2結果與討論

2.1污染物的沿程變化規律

從圖3（a）可知，沿著(zhù)進(jìn)水方向，單元格的COD去除能力呈現明顯遞減的變化規律。其中，1區和2區主要承擔COD去除功能，3區和4區的COD濃度有一定變化，最后兩個(gè)區域COD濃度變化不明顯。經(jīng)分析，原因可能是前兩個(gè)區微生物有充足的底物營(yíng)養，活躍性較高，可以?xún)?yōu)先去除易降解的有機物。后面的幾個(gè)單元格則是通過(guò)微生物作用將難降解的有機物先轉化為易降解的小分子物質(zhì)，再去除一部分有機物質(zhì)。從圖3（b）可以看出，整個(gè)系統對NH3-N的去除效果很好，其中反應器的前兩個(gè)區主要承擔去除NH3-N的任務(wù)。從1區到3區，NH3-N濃度有明顯的下降，反應器后面的區域NH3-N濃度也呈現下降趨勢。根據生物脫氮原理，好氧池發(fā)生硝化作用，其將銨離子（NH4+）與亞硝酸根離子（NO2-）轉換成硝酸根（NO3-），這是NH3-N濃度下降的主要原因。從圖3（c）可以看出，除了6區，ISBS生物反應器的其他5個(gè)區對TN的去除能力相當。NH3-N與TN的沿程變化規律表明，ISBS生物反應器內，在充足的氧氣條件下，亞硝化菌與硝化菌能很好地將NH3-N轉化，去除NH3-N，而ISBS生物反應器內生物膜的厭氧結構可能不夠豐富，造成反硝化能力不足，致使TN依然存在于系統中。

圖3常規污染物的沿程變化規律

2.2 DO的沿程變化規律

ISBS生物反應器DO濃度沿程變化如圖4所示。ISBS生物反應器內，DO濃度沿著(zhù)水流方向呈現梯度式增加。1區和2區去除掉8月26日DO濃度數據，平均DO濃度分別為1.3 mg/L、1.9 mg/L，其余四個(gè)區域的平均DO濃度分別為3.5 mg/L、3.9 mg/L、5.3 mg/L、5.7 mg/L。污水中的有機物和氧氣分別從生物膜的兩側進(jìn)入，即兩者的濃度梯度相反，這對水解水中有機物有利。ISBS生物反應器的前端有機物濃度最大，但DO濃度最小，而反應器后端則恰好相反，微生物生長(cháng)的兩個(gè)影響因子得以相互協(xié)調和抑制，從而促使生物膜協(xié)調地生長(cháng)在相對穩定的厚度范圍，既有利于污染成分的有效去除，又能減少生物膜脫落，從而產(chǎn)生更少的污泥。根據污染物的沿程變化規律，ISBS生物反應器前兩個(gè)區域DO濃度控制在1.3～3.5 mg/L，該工藝具有良好的脫氮性能與有機物去除能力。

圖4 DO沿程變化規律

2.3 pH的沿程變化規律

理論上，引起ISBS生物反應器pH變化的主要過(guò)程有反硝化、聚磷菌攝食磷、異氧微生物分解代謝過(guò)程產(chǎn)生CO2、好氧池曝氣將CO2帶離水體。進(jìn)水pH基本保持在7～8，污水進(jìn)入好氧池，pH有所升高。ISBS生物反應器的pH在8.5～9.0波動(dòng)，比較穩定，相比原水，pH有所升高，這是各種反應過(guò)程協(xié)同的結果。好氧池的pH不盡相同，并不具備規律性。資料顯示，pH保持在7.0～8.0，硝酸與反硝化細菌具有最強的活性，而ISBS生物反應器幾乎所有區域pH都較高，可能會(huì )限制反硝化范圍。

2.4脫氫酶活性

如圖5所示，整個(gè)系統的微生物活性均保持在30 IU/g以上，由于中試進(jìn)水濃度的不確定性，微生物活性隨進(jìn)水濃度呈現一定的變化，但變化不大。經(jīng)微生物相比較，ISBS生物反應器2區的微生物活性大于5區，原因可能是前端有機物濃度高于后端，即微生物活性與底物濃度成正比。5區位于ISBS生物反應器后端，后端存在許多微型動(dòng)物，微型動(dòng)物主要攝食細菌和污泥碎塊，后端酶活性較低。微型動(dòng)物的捕食作用對污泥脫氫酶活性有一定的抑制作用。2區與5區脫氫酶活性相差不大，經(jīng)分析，原因可能是底物濃度不足，微生物會(huì )消耗自身儲存的營(yíng)養進(jìn)行代謝，根據內源代謝特點(diǎn)，污泥產(chǎn)生量可以得到削減。

圖5不同樣品的脫氫酶活性

2.5胞外聚合物

ISBS生物反應器不同樣品的蛋白質(zhì)、多糖和EPS變化如圖6所示。隨著(zhù)系統的運行，ISBS生物反應器前端與后端的多糖含量都呈現上升趨勢，系統環(huán)境適合微生物生長(cháng)，生物膜對污泥產(chǎn)生量減少有促進(jìn)作用。相比5區，2區多糖含量較高，原因可能是ISBS生物反應器后端存在微型動(dòng)物，微型動(dòng)物捕食細菌，對細菌包裹的胞外聚合物進(jìn)行拉扯、破壞和攝食。系統前端EPS含量逐漸上升，尤其是最后兩次采樣，這種現象可能與系統的再啟動(dòng)有關(guān)，第4次與第5次采樣時(shí)，系統啟動(dòng)運行3 d，突然的進(jìn)水沖擊可能導致生物膜活性增長(cháng)，微生物吸收消耗營(yíng)養底物的速度加快，胞外聚合物中有機物含量增多。除了第2次采樣，后端幾次采樣EPS含量只有很小的差異，EPS總量對生物絮凝能力、沉降性能和表面負荷有重要影響，顆粒物水解能夠限制污泥減量，可也從側面反映后端微型動(dòng)物捕食的污泥減量能力。

圖6不同樣品的蛋白質(zhì)、多糖和EPS含量

3結論

ISBS生物反應器前兩個(gè)單元格主要用于去除大部分污染物，后面的單元格則能分解難降解的大分子物質(zhì)，從而使整個(gè)系統呈現優(yōu)秀的污水處理能力。DO濃度沿水流方向增加，ISBS生物反應器的6個(gè)區域平均DO濃度分別為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，當前兩個(gè)區域DO濃度控制在1.3～3.5 mg/L時(shí)，該工藝具有良好的脫氮性能與有機物去除能力。整個(gè)系統的脫氫酶活性均保持在30 IU/g以上，ISBS生物反應器前端的微生物活性大于后端，前端底物充足，微生物活躍性高。后端微型動(dòng)物的攝食作用抑制微生物活性，使得后端細菌通過(guò)消耗自身儲存的營(yíng)養進(jìn)行代謝，依據內源代謝原理，污泥產(chǎn)生量得到削減。ISBS生物反應器可以為不同微生物提供穩定的生長(cháng)區域，使生物膜微生物量一直保持動(dòng)態(tài)平衡，微生物也更加豐富，這是強化污泥減量的重要原因。