构示意图；
33.图2为本发明玉米芯固体碳源装填方式示意图；
34.图3为本发明活性污泥镜检结果图；
35.图4为实施例2中相关数据图，其中a为启动期间tn的浓度变化图，b为启动期间的cod浓度变化图；
36.图5为实施例3中相关结果图，其中a为内回流比对脱氮性能的影响；b为内回流比对出水中氮形态的影响；c为不同内回流比的cod沿程结果；
37.图6为实施例4中相关结果图，其中a为内回流比对脱氮的影响；b为内回流比对出水氮化合物的影响；c为内回流比对出水cod的影响；
38.图7为实施例5中相关结果图，其中a为hrt对脱氮的影响；b为hrt对出水氮化物的影响；c为hrt对出水cod的影响；
39.图8为实施例6中玉米芯的cod释放特性；
40.图9为实施例6中玉米芯浸出有机物的三维荧光表征：a清水释碳；b挂膜释碳；
41.图10为实施例6中玉米芯的氮化合物释放特性及色度；
42.图11为真菌样品的shannon
‑
wiener曲线；
43.图12为生物膜和悬浮污泥真菌丰度分布及费舍尔精确检验图：a.门水平分布；b.属水平分布；
44.图13两个细菌样品的shannon
‑
wiener曲线；
45.图14为生物膜和悬浮污泥细菌丰度分布中细菌门水平分布，其中，a.生物膜；b.悬浮污泥；
46.图15为生物膜和悬浮污泥细菌丰度分布中细菌属水平分布，其中，a.生物膜；b.悬浮污泥；
47.图16为对比实施例1中hrt对脱氮性能的影响；
48.图17为对比实施例1中hrt对出水中氮形态的影响；
49.图18为对比实施例2中内回流比对脱氮性能的影响；
50.图19为对比实施例2中内回流比对出水中氮形态的影响。
51.图中，部件名称与附图编号的对应关系为：
52.1、污水收集池；2、厌氧池；3、缺氧池；4、好氧池；5、曝气盘；6、空压机；7、流量计；8、二沉池；9、外回流管；10、内回流管；11、推流器；12、尼龙网袋；13、铁架。
具体实施方式
53.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
54.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
55.实施例1
56.参考图1和图2所示，一种基于a2/o工艺的低碳源污水处理装置，包括：
57.厌氧池2，对污水进行厌氧发酵，其进水端与污水收集池1连接，污水收集池中的污水为经过格栅处理后的污水；
58.缺氧池3，其进水端与所述厌氧池2的出水端相连接，在所述缺氧池3中装填有玉米
芯固体碳源；具体的，将玉米芯固体碳源剪切成直径约为1
‑
2cm左右，长度4cm左右的柱体，烘干干燥后装入尼龙网袋12中，再将尼龙网袋12浸泡于装有污泥混合液的大桶中20～30小时，优选为24小时，然后将其取出，再将装有玉米芯的尼龙网袋12固定在铁架13上，再置于缺氧池3中；其中，玉米芯固体碳源的填充质量比为1:100～500，本实施例中，优选为1:150；
59.好氧池4，其进水端与所述缺氧池3的出水端相连接，所述好氧池4的底部设置有曝气盘5，所述曝气盘5与空压机6连接，并采用流量计7控制曝气量，此处的流量计7可选择气体转子流量计(lzb
‑
25)；
60.二沉池8，其进水端与所述好氧池4的出水端相连接；
61.所述二沉池8与所述厌氧池2之间安装有外回流管9，以便于将二沉池8中的部分污泥回流至厌氧池2中；所述好氧池2与所述缺氧池3之间安装有内回流管10。
62.本实施例中，所述厌氧池、所述缺氧池和所述好氧池的容积比为1：1.5～2.5:4.5～5.5，优选的为1：2：5；以重庆渝西某污水厂内新建有效容积16m3的a2/o氧化沟一套进行说明，该生化池尺寸为2m
×
2m
×
4.8m，有效水深1.7m；主体部分由混凝土浇筑，聚乙烯板材做内部隔板，v
厌氧
:v
缺氧
:v
好氧
＝1：2：5。二沉池采用竖流式，容积1.5m3。
63.另外，为了保证a2/o氧化沟构筑物内泥水能充分混合，分别在厌氧池、缺氧池安装了1台推流器(qjb
‑
0.37/4)，好氧池安装了2台推流器(qjb
‑
0.37/4)。通过变频器(德力西em60)用回流泵(wq
‑
10
‑
10
‑
0.75kw)、液体流量计(lzb
‑
40)调节和控制回流量。即回流泵安装在外回流管9上，液体流量计安装在内回流管10上实现调节和控制。
64.结合本实施例中厌氧池、缺氧池和好氧池的容积大小，本实施例中，玉米芯固体碳源共装填约25kg，均分为8个，每个尼龙网袋中装填3.1kg，装填的玉米芯的排水容积约为0.2m3，则缺氧池填充容积率为5％。在一些其他实施方式中，可根据不同的处理量对玉米芯固体碳源的重量进行适应性调整。
65.本实施例中，通过在缺氧池中装填玉米芯制备形成的玉米芯固体碳源，避免投加液体碳源伴随的污泥产量增大的问题，可以获得明显的直接和间接经济效益；并且该技术不需要另建深度处理的反硝化滤池，节省了厂内土地空间，设备基建费用以及后期的运行管理成本。
66.实施例2
67.试验装置：采用上述实施例1中的装置；
68.试验水质：试验污水取自重庆渝西某污水厂污水，试验期间主要水质指标见表1。根据表1，该污水bod/tn＝2.16，是典型的低碳源污水。
69.表1进水水质主要指标浓度
[0070][0071]
主要指标测试方法：
[0072]
no3‑
n采用紫外分光光度法(hach dr6000，美国)；nh3‑
n采用纳氏试剂光度法；no2‑
n采用萘乙二胺分光光度法；tn采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；do、温度采用hach便携仪在线测定；cod采用便携式codcr测定仪(hach dr1010，美国)测定。
[0073]
采用上述实施例1中装置，先接种活性污泥后，开始间歇闷曝培养，期间活性污泥
浓度持续增加，当污泥浓度增加至3500mg/l左右时，开始连续进水培养并开始排泥，并随时对污泥的沉降性能、浓度等指标进行检测。先连续小流量进水，并从q＝1m3/h逐步提高至设计流量q＝2m3/h，污泥浓度稳定在3100mg/l左右，污泥沉降比sv30为25％，污泥体积指数svi为80，污泥沉降性能良好。参考图3所示，此时已有大量的钟虫、累枝虫、轮虫等微型后生动物，将在悬浮污泥混合液中浸泡24h后的玉米芯装填进试验装置，10天内系统趋于稳定。
[0074]
(1)总氮
[0075]
启动期间系统出水的tn如图4.a所示。在反应器装填玉米芯的第一天后系统出水tn就可以达到一级a标，在hrt＝8h，r＝200％的条件下，出水tn为13.71mg/l，tn去除率为68％。到第10d时，出水tn为9.4mg/l，tn去除率提高至77％，并从第10d后出水tn开始逐渐稳定，从第10d到第20d，出水tn范围为9.04～10.26mg/l，平均tn去除率为78％。
[0076]
(2)cod
[0077]
系统启动期间出水cod的变化如图4.b所示。在装填玉米芯后，系统二沉池最终出水的cod范围为18.6～21.6mg/l，平均去除率为89％，实验结果表明缺氧池装填玉米芯的a2/o系统的启动期间不会因碳源投加带来出水的二次污染，启动期间出水cod小于一级a标。结合图4.b可以看出，在启动期间的第2d，缺氧池有cod溶出的现象，这是由于玉米芯中易水解的成分快速溶出，但经过好氧池氧化分解，能够避免造成出水cod的二次污染，同时可以看到从第4d开始，缺氧池cod溶出下降，并从8d开始，缺氧池末端cod稳定且并未出现溶出的情况，这表明玉米芯作为固体碳源能够稳定缓慢释放cod，并不会快速溶出cod造成碳源浪费。
[0078]
实施例3
[0079]
本实施例在实施例2的基础上，控制hrt＝8h、srt＝20d、好氧池末端do＝2.3mg/l的工况条件下，控制内回流比分别为r＝100％、r＝200％、r＝300％，研究内回流比对系统脱氮及对出水cod的影响。
[0080]
对出水tn的影响：如图5.a所示，当内回流比r分别为100％、200％、300％时，出水总氮的浓度范围各为16.17～19.50mg/l、9.01～10.98mg/l、6.05～7.78mg/l，tn平均去除率分别为61％、78％、84％，tn去除率随着内回流比的增加而增大，并且不受进水碳源的波动、限制的影响，出水tn稳定达一级a标。结合表2可知缺氧区的tn去除百分比分别为55％、68％、72％，总氮去除效果随着内回流比r增加而提高。值得注意的是，r＝200％时，tn＜15mg/l；r＝300％时，tn＜10mg/l，缺氧池do稳定在0.2～0.21mg/l范围内，几乎不受r影响，说明在缺氧池填充价格低廉的玉米芯固体碳源，不仅提供了反硝化碳源，而且有利于保持缺氧池的缺氧状态，最终实现了低碳源污水处理tn的稳定达标和提标。
[0081]
对出水nh3‑
n、no3‑
n的影响：如图5.b所示，内回流比对系统出水nh3
‑
n的影响较小，在r＝100％、200％、300％时，出水氨氮浓度分别为0.42～0.70mg/l、0.45～0.73mg/l、0.21～0.67mg/l。对系统出水no3‑
n浓度则具有显著影响，在r＝100％、200％、300％时，出水硝态氮浓度分别为15.30～18.31mg/l、8.02～9.55mg/l、5.44～6.88mg/l，出水硝态氮浓度随着内回流比的增加而显著降低。
[0082]
对出水cod的影响：从5.a可以看出，内回流比r对于cod的去除影响不大，在r＝100％、200％、300％时，出水cod浓度范围为17.1～24.8mg/l、16.8～24.5mg/l、15.9～24.3mg/l，出水cod浓度始终小于25mg/l，去除率皆为89％，在装填玉米芯后，系统出水cod
并未有增加的现象，不存在cod出水超标的风险。
[0083]
结合图5.c可以看到，当r＝100％时，装填玉米芯后的缺氧池末端的cod有少许溶出的现象，原因是其内回流比较小，回流至缺氧池的硝酸盐的量较少而存在cod没有被充分利用的情况，当继续提高内回流比时，缺氧末端的cod浓度逐步下降。
[0084]
表2 内回流比对于tn在各个区域去除的百分比
[0085][0086]
实施例4
[0087]
本实施例中与实施例3相比，减少停留时间，通过加大曝气实现完全硝化的工况条件下(hrt＝6h、好氧池末端do＝3mg/l)，控制内回流比分别为r＝100％、r＝200％、r＝300％，研究内回流比对系统脱氮及对出水cod的影响。
[0088]
对出水tn的影响：如图6.a所示，当内回流比r＝100％、200％、300％时，出水的总氮浓度范围分别为15.90～18.39mg/l、9.09～10.31mg/l、8.35～9.39mg/l，总氮平均去除率分别为61％、78％、81％。结果表明，随着内回流r的提高，总氮去除率增加，当r＝100％、200％时总氮的去除情况与实施例3中相差不大，缺氧区hrt的缩短并没有影响硝酸盐去除率。但是当内回流比从200％提高至300％时，总氮去除率的增加减缓，缺氧池tn去除百分比分别为67.33％、68.70％，虽然此时高回流比r＝300％回流的硝酸盐量过大，但是在hrt较短的情况下，难以彻底的进行反硝化，所以脱氮效果难以进一步提高。
[0089]
对出水nh3‑
n、no3‑
n的影响：如图6.b所示，在r＝100％、200％、300％时，出水氨氮浓度范围分别为0.4～0.46mg/l、0.4～0.48mg/l、0.4～0.46mg/l，表明系统在维持好氧池溶解氧为3.0mg/l时能够进行完全硝化，且内回流比r对于出水氨氮影响不大。在r＝100％、200％、300％时，出水硝态氮浓度范围分别为15.20～17.50mg/l、8.29～9.52mg/l、7.58～8.62mg/l，高回流比下的硝酸盐的去除效率减缓。
[0090]
对出水cod的影响：从6.c可以看出，内回流比r＝100％、200％、300％时，系统出水cod浓度范围分别为14.1～24.5mg/l、16.3～21.4mg/l、16.8～20mg/l，cod平均去除率为89％、90％、89％。相比于实施例3，出水cod浓度略有下降，可能是由于好氧池溶解氧较高，利于好氧池对有机物的分解。
[0091]
实施例5
[0092]
同样采用与实施例2中一致的装置和污水来源，只是调整为冬季运行模式(12.1℃～13.5℃)，在r＝200％，好氧池末端do＝3.0mg/l的工况条件下，控制hrt分别为8h、10h、12h，研究低温条件下hrt对系统脱氮及出水的影响。
[0093]
对出水tn的影响：如图7.a所示，当内回流比hrt＝8h、10h、12h时，出水的总氮浓度范围分别为12.18～13.45mg/l、10～11.33mg/l、9.84～11.15mg/l，总氮平均去除率分别为74.95％、78.20％、78.64％，与常温工况相比，总氮去除率稍有降低，但出水tn依然能稳定达到一级a标。结果表明，在低温时虽然系统内微生物的活性受到较大抑制，但是由于玉米芯的生物膜大大增加了缺氧区的生物量，保障了缺氧区整体的脱氮效率，通过延长hrt能够降低系统的出水总氮浓度，但是继续延长hrt带来的tn提升较小。
[0094]
对出水nh3‑
n、no3‑
n的影响：如图7.b所示，hrt＝8h、10h、12h时，出水nh3‑
n浓度范围分别为4.2～5.47mg/l、1.4～2.69mg/l、0.94～1.95mg/l，出水氨氮占总氮的比例各为39％、20％、14％，其中出水氨氮浓度达到一级a标的比例为68％、100％、100％，氨氮去除率分别为88％、95％、96％，结果表明，低温下延长hrt对于氨氮去除的影响显著。可以看出当hrt＝8h时，出水总氮浓度在一级a标(5mg/l)上下波动，还不能稳定达标；当hrt＝10h时，出水氨氮浓度小于3mg/l；当hrt＝12h时，出水氨氮浓度小于2mg/l，达到较高的硝化程度。hrt对于硝酸盐去除的影响较小，但低温下系统出水的硝酸盐处于较低水平，hrt＝8h、10h、12h时，出水no3‑
n浓度范围分别为6.53～7.56mg/l、7.9～8.36mg/l、8.14～8.8mg/l。
[0095]
从上述结果可以明显看出，低温时hrt对于玉米芯碳源系统的氨氮去除的影响较大，对于硝酸盐的去除影响较小。因为氨氮的去除主要发生在好氧区，同时自养的硝化细菌生长速率慢，在低温的条件下生物酶活性低，导致了整体的硝化程度低，所以延长hrt增加硝化时间，增强了硝化效果。而缺氧池中装填了玉米芯，玉米芯生物膜富集了反硝化菌，增强了反硝化效果，同时装填玉米芯后的缺氧区整体的高生物量已经保障了低温下良好的脱氮效果，所以再通过延长hrt的方法对于其影响较弱。综上所述，在低温的情况下，可以通过延长hrt的方法使得该系统出水氨氮、硝态氮均处于较低的水平。
[0096]
对出水cod的影响：从图7.c可以看出，在低温的情况下，hrt＝8h、10h、12h时，出水cod浓度范围分别为20.3～24.7mg/l、19.8～23.6mg/l、20.7～23.8mg/l，cod去除率分别为89％、89％、89％，结果表明低温下hrt对于系统出水cod的影响较小。
[0097]
实施例6玉米芯固体碳源的碳释放特性
[0098]
玉米芯的释碳性能分成两组实验进行对比研究，一组为静置挂膜后玉米芯的释碳实验，一组为清水对照组。操作如下，先从中试装置即实施例1中的装置的缺氧池取出一定量的污泥混合液，待静置沉淀后，倒掉上清液，称取5g玉米芯浸泡在污泥中3h，然后将其取出放入500ml去离子水的烧杯中，并用保鲜膜封住烧杯。另外一组玉米芯用去离子水进行对照实验。每隔12h测定两组玉米芯浸出液的cod浓度。结果如图8所示，在0～24h阶段，两组玉米芯浸出大量的cod，在24h以后浸出cod的速度逐渐放缓，前24h的cod浓度上升较快是因为附着在玉米芯表面的小分子有机物在玉米芯浸水膨胀后快速溶出。在96h以后，碳源浸出逐渐稳定，其中玉米芯挂膜组累计的浸出cod浓度为744.5mg/l，稳定后玉米芯每天浸出cod的量为0.048mg/(l
·
g)，而玉米芯清水释碳组的累计浸出cod浓度为603.3mg/l，玉米芯每天浸出cod的量只有0.02mg/(l
·
g)，这表明经过微生物挂膜后的玉米芯水解速度变快。结合图9可以看出，24h时的玉米芯清水释碳浸出液的三维荧光光谱中存在两个特征荧光峰，分别为peaka(ex/em＝300/325)，这类荧光峰是一些类色氨酸物质，代表着溶解性微生物产物，如糖类、蛋白类等、peak b(ex/em＝230/310)，这类荧光峰是属于类色氨酸中的类蛋白物质，容易被微生物降解。相比之下，挂膜玉米芯的浸出液只出现了peak a，且荧光强度强于玉米芯清水释碳组，这表明经过挂膜后，加快了微生物对于玉米芯水解的过程，一些易被微生物利用的有机物被快速分解，荧光峰peak b消失，而水解后的微生物产物的荧光峰peak a增强。
[0099]
综上所述，玉米芯可溶性碳源释放性能好。经过微生物挂膜后，能够强化玉米芯初期快速释碳，有利于反应器装填玉米芯后的快速启动。参考挂膜后玉米芯的每日浸出量来合理投加玉米芯，能够优化缺氧池中玉米芯的装填量。
[0100]
对玉米芯浸出液的cod测定的同时，也对浸出液的nh3‑
n、no3‑‑
n浓度、浸出液色度进行测定，结果如图10所示。两组玉米芯释碳研究中均未检测到no3‑‑
n，而nh3‑
n在24h以内基本上已经完全溶出，两组累计nh3‑
n浓度分别为4.55mg/l、4.52mg/l。相比于cod的浸出量，玉米芯浸出液的cod/n在134～164左右，表明玉米芯可为反硝化提供充足的碳源且不会显著的增加nh3‑
n负荷。同时观察到玉米芯浸出液存在一定的色度，浸出液呈淡黄色。
[0101]
实施例7玉米芯固体碳源系统微生物多样性试验
[0102]
(1)真菌微生物群落分析
[0103]
表3 真菌的alpha多样性指数
[0104][0105]
根据表3及图11所示，玉米芯生物膜及悬浮污泥中真菌种类较均一，物种多样性较低，其中玉米芯生物膜的simpson指数较悬浮污泥更高，表明玉米芯生物膜对某一类真菌物种有更强的富集作用。
[0106]
在真菌微生物门类水平上，从图12.a可以看出，在玉米芯生物膜和悬浮污泥中，rozellomycota门均占有绝对的相对丰度，分别占比97.08％和93.05％，而其他门类丰度很小。通过费舍尔检验，评估玉米芯生物膜和悬浮污泥样本丰度差异，两者在rozellomycata和chytridiomycota门的相对丰度存在显著差异。
[0107]
如图12.b所示，在属水平上，玉米芯生物膜中unclassified
‑
p
‑
rozellomycata属和archaeorhizomyces属的相对丰度较悬浮污泥有显著差异，其中unclassified
‑
p
‑
rozellomycata属的相对丰度达到97.07％，为玉米芯生物膜中的优势菌种，可能它主要承担玉米芯的降解发酵，因而在玉米芯上得到了富集。
[0108]
(2)细菌微生物群落分析
[0109]
表4 细菌的alpha多样性指数
[0110][0111]
从表4和图13可以看出，悬浮污泥中物种更为丰富，玉米芯生物膜则类别单一，对特定类别的细菌具有富集作用。
[0112]
根据图14.a和14.b显示，在门水平的相对丰度，玉米芯生物膜上的优势菌主要为：proteobacteria(变形菌门)占48.11％、chloroflexi(绿弯菌门)占19.24％、bacteroidetes(拟杆菌门)占12.77％、acidobacteria(酸杆菌门)占5.5％、patescibaacteria(酵母菌门)占4.03％、actinobacteria(放线菌门)占3.88％、firmicutes(厚壁菌门)占2.11％。而在悬浮污泥中，菌种在门水平的种类上和生物膜的菌种相同，但在相对丰度上存在较大差异。在悬浮污泥中丰度最高的为绿弯菌门，相对丰度为49.60％，然后才是变形菌门，相对丰度为21.56％，刚好与生物膜中相对丰度中前两位的顺序相反。其次为拟杆菌门(7.81％)、patescibacteria菌门(7.57％)、酸杆菌门(1.7％)、厚
壁菌门(1.03％)。可能的原因在于，玉米芯作为生物膜载体固定在缺氧池，能对反硝化优势菌种进行富集，同时玉米芯碳源主要的成分是纤维素，所以富集的与反硝化、纤维素分解有关的变形菌门的相对丰度较高。
[0113]
根据图15.a和15.b可以看出，在属水平上，玉米芯生物膜中主要以一些反硝化细菌为主，如unclassified_f_methylophilaceae、hyphomicrobium、terrimonas等，悬浮污泥主要是一些水解产酸细菌，如unclassified_f_anaerolineaceae等，且二者都普遍存在着大分子有机物的降解菌，发酵产酸细菌等，如norank_c_subgroup_6、norank_o_saccharimonadales、norank_f_saprospiraceae、norank_f_caldilineaceae等。
[0114]
在生物膜中，相对丰度最高的为unclassified_f_methylophilaceae，属于变形菌亚纲中的嗜甲基菌科。methylophilaceae就目前研究而言是一种兼性厌氧细菌，具有硝酸盐还原的氮代谢途径，还参与了自然界的氮循环过程，是本系统生物膜中主要的反硝化细菌。在缺氧条件下，methylophilaceae能够利用甲醛、乙酸、柠檬酸盐等含有甲基的小分子有机物作为电子供体进行反硝化。
[0115]
生丝微菌属(hyphomicrobium)是本系统中主要生长在生物膜中的菌种，是一种常见的生物膜中的反硝化细菌，在本系统生物膜中相对丰度为1.15％。hyphomicrobium既能利用小分子，又能利用大分子有机物反硝化。在以甲醇作为碳源的反硝化滤池的生物膜中，hyphomicrobium是系统中的优势菌种。在以酚酸类大分子碳源反硝化的mbbr的生物膜中hyphomicrobium的相对丰度占优。
[0116]
terrimonas属于拟杆菌门(bacteroidetes)的鞘脂杆菌纲(sphingobacteria)，是一种兼性反硝化细菌，是本系统中主要生长在生物膜中的菌种，相对丰度为1.69％，是一些以乙酸、丙酸等为碳源的反硝化系统中的主要反硝化细菌。
[0117]
除了上述细菌外，生物膜和悬浮污泥中都出现了一些norank_subgroup类的细菌，这类细菌在天然有机质的发酵过程经常出现，是一类与纤维素、半纤维素发酵分解过程有关的功能微生物，在本系统中它们可能主要对玉米芯进行降解，为反硝化微生物们提供可利用的小分子碳源。unclassified_f_anaerolineaceae是本系统中主要生长在悬浮污泥中的微生物，相对丰度为4.20％，能够分解一些难降解的、大分子有机物，是污水处理厂悬浮污泥中的常见微生物。
[0118]
综上所述，在本系统的缺氧池中玉米芯生物膜和悬浮污泥中的细菌微生物群落结构丰富、有层次，各类微生物在强化脱氮过程中相互支撑。首先是玉米芯生物膜中的细菌norank_c_subgroup_6等对大分子有机物进行水解然后发酵酸化生成乙酸、丙酸、小分子的甲基有机物，为生物膜中的反硝化细菌如unclassified_f_methylophilaceae、hyphomicrobium、terrimonas等提供电子供体，进行反硝化。同时悬浮污泥中的细菌unclassified_f_anaerolineaceae等也利用进水的有机物，和玉米芯溶出到液相中的有机物进行分解，为悬浮污泥中和生物膜外层的反硝化细菌提供反硝化碳源。
[0119]
对比实施例1
[0120]
本实施例所采用的装置除缺氧池中没有装填玉米芯固体碳源外，其余与实施例2中所提供的装置一致，污水源同样与实施例2中一致。
[0121]
考察了6h、8h、10h三水平hrt对内回流比r为200％、srt＝20d的a2/o氧化沟脱氮效果的影响。稳定运行期间的实验结果分别见图16、图17。
[0122]
从图16可以看出，在hrt分别为6h、8h、10h的情况下，出水tn浓度变化范围分别为14.48～18.36mg/l、14.81～17.69mg/l、14.38～17.95mg/l，浓度小于15mg/l的比例分别是16％、20％、24％，tn平均去除率分别为63％、66％、67％。表明低碳源污水处理系统，tn去除率受hrt的影响较弱，提高hrt不能显著提高脱氮效果，但可以增加出水tn低浓度的频率。结合图17可以看出，较短的hrt(6h)实验系统出水总氮中氨氮比例(30％)明显高于其他2个系统(4％、4％)，说明低碳源污水处理系统在短hrt运行条件也潜在氨氮出水超一级a标的风险，由于未能实现完全硝化，进而也将限制脱氮效率的进一步提高。
[0123]
对比实施例2
[0124]
本实施例所采用的装置除缺氧池中没有装填玉米芯固体碳源外，其余与实施例2中所提供的装置一致，污水源同样与实施例2中一致。
[0125]
在hrt＝8h、srt＝20d、好氧池末端do＝2.3mg/l的情况下，考察了内回流比r(100％、200％、300％)对没有装填玉米芯固体碳源的低碳源污水处理a2/o系统脱氮性能的影响。稳定运行期间的实验结果分别见图18，图19。
[0126]
根据图18，图19可知，内回流比r分别为100％、200％、300％时，进水tn、cod波动较大，出水tn浓度变化范围分别为17.84～20.31mg/l、14.81～17.69mg/l、15.28～18.06mg/l，tn平均去除率分别为58％、66％、64％，浓度小于15mg/l的比例分别是0％、20％、0％；出水nh3‑
n浓度变化范围分别为0.43～0.72mg/l、0.43～0.68mg/l、0.31～0.95mg/l。结果表明，在几乎完全硝化的情况下，增加低碳源污水处理系统的内回流比r不能明显提高tn去除率，甚至在较大的内回流比情况下，tn去除率反而下降了，究其原因一方面与低碳源污水处理系统碳源缺乏有关，另一方面与内回流液携带的do导致缺氧池的缺氧环境破坏有关。研究过程中发现缺氧池do受好氧池do值及r值影响显著，在好氧池do＝2.3mg/l的情况下，三个内回流比(100％、200％、300％)状态下缺氧池do分别为0.22mg/l、0.35mg/l、0.52mg/l。
[0127]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0128]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。