低溫下多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)生物脫氮效能與微生物特性研究一、引言1.1研究背景與意義水是生命之源，是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)性自然資源。然而，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的不斷增長(zhǎng)，水污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)部分水體存在著不同程度的污染，其中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的超標(biāo)排放是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因之一。水體富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)引發(fā)藻類過(guò)度繁殖、水質(zhì)惡化、溶解氧降低等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重影響水生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定，制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)在應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的水質(zhì)和不斷提高的排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，暴露出了諸多問(wèn)題和局限性。在處理效率方面，部分傳統(tǒng)水處理技術(shù)對(duì)于高濃度、難降解的有機(jī)污染物以及重金屬等污染物的去除能力有限，難以使處理后的水質(zhì)達(dá)到嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。例如，一些工業(yè)廢水中含有的持久性有機(jī)污染物和重金屬，傳統(tǒng)生物處理技術(shù)往往無(wú)法有效去除，導(dǎo)致出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。在技術(shù)適配性上，不同地區(qū)的水質(zhì)差異較大，而一些傳統(tǒng)水處理技術(shù)缺乏針對(duì)性的優(yōu)化和調(diào)整，難以適應(yīng)多樣化的水質(zhì)條件。比如農(nóng)村地區(qū)的水質(zhì)與城市相比，具有污染物濃度較低、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，適用于城市污水處理的技術(shù)在農(nóng)村地區(qū)可能因基礎(chǔ)設(shè)施不完善和專業(yè)技術(shù)人員匱乏而無(wú)法有效運(yùn)行。在污水處理過(guò)程中，脫氮是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)，其對(duì)于控制水體富營(yíng)養(yǎng)化和改善水質(zhì)起著關(guān)鍵作用。然而，低溫環(huán)境對(duì)污水生物脫氮處理帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，這是當(dāng)前污水處理領(lǐng)域亟待解決的重要問(wèn)題。微生物在污水生物脫氮過(guò)程中扮演著核心角色，它們通過(guò)一系列復(fù)雜的代謝活動(dòng)，將污水中的氮轉(zhuǎn)化為無(wú)害的氮?dú)?，從而?shí)現(xiàn)脫氮的目的。但微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)對(duì)環(huán)境條件極為敏感，溫度是其中一個(gè)關(guān)鍵的影響因素。從宏觀角度來(lái)看，在低溫條件下，污水處理系統(tǒng)中的微生物數(shù)量會(huì)顯著減少，活性也會(huì)大幅降低。這是因?yàn)榈蜏匾种屏宋⑸锏纳L(zhǎng)和繁殖速度，使得微生物難以在污水中大量存活和發(fā)揮作用。從微觀層面分析，溫度降低會(huì)對(duì)微生物的生理特性產(chǎn)生重要影響，導(dǎo)致微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和吸收減緩，蛋白質(zhì)合成速率降低，生命代謝活動(dòng)變得遲緩。這些變化嚴(yán)重阻礙了污水的生物凈化過(guò)程，使得冬季低溫時(shí)期污水污泥生物處理效果明顯下降。相關(guān)研究表明，當(dāng)水溫低于15℃時(shí)，硝化細(xì)菌的活性會(huì)大幅降低，硝化速度明顯下降；當(dāng)水溫低于5℃時(shí)，硝化細(xì)菌的生命活動(dòng)幾乎停止，這使得污水中的氨氮難以被有效轉(zhuǎn)化和去除，從而導(dǎo)致出水氨氮濃度超標(biāo)，脫氮效果無(wú)法達(dá)到預(yù)期。多級(jí)A/O-MBBR（MovingBedBiofilmReactor，移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器）系統(tǒng)作為一種新型的污水處理工藝，近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注和研究。該系統(tǒng)結(jié)合了傳統(tǒng)活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)向反應(yīng)器中投加懸浮載體，為微生物提供了大量的附著生長(zhǎng)位點(diǎn)，增加了反應(yīng)器中的生物量和生物多樣性，從而顯著提高了反應(yīng)器的處理效率。在多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)中，通過(guò)設(shè)置多個(gè)缺氧和好氧反應(yīng)單元，實(shí)現(xiàn)了硝化和反硝化過(guò)程的有效分離和協(xié)同作用，為污水的高效脫氮提供了有力的技術(shù)支持。然而，目前針對(duì)低溫條件下多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)生物脫氮性能的研究還相對(duì)較少，對(duì)于該系統(tǒng)在低溫環(huán)境下的運(yùn)行特性、微生物群落結(jié)構(gòu)變化以及優(yōu)化調(diào)控策略等方面的認(rèn)識(shí)還不夠深入。本研究旨在深入探究低溫條件下多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)的生物脫氮性能，通過(guò)中試實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)地分析該系統(tǒng)在低溫環(huán)境下對(duì)氮污染物的去除效果、微生物群落結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律以及關(guān)鍵影響因素。研究結(jié)果將為低溫地區(qū)污水處理廠的工藝選擇、優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供重要的理論依據(jù)和技術(shù)支持，有助于提高低溫地區(qū)污水處理的效率和質(zhì)量，有效解決水污染問(wèn)題，保護(hù)水生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，本研究對(duì)于推動(dòng)污水處理技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，豐富生物脫氮理論體系也具有重要的科學(xué)意義。1.2移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）概述移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）是一種高效的污水處理技術(shù)，其原理融合了傳統(tǒng)活性污泥法和生物膜法的優(yōu)勢(shì)，在污水處理領(lǐng)域具有獨(dú)特的地位和廣泛的應(yīng)用前景。MBBR的核心原理是通過(guò)向反應(yīng)器中投加一定數(shù)量的懸浮載體，這些載體通常由聚乙烯、聚丙烯等材料制成，具有比重接近于水、比表面積大、適合微生物附著生長(zhǎng)等特點(diǎn)。在反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中，污水在曝氣或攪拌作用下與懸浮載體充分混合，微生物在載體表面生長(zhǎng)繁殖，形成一層穩(wěn)定的生物膜。當(dāng)污水與生物膜接觸時(shí)，其中的有機(jī)污染物、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被微生物攝取并分解代謝。微生物通過(guò)自身的生理活動(dòng)，將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等無(wú)害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中污染物的去除。由于載體的懸浮特性，它們?cè)诜磻?yīng)器內(nèi)不斷運(yùn)動(dòng)，與污水充分接觸，保證了處理效果的均勻性和高效性。同時(shí)，載體的碰撞和剪切作用使空氣氣泡更加細(xì)小，增加了氧氣的利用率，為微生物的好氧代謝提供了充足的氧氣。在生物膜的結(jié)構(gòu)中，載體內(nèi)外存在著不同的微生物種類分布。內(nèi)部由于溶解氧濃度較低，適合厭氧菌或兼氧菌生長(zhǎng)，它們能夠進(jìn)行厭氧代謝，如反硝化作用，將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀懦?；外部則是好氧菌占主導(dǎo)，主要進(jìn)行好氧呼吸，分解污水中的有機(jī)污染物和進(jìn)行硝化反應(yīng)，將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。這種獨(dú)特的生物膜結(jié)構(gòu)使得MBBR在同一反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)了硝化和反硝化過(guò)程，大大提高了脫氮效率，這是MBBR相對(duì)于傳統(tǒng)活性污泥法的重要優(yōu)勢(shì)之一。MBBR具有諸多顯著特點(diǎn)，使其在污水處理中表現(xiàn)出色。在處理效率方面，由于其較高的生物量和比表面積，能夠?yàn)槲⑸锾峁┐罅康母街L(zhǎng)位點(diǎn)，MBBR在相同的體積下，處理效率比傳統(tǒng)的活性污泥法更高，對(duì)BOD（生化需氧量）、COD（化學(xué)需氧量）、氨氮等污染物的去除效果顯著。研究表明，在處理城市生活污水時(shí)，MBBR對(duì)COD的去除率可達(dá)90%以上，對(duì)氨氮的去除率也能達(dá)到85%-95%，遠(yuǎn)高于一些傳統(tǒng)工藝。在應(yīng)用范圍上，MBBR展現(xiàn)出了良好的靈活性，可以適用于處理多種類型的污水，包括城市生活污水、工業(yè)廢水（如印染廢水、制藥廢水、食品加工廢水等）以及農(nóng)村分散式污水等。不同類型的污水具有不同的水質(zhì)特點(diǎn)，MBBR通過(guò)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)和微生物群落結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的水質(zhì)條件，有效地去除其中的污染物。抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)也是MBBR的一大特點(diǎn)。MBBR中的生物膜可以抵抗較大的水質(zhì)和水量的變化。當(dāng)污水水質(zhì)突然發(fā)生變化，如有機(jī)污染物濃度大幅升高或含有毒性物質(zhì)時(shí)，生物膜上的微生物能夠通過(guò)自身的適應(yīng)機(jī)制，在一定程度上維持代謝活動(dòng)，保證處理效果的相對(duì)穩(wěn)定。同樣，當(dāng)污水水量出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，MBBR也能較好地適應(yīng)，不會(huì)對(duì)處理效果產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響。在占地面積方面，與傳統(tǒng)污水處理工藝相比，MBBR反應(yīng)器的容積相對(duì)較小，且不需要設(shè)置專門(mén)的二沉池等設(shè)施，因此占地面積小，這在土地資源緊張的地區(qū)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在一些城市的污水處理廠升級(jí)改造中，采用MBBR工藝可以在不增加過(guò)多占地面積的情況下，提高污水處理能力和出水水質(zhì)。MBBR在水處理領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在城市污水處理廠中，MBBR可用于新建污水處理廠的工藝選擇，也可用于現(xiàn)有污水處理廠的升級(jí)改造。通過(guò)在現(xiàn)有活性污泥法處理系統(tǒng)中引入MBBR工藝，可以有效提高系統(tǒng)的處理能力和脫氮除磷效果，提升出水水質(zhì)，使其達(dá)到更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。在工業(yè)廢水處理中，MBBR能夠針對(duì)不同行業(yè)工業(yè)廢水的特點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)和微生物菌群，實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度有機(jī)廢水、難降解廢水等的有效處理。在農(nóng)村分散式污水處理中，MBBR工藝因其占地面積小、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，非常適合農(nóng)村地區(qū)的實(shí)際情況，能夠有效地解決農(nóng)村生活污水的污染問(wèn)題，改善農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境。1.3高通量測(cè)序技術(shù)在環(huán)境微生物學(xué)上的應(yīng)用高通量測(cè)序技術(shù)，也被稱為下一代測(cè)序技術(shù)（NextGenerationSequencing，NGS），是一種能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的DNA片段進(jìn)行測(cè)序的先進(jìn)技術(shù)。與傳統(tǒng)的桑格測(cè)序法相比，高通量測(cè)序技術(shù)具有更高的測(cè)序速度、更低的成本和更高的通量，能夠一次性對(duì)數(shù)百萬(wàn)至數(shù)十億的DNA片段進(jìn)行測(cè)序。這一技術(shù)的出現(xiàn)為微生物學(xué)研究帶來(lái)了革命性的變革，使研究人員能夠以前所未有的方式揭示微生物群落的復(fù)雜性、多樣性和動(dòng)態(tài)性。在環(huán)境微生物學(xué)領(lǐng)域，高通量測(cè)序技術(shù)已成為研究微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的重要工具。通過(guò)對(duì)環(huán)境樣本中的微生物DNA進(jìn)行高通量測(cè)序，研究人員可以全面了解微生物群落的組成，包括各種微生物的種類、數(shù)量及其相對(duì)豐度。這有助于揭示不同環(huán)境條件下微生物群落的分布規(guī)律和多樣性特征，為深入理解生態(tài)系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性提供基礎(chǔ)。例如，在土壤微生物群落研究中，高通量測(cè)序技術(shù)可以檢測(cè)到傳統(tǒng)培養(yǎng)方法難以發(fā)現(xiàn)的稀有微生物類群，這些微生物可能在土壤養(yǎng)分循環(huán)、植物生長(zhǎng)促進(jìn)等方面發(fā)揮著重要作用。在水處理領(lǐng)域，高通量測(cè)序技術(shù)同樣發(fā)揮著重要作用，為分析微生物群落結(jié)構(gòu)和功能提供了有力手段。污水處理系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，其中的微生物群落結(jié)構(gòu)和功能直接影響著污水的處理效果。利用高通量測(cè)序技術(shù)，研究人員可以對(duì)污水處理系統(tǒng)中的微生物群落進(jìn)行全面分析，了解不同處理單元中微生物的種類和數(shù)量變化，以及它們?cè)谖廴疚锶コ^(guò)程中的作用機(jī)制。在活性污泥法處理系統(tǒng)中，通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)發(fā)現(xiàn)，硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌在不同的溶解氧條件下具有不同的分布規(guī)律，這為優(yōu)化曝氣策略、提高脫氮效率提供了理論依據(jù)。在低溫條件下的污水處理研究中，高通量測(cè)序技術(shù)有助于揭示微生物群落對(duì)低溫環(huán)境的響應(yīng)機(jī)制。低溫會(huì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)、代謝和群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而影響污水處理效果。通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)分析低溫條件下污水處理系統(tǒng)中的微生物群落變化，研究人員可以確定哪些微生物能夠適應(yīng)低溫環(huán)境，以及它們?cè)诘蜏叵碌拇x途徑和功能變化。有研究利用高通量測(cè)序技術(shù)發(fā)現(xiàn)，在低溫環(huán)境下，一些具有耐寒特性的微生物會(huì)成為優(yōu)勢(shì)菌群，它們可能通過(guò)調(diào)整自身的代謝方式和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)來(lái)適應(yīng)低溫，從而維持污水處理系統(tǒng)的基本功能。這為篩選和培育適應(yīng)低溫環(huán)境的微生物菌種，優(yōu)化低溫污水處理工藝提供了重要的信息。1.4研究目的及內(nèi)容1.4.1研究目的本研究旨在深入探究低溫條件下多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)的生物脫氮性能，通過(guò)中試實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)地分析該系統(tǒng)在低溫環(huán)境下對(duì)氮污染物的去除效果、微生物群落結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律以及關(guān)鍵影響因素，為低溫地區(qū)污水處理廠的工藝選擇、優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供重要的理論依據(jù)和技術(shù)支持。具體目標(biāo)如下：評(píng)估低溫下的脫氮性能：系統(tǒng)地研究低溫條件下（通常指水溫低于15℃，尤其是在冬季低溫時(shí)期，水溫可能低至5℃甚至更低的情況）多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)對(duì)污水中氮污染物的去除效果，包括氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮等，明確該系統(tǒng)在低溫環(huán)境下的脫氮能力和局限性，為實(shí)際工程應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。揭示微生物群落變化規(guī)律：利用高通量測(cè)序技術(shù)等先進(jìn)手段，深入分析低溫條件下多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，確定在低溫環(huán)境下適應(yīng)生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)微生物種群及其功能，以及微生物群落結(jié)構(gòu)變化與脫氮性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，為理解生物脫氮機(jī)制提供理論基礎(chǔ)。確定關(guān)鍵影響因素：全面考察溶解氧、碳氮比、水力停留時(shí)間等關(guān)鍵因素對(duì)低溫條件下多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)生物脫氮性能的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析，確定這些因素的最佳控制范圍，為實(shí)際運(yùn)行中的工藝調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)，以提高系統(tǒng)在低溫環(huán)境下的脫氮效率和穩(wěn)定性。提出優(yōu)化策略：基于對(duì)低溫條件下多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)生物脫氮性能的研究結(jié)果，結(jié)合實(shí)際工程需求，提出針對(duì)性的優(yōu)化策略和運(yùn)行管理建議，包括工藝參數(shù)的調(diào)整、微生物菌群的調(diào)控等，以提升該系統(tǒng)在低溫地區(qū)污水處理中的應(yīng)用效果，降低運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。1.4.2研究?jī)?nèi)容為實(shí)現(xiàn)上述研究目的，本研究將圍繞以下幾個(gè)方面展開(kāi)具體內(nèi)容的研究：中試實(shí)驗(yàn)裝置的搭建與運(yùn)行：設(shè)計(jì)并搭建一套適用于低溫環(huán)境的多級(jí)A/O-MBBR中試實(shí)驗(yàn)裝置，模擬實(shí)際污水處理廠的運(yùn)行條件。該裝置包括進(jìn)水系統(tǒng)、多級(jí)A/O-MBBR反應(yīng)器、出水系統(tǒng)以及配套的監(jiān)測(cè)設(shè)備等。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行該裝置，通過(guò)控制進(jìn)水水質(zhì)、流量等參數(shù)，收集不同運(yùn)行階段的水樣和生物膜樣品，為后續(xù)分析提供數(shù)據(jù)和樣本支持。低溫下的脫氮效果分析：對(duì)中試實(shí)驗(yàn)裝置的進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)和分析，重點(diǎn)關(guān)注氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮等氮污染物的濃度變化，計(jì)算系統(tǒng)對(duì)這些污染物的去除率。通過(guò)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)積累和分析，評(píng)估多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)在低溫條件下對(duì)不同形態(tài)氮污染物的去除能力，以及去除效果隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，明確系統(tǒng)在低溫環(huán)境下的脫氮性能特點(diǎn)。微生物群落結(jié)構(gòu)分析：運(yùn)用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)不同溫度條件下多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)中的微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面分析。首先提取生物膜和活性污泥中的微生物總DNA，然后對(duì)16SrRNA基因進(jìn)行擴(kuò)增和測(cè)序，通過(guò)生物信息學(xué)分析方法，確定微生物的種類、數(shù)量及其相對(duì)豐度，揭示低溫條件下微生物群落結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，分析優(yōu)勢(shì)微生物種群的組成和功能，以及微生物群落多樣性與脫氮性能之間的關(guān)系。關(guān)鍵影響因素的考察：通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和多因素正交實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)地考察溶解氧、碳氮比、水力停留時(shí)間等關(guān)鍵因素對(duì)低溫條件下多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)生物脫氮性能的影響。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，固定其他因素，分別改變某一個(gè)因素的水平，觀察系統(tǒng)脫氮性能的變化情況，確定每個(gè)因素的最佳取值范圍。同時(shí)，通過(guò)多因素正交實(shí)驗(yàn)，研究各因素之間的交互作用對(duì)脫氮性能的影響，為實(shí)際運(yùn)行中的工藝優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。優(yōu)化策略的提出與驗(yàn)證：根據(jù)對(duì)低溫條件下多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)生物脫氮性能的研究結(jié)果，結(jié)合微生物群落結(jié)構(gòu)變化規(guī)律和關(guān)鍵影響因素的分析，提出針對(duì)性的優(yōu)化策略，如調(diào)整反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù)、優(yōu)化微生物菌群結(jié)構(gòu)、添加功能性微生物制劑等。通過(guò)在中試實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，評(píng)估優(yōu)化策略的有效性和可行性，為低溫地區(qū)污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行提供切實(shí)可行的技術(shù)方案和管理建議。二、實(shí)驗(yàn)材料與方法2.1多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)作為本研究的核心實(shí)驗(yàn)裝置，其設(shè)計(jì)和運(yùn)行原理對(duì)于深入探究低溫條件下的生物脫氮性能至關(guān)重要。該系統(tǒng)巧妙地融合了A/O工藝和MBBR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，旨在實(shí)現(xiàn)污水中氮污染物的高效去除。從結(jié)構(gòu)組成來(lái)看，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)主要由多個(gè)缺氧池（A池）、好氧池（O池）以及MBBR反應(yīng)區(qū)串聯(lián)而成。各池體之間通過(guò)合理的水流通道和控制閥門(mén)實(shí)現(xiàn)有序的水流循環(huán)和物質(zhì)交換。在本中試實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)采用了有機(jī)玻璃材質(zhì)構(gòu)建，以方便觀察內(nèi)部運(yùn)行情況。整體裝置的有效容積為[X]L，其中缺氧池總?cè)莘e占比[X]%，好氧池總?cè)莘e占比[X]%，各池體的具體尺寸根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)需求和場(chǎng)地條件進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)。在運(yùn)行過(guò)程中，污水首先進(jìn)入第一個(gè)缺氧池，在該池中，反硝化細(xì)菌利用污水中的有機(jī)物作為碳源，將回流的硝酸鹽氮還原為氮?dú)?，?shí)現(xiàn)初步的脫氮過(guò)程。此過(guò)程中，缺氧池內(nèi)的溶解氧濃度嚴(yán)格控制在0.5mg/L以下，為反硝化細(xì)菌提供了適宜的缺氧環(huán)境。隨后，污水流入與之相連的好氧池。好氧池內(nèi)通過(guò)曝氣裝置持續(xù)充入空氣，使溶解氧濃度維持在2-4mg/L，滿足好氧微生物的生長(zhǎng)和代謝需求。在好氧池中，硝化細(xì)菌將污水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，完成硝化反應(yīng)。同時(shí)，好氧微生物對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)行分解代謝，進(jìn)一步降低污水中的污染物濃度。MBBR反應(yīng)區(qū)是多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式為微生物的生長(zhǎng)和代謝提供了良好的條件。在MBBR反應(yīng)區(qū)內(nèi)，填充了大量的懸浮載體，這些載體通常由聚乙烯或聚丙烯等材料制成，具有比重接近于水、比表面積大（一般在[X]m2/m3以上）、表面粗糙且親水性好等特點(diǎn)，非常適合微生物的附著生長(zhǎng)。在曝氣或攪拌作用下，載體在水中呈流化狀態(tài)，與污水充分接觸，極大地增加了微生物與污染物的接觸面積，提高了傳質(zhì)效率。微生物在載體表面逐漸生長(zhǎng)繁殖，形成一層穩(wěn)定的生物膜，這層生物膜具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和豐富的微生物群落。生物膜的外層主要是好氧微生物，它們能夠利用溶解氧進(jìn)行有氧呼吸，分解污水中的有機(jī)物和進(jìn)行硝化反應(yīng)；而生物膜的內(nèi)層由于溶解氧難以滲透，形成了缺氧或厭氧環(huán)境，有利于反硝化細(xì)菌和其他厭氧微生物的生存和代謝，它們能夠進(jìn)行反硝化作用以及一些厭氧代謝過(guò)程，如有機(jī)物的厭氧發(fā)酵等。這種獨(dú)特的生物膜結(jié)構(gòu)使得MBBR反應(yīng)區(qū)在同一空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了硝化和反硝化過(guò)程的協(xié)同進(jìn)行，大大提高了系統(tǒng)的脫氮效率。在多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)中，脫氮除磷的作用機(jī)制是一個(gè)復(fù)雜而協(xié)同的過(guò)程。在脫氮方面，通過(guò)缺氧池和好氧池的交替運(yùn)行以及MBBR反應(yīng)區(qū)的強(qiáng)化作用，實(shí)現(xiàn)了氨化、硝化和反硝化的完整脫氮流程。在污水進(jìn)入系統(tǒng)后，有機(jī)氮首先在氨化細(xì)菌的作用下被分解為氨氮，這一過(guò)程在缺氧池和好氧池中均可發(fā)生。隨后，在好氧池和MBBR反應(yīng)區(qū)的好氧環(huán)境中，硝化細(xì)菌將氨氮逐步氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。最后，在缺氧池和MBBR反應(yīng)區(qū)的缺氧環(huán)境中，反硝化細(xì)菌利用污水中的碳源將硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮還原為氮?dú)猓尫诺酱髿庵?，從而完成脫氮過(guò)程。在除磷方面，系統(tǒng)主要通過(guò)生物除磷和化學(xué)沉淀的協(xié)同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。在厭氧條件下（如在缺氧池的前段），聚磷菌將細(xì)胞內(nèi)的聚磷酸鹽分解，釋放出磷酸根離子，并攝取污水中的有機(jī)物合成聚β-羥基丁酸（PHB）儲(chǔ)存起來(lái)。當(dāng)聚磷菌進(jìn)入好氧環(huán)境（如好氧池和MBBR反應(yīng)區(qū)的好氧部分）時(shí)，它們利用儲(chǔ)存的PHB進(jìn)行代謝活動(dòng)，同時(shí)從污水中過(guò)量攝取磷酸鹽，合成聚磷酸鹽儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)。隨著微生物的代謝和生長(zhǎng)，通過(guò)排放剩余污泥的方式，將污水中的磷去除。此外，為了進(jìn)一步提高除磷效果，系統(tǒng)中還可以根據(jù)實(shí)際情況投加適量的化學(xué)除磷藥劑，如鐵鹽、鋁鹽等，這些藥劑與污水中的磷酸根離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶性的磷酸鹽沉淀，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)沉淀除磷。多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)通過(guò)其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式，以及脫氮除磷的協(xié)同作用機(jī)制，為低溫條件下污水的高效生物脫氮除磷提供了一種可行的技術(shù)方案。在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究中，將圍繞該系統(tǒng)在低溫環(huán)境下的運(yùn)行性能、微生物群落結(jié)構(gòu)變化以及關(guān)鍵影響因素等方面展開(kāi)深入探討，以期為實(shí)際工程應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)和技術(shù)支持。2.2實(shí)驗(yàn)裝置與運(yùn)行條件本研究搭建的中試實(shí)驗(yàn)裝置主要由進(jìn)水系統(tǒng)、多級(jí)A/O-MBBR反應(yīng)器、出水系統(tǒng)以及配套的監(jiān)測(cè)設(shè)備等部分組成，其具體構(gòu)造和運(yùn)行條件如下：進(jìn)水系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將原水引入實(shí)驗(yàn)裝置，并對(duì)原水進(jìn)行初步的預(yù)處理和水質(zhì)調(diào)節(jié)。原水首先進(jìn)入原水箱，原水箱采用耐腐蝕的聚乙烯材質(zhì)制成，有效容積為[X]L，能夠儲(chǔ)存一定量的原水，以保證實(shí)驗(yàn)的連續(xù)運(yùn)行。原水箱內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，通過(guò)攪拌可使原水水質(zhì)均勻，避免出現(xiàn)沉淀和濃度分層現(xiàn)象。在原水箱的出口處，安裝有一臺(tái)蠕動(dòng)泵，用于控制進(jìn)水流量。蠕動(dòng)泵的流量可通過(guò)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確控制，本實(shí)驗(yàn)中進(jìn)水流量控制在[X]L/h，以模擬實(shí)際污水處理廠的進(jìn)水負(fù)荷。多級(jí)A/O-MBBR反應(yīng)器：作為整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的核心部分，多級(jí)A/O-MBBR反應(yīng)器由多個(gè)缺氧池、好氧池以及MBBR反應(yīng)區(qū)串聯(lián)而成。各池體均采用有機(jī)玻璃材質(zhì)制作，具有良好的透光性，便于觀察內(nèi)部的運(yùn)行情況。反應(yīng)器的總有效容積為[X]L，其中缺氧池總?cè)莘e占比[X]%，好氧池總?cè)莘e占比[X]%。每個(gè)缺氧池的尺寸為長(zhǎng)[X]cm、寬[X]cm、高[X]cm，內(nèi)部安裝有潛水?dāng)嚢杵?，以保證污水與微生物充分混合，同時(shí)維持缺氧環(huán)境，使溶解氧濃度控制在0.5mg/L以下。好氧池的尺寸為長(zhǎng)[X]cm、寬[X]cm、高[X]cm，通過(guò)曝氣裝置向池內(nèi)充入空氣，使溶解氧濃度維持在2-4mg/L，滿足好氧微生物的生長(zhǎng)和代謝需求。曝氣裝置采用微孔曝氣器，能夠產(chǎn)生細(xì)小的氣泡，增加氧氣與污水的接觸面積，提高氧的利用率。MBBR反應(yīng)區(qū)填充了大量的懸浮載體，載體采用聚乙烯材質(zhì)，比重接近于水，比表面積為[X]m2/m3，表面粗糙且親水性好，有利于微生物的附著生長(zhǎng)。載體的填充率為[X]%，在曝氣或攪拌作用下，載體在水中呈流化狀態(tài)，與污水充分接觸，極大地增加了微生物與污染物的接觸面積，提高了傳質(zhì)效率。在MBBR反應(yīng)區(qū)的進(jìn)出口處，設(shè)置了攔截網(wǎng)，防止載物流失，同時(shí)保證污水的順利通過(guò)。出水系統(tǒng)：經(jīng)過(guò)多級(jí)A/O-MBBR反應(yīng)器處理后的污水進(jìn)入出水系統(tǒng)。出水系統(tǒng)主要包括沉淀池和出水水箱。沉淀池采用豎流式沉淀池，其作用是使處理后的污水中的懸浮物沉淀下來(lái)，實(shí)現(xiàn)泥水分離。沉淀池的尺寸為直徑[X]cm、高[X]cm，沉淀時(shí)間控制在[X]h。沉淀后的上清液溢流進(jìn)入出水水箱，出水水箱同樣采用聚乙烯材質(zhì)，有效容積為[X]L。在出水水箱的出口處，安裝有在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出水的水質(zhì)指標(biāo)，如氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、COD等。配套監(jiān)測(cè)設(shè)備：為了全面監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置的運(yùn)行情況和水質(zhì)變化，還配備了一系列的監(jiān)測(cè)設(shè)備。在原水箱、各池體以及出水水箱中，均安裝了溫度傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水溫。在好氧池和MBBR反應(yīng)區(qū)，安裝了溶解氧傳感器，以監(jiān)測(cè)溶解氧濃度。此外，還定期采集水樣，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室分析方法，測(cè)定污水中的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，包括氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總氮、COD、BOD等。水樣采集后，立即進(jìn)行分析檢測(cè)，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程中，嚴(yán)格控制各項(xiàng)運(yùn)行條件，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。水溫通過(guò)溫控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，模擬低溫環(huán)境，將水溫控制在5-15℃范圍內(nèi)。水力停留時(shí)間（HRT）通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)水流量和反應(yīng)器的有效容積進(jìn)行控制，本實(shí)驗(yàn)中HRT控制在[X]h，以保證污水在反應(yīng)器內(nèi)有足夠的反應(yīng)時(shí)間。污泥停留時(shí)間（SRT）通過(guò)定期排放剩余污泥來(lái)控制，維持在[X]d左右，以保證反應(yīng)器內(nèi)微生物的活性和數(shù)量穩(wěn)定。此外，還根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，適時(shí)調(diào)整反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù)，如曝氣強(qiáng)度、攪拌速度等，以優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行效果。2.3分析測(cè)試方法2.3.1常規(guī)指標(biāo)檢測(cè)方法及數(shù)據(jù)分析方法在本研究中，為全面評(píng)估多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)在低溫條件下的運(yùn)行性能和生物脫氮效果，對(duì)多種常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)分析，具體檢測(cè)方法如下：化學(xué)需氧量（COD）：采用重鉻酸鉀法（GB11914-89）進(jìn)行測(cè)定。該方法基于在強(qiáng)酸性溶液中，一定量的重鉻酸鉀氧化水樣中的還原性物質(zhì)，過(guò)量的重鉻酸鉀以試亞鐵靈作指示劑，用硫酸亞鐵銨溶液回滴，根據(jù)消耗的重鉻酸鉀量計(jì)算水樣中還原性物質(zhì)消耗氧的量。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，取適量水樣，加入已知量的重鉻酸鉀溶液和硫酸-硫酸銀溶液，加熱回流2小時(shí)，冷卻后用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，記錄消耗的硫酸亞鐵銨溶液體積，通過(guò)公式計(jì)算得出COD值。氨氮（NH??-N）：采用納氏試劑分光光度法（HJ535-2009）進(jìn)行測(cè)定。其原理是氨與納氏試劑在堿性條件下反應(yīng)生成淡紅棕色絡(luò)合物，該絡(luò)合物的吸光度與氨氮含量成正比，于波長(zhǎng)420nm處測(cè)量吸光度，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線法計(jì)算氨氮濃度。具體操作時(shí)，將水樣調(diào)節(jié)至合適的pH值，加入酒石酸鉀鈉溶液消除鈣、鎂等金屬離子的干擾，再加入納氏試劑顯色，顯色10分鐘后，在分光光度計(jì)上測(cè)定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算氨氮含量?？偟═N）：采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ636-2012）進(jìn)行測(cè)定。在120-124℃條件下，堿性過(guò)硫酸鉀溶液使水樣中的含氮化合物氧化為硝酸鹽，然后于波長(zhǎng)220nm和275nm處分別測(cè)定吸光度，根據(jù)吸光度差值，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線法計(jì)算總氮濃度。實(shí)驗(yàn)中，取適量水樣，加入堿性過(guò)硫酸鉀溶液，在高壓蒸汽滅菌器中消解30分鐘，冷卻后加入鹽酸調(diào)節(jié)pH值，然后在分光光度計(jì)上測(cè)定吸光度，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算總氮含量。亞硝酸鹽氮（NO??-N）：采用N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法（GB7493-87）進(jìn)行測(cè)定。在酸性條件下，亞硝酸鹽與對(duì)氨基苯磺酸發(fā)生重氮化反應(yīng)，再與N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽偶合生成紅色染料，于波長(zhǎng)540nm處測(cè)量吸光度，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線法計(jì)算亞硝酸鹽氮濃度。在實(shí)際操作中，將水樣酸化后，依次加入對(duì)氨基苯磺酸溶液和N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽溶液，顯色15分鐘后，在分光光度計(jì)上測(cè)定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算亞硝酸鹽氮含量。硝酸鹽氮（NO??-N）：采用紫外分光光度法進(jìn)行測(cè)定。利用硝酸鹽在220nm波長(zhǎng)處有特征吸收，而在275nm波長(zhǎng)處不吸收的特性，通過(guò)測(cè)定水樣在220nm和275nm波長(zhǎng)處的吸光度，校正后計(jì)算硝酸鹽氮濃度。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將水樣進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，去除干擾物質(zhì)后，在紫外分光光度計(jì)上分別測(cè)定220nm和275nm波長(zhǎng)處的吸光度，根據(jù)公式計(jì)算硝酸鹽氮含量。污泥濃度（MLSS）：采用重量法進(jìn)行測(cè)定。取一定體積的混合液，通過(guò)定量濾紙過(guò)濾，將截留的懸浮物在103-105℃下烘干至恒重，稱重后計(jì)算污泥濃度。在操作過(guò)程中，將濾紙?jiān)诤娓上渲泻娓芍梁阒兀Q重并記錄質(zhì)量，然后取適量混合液進(jìn)行過(guò)濾，將帶有懸浮物的濾紙?jiān)俅魏娓芍梁阒?，稱重并記錄質(zhì)量，通過(guò)兩次質(zhì)量差和混合液體積計(jì)算污泥濃度。污泥體積指數(shù)（SVI）：通過(guò)測(cè)量污泥沉降30分鐘后的體積與污泥濃度的比值來(lái)計(jì)算。取1000mL混合液于量筒中，靜置沉降30分鐘，讀取沉淀污泥的體積，然后結(jié)合污泥濃度計(jì)算SVI值。計(jì)算公式為SVI=沉淀污泥體積（mL）/污泥濃度（g/L）。對(duì)于上述檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)，采用Origin、SPSS等專業(yè)數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過(guò)計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，評(píng)估實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的集中趨勢(shì)和離散程度，以確定各指標(biāo)的穩(wěn)定性和可靠性。利用方差分析（ANOVA）方法，分析不同運(yùn)行條件下各水質(zhì)指標(biāo)的差異顯著性，判斷各因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響程度。通過(guò)相關(guān)性分析，研究不同水質(zhì)指標(biāo)之間的相互關(guān)系，為深入理解系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制和脫氮性能提供依據(jù)。同時(shí)，運(yùn)用圖表（如折線圖、柱狀圖、散點(diǎn)圖等）直觀地展示數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)和相互關(guān)系，以便更清晰地呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2.3.2Miseq高通量測(cè)序分析方法為深入探究低溫條件下多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，采用Miseq高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)微生物16SrRNA基因進(jìn)行測(cè)序分析，具體步驟如下：樣品采集：在多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的不同階段，分別從缺氧池、好氧池和MBBR反應(yīng)區(qū)采集生物膜和活性污泥樣品。生物膜樣品通過(guò)刮取載體表面的生物膜獲得，活性污泥樣品則直接從各池體中取適量混合液。每個(gè)樣品采集3個(gè)平行樣，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。將采集到的樣品立即放入無(wú)菌離心管中，置于冰盒中保存，并盡快送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行后續(xù)處理。DNA提?。菏褂肞owerSoilDNAIsolationKit（MoBioLaboratories,Inc.）試劑盒提取樣品中的總DNA。具體操作步驟按照試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。首先將樣品加入到含有裂解緩沖液的離心管中，通過(guò)振蕩和加熱使細(xì)胞裂解，釋放出DNA。然后利用硅膠膜離心柱吸附DNA，經(jīng)過(guò)多次洗滌去除雜質(zhì)，最后用洗脫緩沖液洗脫得到純凈的DNA。提取的DNA用NanoDrop2000分光光度計(jì)（ThermoScientific）測(cè)定濃度和純度，要求OD???/OD???比值在1.8-2.0之間，以確保DNA的質(zhì)量滿足后續(xù)實(shí)驗(yàn)要求。PCR擴(kuò)增：以提取的DNA為模板，對(duì)16SrRNA基因的V3-V4可變區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增。引物采用通用引物341F（5'-CCTACGGGNGGCWGCAG-3'）和805R（5'-GACTACHVGGGTATCTAATCC-3'），引物兩端分別添加了Illumina測(cè)序平臺(tái)所需的接頭和barcode序列。PCR反應(yīng)體系為25μL，包括12.5μL的2×TaqPCRMasterMix（含TaqDNA聚合酶、dNTPs、Mg2?等）、1μL的上游引物（10μM）、1μL的下游引物（10μM）、2μL的DNA模板和8.5μL的無(wú)菌去離子水。PCR反應(yīng)條件為：95℃預(yù)變性3分鐘；95℃變性30秒，55℃退火30秒，72℃延伸30秒，共30個(gè)循環(huán)；最后72℃延伸10分鐘。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物用1.5%的瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行檢測(cè)，觀察擴(kuò)增條帶的大小和亮度，確保擴(kuò)增成功且無(wú)雜帶。測(cè)序：將PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行純化和定量后，按照IlluminaMiSeq測(cè)序平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行測(cè)序。首先對(duì)擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行片段篩選和文庫(kù)構(gòu)建，然后在MiSeq測(cè)序儀上進(jìn)行雙端測(cè)序（PE300），每個(gè)樣品的測(cè)序深度保證在30,000條序列以上，以確保能夠全面覆蓋微生物群落的多樣性。數(shù)據(jù)分析：測(cè)序得到的原始數(shù)據(jù)首先進(jìn)行質(zhì)量控制和過(guò)濾，去除低質(zhì)量的序列、接頭序列和嵌合體。利用FLASH軟件將雙端測(cè)序得到的reads進(jìn)行拼接，得到完整的16SrRNA基因序列。使用QIIME（QuantitativeInsightsintoMicrobialEcology）軟件對(duì)拼接后的序列進(jìn)行分析，首先將序列按照97%的相似性進(jìn)行聚類，得到操作分類單元（OTUs）。通過(guò)與已知的微生物數(shù)據(jù)庫(kù)（如Greengenes、Silva等）進(jìn)行比對(duì)，對(duì)每個(gè)OTU進(jìn)行物種注釋，確定微生物的種類。計(jì)算微生物群落的多樣性指數(shù)，如Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)等，評(píng)估微生物群落的多樣性和均勻性。利用主成分分析（PCA）、主坐標(biāo)分析（PCoA）等方法，分析不同樣品中微生物群落結(jié)構(gòu)的差異，直觀地展示微生物群落結(jié)構(gòu)在不同條件下的變化趨勢(shì)。同時(shí)，通過(guò)LEfSe（LineardiscriminantanalysisEffectSize）分析等方法，篩選出在不同條件下具有顯著差異的微生物類群，進(jìn)一步揭示低溫條件下微生物群落結(jié)構(gòu)的變化特征及其與生物脫氮性能之間的關(guān)系。三、低溫條件下多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)運(yùn)行效果及過(guò)程分析3.1中試系統(tǒng)在6-9℃條件下運(yùn)行效果及過(guò)程分析3.1.1材料與方法在本實(shí)驗(yàn)階段，主要研究在6-9℃水溫條件下多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)的運(yùn)行性能。實(shí)驗(yàn)材料與之前章節(jié)所述的整體實(shí)驗(yàn)材料一致，中試系統(tǒng)的裝置構(gòu)造和運(yùn)行條件也保持穩(wěn)定，進(jìn)水水質(zhì)維持在一定范圍內(nèi)，其中COD濃度范圍為[X1]-[X2]mg/L，氨氮濃度范圍為[X3]-[X4]mg/L，總氮濃度范圍為[X5]-[X6]mg/L，pH值保持在6.5-8.5之間。在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，每天定時(shí)采集進(jìn)水、各反應(yīng)池出水以及最終出水的水樣，使用前文提及的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法，對(duì)水樣中的COD、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總氮等常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)指標(biāo)均進(jìn)行3次平行測(cè)定，取平均值以減小誤差。同時(shí)，定期采集生物膜和活性污泥樣品，用于后續(xù)的微生物群落結(jié)構(gòu)分析和微生物活性檢測(cè)。在生物膜樣品采集時(shí)，從不同反應(yīng)區(qū)域隨機(jī)選取3-5個(gè)載體，刮取載體表面的生物膜，混合后作為一個(gè)樣品；活性污泥樣品則從各反應(yīng)池的中部均勻采集。采集后的樣品立即進(jìn)行低溫保存，以保證其生物活性，并盡快進(jìn)行后續(xù)分析。3.1.2多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)的運(yùn)行效果在6-9℃的低溫條件下，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)對(duì)污水中各項(xiàng)污染物展現(xiàn)出了一定的去除能力。從進(jìn)水水質(zhì)來(lái)看，COD、氨氮和總氮的平均濃度分別為[具體進(jìn)水COD均值]mg/L、[具體進(jìn)水氨氮均值]mg/L和[具體進(jìn)水總氮均值]mg/L。經(jīng)過(guò)多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)處理后，出水的COD平均濃度降至[具體出水COD均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%；氨氮平均濃度降至[具體出水氨氮均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%；總氮平均濃度降至[具體出水總氮均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)各處理單元出水水質(zhì)的監(jiān)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，在缺氧池中，雖然對(duì)COD的去除效果相對(duì)有限，但通過(guò)反硝化作用，對(duì)總氮有一定程度的去除。缺氧池1的總氮去除率約為[X]%，主要是因?yàn)榉聪趸?xì)菌利用污水中的有機(jī)物作為碳源，將回流的硝酸鹽氮還原為氮?dú)猓瑢?shí)現(xiàn)了部分脫氮。在好氧池中，COD和氨氮的去除效果較為顯著。好氧池1對(duì)COD的去除率達(dá)到[X]%，對(duì)氨氮的去除率達(dá)到[X]%。這主要是由于好氧微生物在充足的溶解氧條件下，能夠快速分解污水中的有機(jī)物，并通過(guò)硝化作用將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。MBBR反應(yīng)區(qū)在整個(gè)系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用。由于其獨(dú)特的生物膜結(jié)構(gòu)，在同一空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了硝化和反硝化過(guò)程的協(xié)同進(jìn)行，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的脫氮效率。在MBBR反應(yīng)區(qū)，COD的去除率達(dá)到[X]%，總氮的去除率達(dá)到[X]%。生物膜上豐富的微生物群落，使得污水中的污染物能夠得到更充分的分解和轉(zhuǎn)化。與其他低溫污水處理工藝相比，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)在該溫度區(qū)間表現(xiàn)出了較好的處理效果。例如，有研究表明在相同溫度條件下，傳統(tǒng)活性污泥法對(duì)氨氮的去除率僅為[X]%左右，而本研究中的多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)氨氮去除率明顯更高。這主要得益于MBBR工藝中生物膜的存在，增加了微生物的附著面積和生物量，提高了系統(tǒng)的抗沖擊能力和處理效率。同時(shí)，多級(jí)A/O的工藝設(shè)置，通過(guò)合理的回流和反應(yīng)區(qū)域劃分，為硝化和反硝化過(guò)程提供了更有利的條件，進(jìn)一步提升了脫氮效果。然而，在該溫度下，系統(tǒng)仍存在一些不足之處，如總氮去除率相對(duì)較低，難以滿足更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，這可能與低溫下微生物活性降低以及碳源不足等因素有關(guān)，需要在后續(xù)研究中進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。3.1.3多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)SCOD去除過(guò)程分析溶解性化學(xué)需氧量（SCOD）是衡量污水中可生物降解有機(jī)物含量的重要指標(biāo)。在6-9℃的低溫條件下，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)對(duì)SCOD的去除過(guò)程呈現(xiàn)出一定的規(guī)律和特點(diǎn)。進(jìn)水的SCOD平均濃度為[具體進(jìn)水SCOD均值]mg/L，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，SCOD濃度在各處理單元逐漸降低。在缺氧池1中，SCOD濃度從進(jìn)水的[具體進(jìn)水SCOD均值]mg/L降至[缺氧池1出水SCOD均值]mg/L，去除率約為[X]%。這主要是因?yàn)樵谌毖鯒l件下，部分易生物降解的有機(jī)物被反硝化細(xì)菌利用作為碳源，用于將硝酸鹽氮還原為氮?dú)獾姆聪趸^(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)了SCOD的去除。同時(shí)，一些厭氧微生物也能夠?qū)Σ糠钟袡C(jī)物進(jìn)行發(fā)酵分解，將大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，為后續(xù)的處理單元提供更易降解的底物。隨著污水流入好氧池1，SCOD濃度進(jìn)一步降低。好氧池1出水的SCOD平均濃度降至[好氧池1出水SCOD均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。在好氧環(huán)境下，好氧微生物利用溶解氧，通過(guò)有氧呼吸作用將污水中的有機(jī)物徹底分解為二氧化碳和水。好氧微生物的代謝活動(dòng)較為活躍，對(duì)SCOD的去除能力較強(qiáng)。此外，好氧池中還存在一些原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，它們能夠捕食游離的細(xì)菌和有機(jī)顆粒，進(jìn)一步提高了水質(zhì)的澄清度和SCOD的去除效果。MBBR反應(yīng)區(qū)對(duì)SCOD的去除也起到了關(guān)鍵作用。MBBR反應(yīng)區(qū)出水的SCOD平均濃度降至[MBBR反應(yīng)區(qū)出水SCOD均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。MBBR反應(yīng)區(qū)內(nèi)填充的懸浮載體為微生物提供了大量的附著生長(zhǎng)位點(diǎn)，微生物在載體表面形成了穩(wěn)定的生物膜。生物膜具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，外層主要是好氧微生物，能夠利用溶解氧進(jìn)行有氧呼吸，分解污水中的有機(jī)物；內(nèi)層由于溶解氧難以滲透，形成了缺氧或厭氧環(huán)境，有利于厭氧微生物的生存和代謝，它們能夠進(jìn)行一些厭氧代謝過(guò)程，如有機(jī)物的厭氧發(fā)酵等。這種獨(dú)特的生物膜結(jié)構(gòu)使得MBBR反應(yīng)區(qū)在同一空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了好氧和厭氧代謝的協(xié)同進(jìn)行，提高了對(duì)SCOD的去除效率。通過(guò)對(duì)SCOD去除過(guò)程的分析，發(fā)現(xiàn)溫度、溶解氧和微生物活性是影響SCOD去除效果的主要因素。在低溫條件下，微生物的代謝速率減緩，酶活性降低，導(dǎo)致對(duì)SCOD的去除能力下降。當(dāng)水溫從9℃降至6℃時(shí)，系統(tǒng)對(duì)SCOD的去除率下降了[X]%左右。溶解氧濃度也對(duì)SCOD去除效果有顯著影響。在好氧池和MBBR反應(yīng)區(qū)的好氧部分，保持充足的溶解氧（2-4mg/L），有利于好氧微生物的生長(zhǎng)和代謝，提高SCOD的去除率。當(dāng)溶解氧濃度低于2mg/L時(shí)，好氧微生物的活性受到抑制，SCOD去除率明顯降低。微生物活性的高低直接關(guān)系到對(duì)SCOD的分解能力。在低溫環(huán)境下，微生物的活性降低，需要通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，如增加污泥濃度、延長(zhǎng)水力停留時(shí)間等，來(lái)提高微生物的活性，進(jìn)而提升SCOD的去除效果。3.1.4多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)氨氮去除過(guò)程分析氨氮是污水中氮污染物的主要存在形式之一，其有效去除對(duì)于控制水體富營(yíng)養(yǎng)化和改善水質(zhì)至關(guān)重要。在6-9℃的低溫條件下，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除過(guò)程涉及復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)和微生物代謝活動(dòng)。進(jìn)水氨氮平均濃度為[具體進(jìn)水氨氮均值]mg/L，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，氨氮濃度在各處理單元發(fā)生了明顯的變化。在好氧池1中，氨氮濃度從進(jìn)水的[具體進(jìn)水氨氮均值]mg/L降至[好氧池1出水氨氮均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。這主要是由于好氧池中存在大量的硝化細(xì)菌，在充足的溶解氧條件下，硝化細(xì)菌能夠?qū)钡鸩窖趸癁閬喯跛猁}氮和硝酸鹽氮，實(shí)現(xiàn)氨氮的去除。硝化細(xì)菌是一類化能自養(yǎng)型微生物，它們利用氨氮作為能源物質(zhì)，通過(guò)一系列的酶促反應(yīng)，將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮的過(guò)程由氨氧化細(xì)菌（AOB）完成，將亞硝酸鹽氮進(jìn)一步氧化為硝酸鹽氮的過(guò)程由亞硝酸鹽氧化細(xì)菌（NOB）完成。在這個(gè)過(guò)程中，硝化細(xì)菌的活性受到溫度的顯著影響。研究表明，硝化細(xì)菌的最適生長(zhǎng)溫度為25-30℃，當(dāng)水溫降至6-9℃時(shí)，硝化細(xì)菌的活性大幅降低，酶的活性和反應(yīng)速率減緩，導(dǎo)致氨氮的氧化速度下降。MBBR反應(yīng)區(qū)同樣對(duì)氨氮的去除發(fā)揮了重要作用。MBBR反應(yīng)區(qū)出水的氨氮平均濃度降至[MBBR反應(yīng)區(qū)出水氨氮均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。MBBR反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物膜為硝化細(xì)菌提供了良好的附著生長(zhǎng)環(huán)境，增加了硝化細(xì)菌的數(shù)量和活性。生物膜的存在使得硝化細(xì)菌能夠更好地抵御外界環(huán)境的干擾，如水質(zhì)波動(dòng)、有毒有害物質(zhì)的沖擊等。同時(shí)，生物膜內(nèi)部的微環(huán)境也有利于硝化過(guò)程的進(jìn)行，在生物膜的外層，溶解氧充足，硝化細(xì)菌能夠充分發(fā)揮其硝化作用；在生物膜的內(nèi)層，雖然溶解氧濃度較低，但由于微生物的代謝活動(dòng)，形成了一定的缺氧微環(huán)境，有利于反硝化細(xì)菌的生存和反硝化作用的進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)了硝化和反硝化過(guò)程的協(xié)同，進(jìn)一步提高了氨氮的去除效率。通過(guò)對(duì)氨氮去除過(guò)程的分析，發(fā)現(xiàn)溫度、溶解氧和污泥齡是影響氨氮去除效果的關(guān)鍵因素。溫度的降低會(huì)顯著抑制硝化細(xì)菌的活性，導(dǎo)致氨氮去除率下降。當(dāng)水溫從9℃降至6℃時(shí)，氨氮去除率下降了[X]%左右。溶解氧是硝化過(guò)程的關(guān)鍵因素之一，充足的溶解氧（2-4mg/L）能夠?yàn)橄趸?xì)菌提供良好的生存環(huán)境，促進(jìn)氨氮的氧化。當(dāng)溶解氧濃度低于2mg/L時(shí)，硝化細(xì)菌的活性受到抑制，氨氮去除率明顯降低。污泥齡的長(zhǎng)短也會(huì)影響氨氮的去除效果。較長(zhǎng)的污泥齡可以保證硝化細(xì)菌在系統(tǒng)中充分生長(zhǎng)和繁殖，提高硝化細(xì)菌的數(shù)量和活性，從而提升氨氮的去除率。在本實(shí)驗(yàn)中，將污泥齡從[X1]d延長(zhǎng)至[X2]d后，氨氮去除率提高了[X]%左右。然而，過(guò)長(zhǎng)的污泥齡也可能導(dǎo)致污泥老化，影響系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，因此需要根據(jù)實(shí)際情況合理控制污泥齡。3.1.5多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)TIN去除過(guò)程分析總無(wú)機(jī)氮（TIN）是污水中氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的總和，其去除效果直接反映了污水處理系統(tǒng)的脫氮能力。在6-9℃的低溫條件下，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)對(duì)TIN的去除過(guò)程受到多種因素的影響，呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化規(guī)律。進(jìn)水TIN平均濃度為[具體進(jìn)水TIN均值]mg/L，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，TIN濃度在各處理單元逐漸降低。在缺氧池1中，TIN濃度從進(jìn)水的[具體進(jìn)水TIN均值]mg/L降至[缺氧池1出水TIN均值]mg/L，去除率約為[X]%。這主要是因?yàn)樵谌毖鯒l件下，反硝化細(xì)菌利用污水中的有機(jī)物作為碳源，將回流的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮還原為氮?dú)?，?shí)現(xiàn)了TIN的去除。反硝化過(guò)程是一個(gè)厭氧或缺氧條件下的微生物代謝過(guò)程，反硝化細(xì)菌在這個(gè)過(guò)程中利用硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮作為電子受體，將其還原為氮?dú)?，同時(shí)將有機(jī)物氧化為二氧化碳和水。在低溫環(huán)境下，反硝化細(xì)菌的活性受到一定程度的抑制，導(dǎo)致反硝化速率下降，TIN去除效果受到影響。研究表明，反硝化細(xì)菌的最適生長(zhǎng)溫度為20-30℃，當(dāng)水溫降至6-9℃時(shí)，反硝化細(xì)菌的酶活性降低，代謝速率減緩，反硝化過(guò)程的效率下降。隨著污水流入好氧池1，TIN濃度進(jìn)一步發(fā)生變化。好氧池1出水的TIN平均濃度降至[好氧池1出水TIN均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。在好氧池中，硝化細(xì)菌將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，使得TIN中的氨氮含量降低，但同時(shí)也增加了亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的含量。由于好氧池中溶解氧充足，硝化作用較為強(qiáng)烈，氨氮的氧化速度較快，導(dǎo)致TIN中氨氮的比例下降，亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的比例上升。MBBR反應(yīng)區(qū)對(duì)TIN的去除起到了關(guān)鍵的協(xié)同作用。MBBR反應(yīng)區(qū)出水的TIN平均濃度降至[MBBR反應(yīng)區(qū)出水TIN均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。MBBR反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物膜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在生物膜的外層，好氧微生物進(jìn)行硝化作用，將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮；在生物膜的內(nèi)層，缺氧或厭氧環(huán)境有利于反硝化細(xì)菌的生存和反硝化作用的進(jìn)行，將亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮還原為氮?dú)?。這種在同一空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)硝化和反硝化過(guò)程的協(xié)同作用，大大提高了TIN的去除效率。通過(guò)對(duì)TIN去除過(guò)程的分析，發(fā)現(xiàn)溫度、碳氮比和溶解氧是影響TIN去除效果的主要因素。溫度的降低會(huì)抑制反硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的活性，導(dǎo)致TIN去除率下降。當(dāng)水溫從9℃降至6℃時(shí)，TIN去除率下降了[X]%左右。碳氮比是反硝化過(guò)程中的關(guān)鍵因素之一，合適的碳氮比能夠?yàn)榉聪趸?xì)菌提供充足的碳源，促進(jìn)反硝化作用的進(jìn)行。在本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)碳氮比從[X1]提高到[X2]時(shí)，TIN去除率提高了[X]%左右。溶解氧的濃度對(duì)硝化和反硝化過(guò)程都有重要影響。在好氧池和MBBR反應(yīng)區(qū)的好氧部分，保持充足的溶解氧（2-4mg/L），有利于硝化作用的進(jìn)行；在缺氧池和MBBR反應(yīng)區(qū)的缺氧部分，控制溶解氧濃度在0.5mg/L以下，為反硝化作用提供適宜的環(huán)境。當(dāng)溶解氧濃度不合適時(shí)，會(huì)影響硝化和反硝化細(xì)菌的活性，進(jìn)而降低TIN的去除率。3.2中試系統(tǒng)在9-12℃條件下運(yùn)行效果及過(guò)程分析3.2.1材料與方法本階段實(shí)驗(yàn)聚焦于9-12℃水溫條件下多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)材料延續(xù)整體實(shí)驗(yàn)設(shè)置，中試系統(tǒng)的裝置構(gòu)造和運(yùn)行條件維持穩(wěn)定。進(jìn)水水質(zhì)保持在特定范圍，其中COD濃度范圍為[X1]-[X2]mg/L，氨氮濃度范圍為[X3]-[X4]mg/L，總氮濃度范圍為[X5]-[X6]mg/L，pH值穩(wěn)定在6.5-8.5之間。在實(shí)驗(yàn)操作中，每日定時(shí)采集進(jìn)水、各反應(yīng)池出水及最終出水的水樣，運(yùn)用前文提及的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法，對(duì)水樣中的COD、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總氮等常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，每項(xiàng)指標(biāo)均進(jìn)行3次平行測(cè)定，取平均值以減小誤差。同時(shí)，定期采集生物膜和活性污泥樣品，用于后續(xù)微生物群落結(jié)構(gòu)分析和微生物活性檢測(cè)。生物膜樣品從不同反應(yīng)區(qū)域隨機(jī)選取3-5個(gè)載體，刮取表面生物膜混合作為一個(gè)樣品；活性污泥樣品則從各反應(yīng)池中部均勻采集。采集后的樣品立即低溫保存，以保證生物活性，并盡快進(jìn)行后續(xù)分析。3.2.2多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)的運(yùn)行效果在9-12℃的水溫條件下，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)對(duì)污水中的污染物展現(xiàn)出良好的去除能力。進(jìn)水COD、氨氮和總氮的平均濃度分別為[具體進(jìn)水COD均值]mg/L、[具體進(jìn)水氨氮均值]mg/L和[具體進(jìn)水總氮均值]mg/L。經(jīng)系統(tǒng)處理后，出水COD平均濃度降至[具體出水COD均值]mg/L，去除率達(dá)[X]%；氨氮平均濃度降至[具體出水氨氮均值]mg/L，去除率達(dá)[X]%；總氮平均濃度降至[具體出水總氮均值]mg/L，去除率達(dá)[X]%。對(duì)系統(tǒng)各處理單元出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，缺氧池對(duì)COD的去除效果有限，但通過(guò)反硝化作用可實(shí)現(xiàn)部分總氮去除。缺氧池1的總氮去除率約為[X]%，這是因?yàn)榉聪趸?xì)菌利用污水中的有機(jī)物作碳源，將回流的硝酸鹽氮還原為氮?dú)狻：醚醭貙?duì)COD和氨氮的去除效果顯著，好氧池1對(duì)COD的去除率達(dá)[X]%，對(duì)氨氮的去除率達(dá)[X]%。好氧微生物在充足溶解氧條件下，迅速分解有機(jī)物，并通過(guò)硝化作用將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。MBBR反應(yīng)區(qū)在系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其獨(dú)特生物膜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了硝化和反硝化過(guò)程的協(xié)同進(jìn)行，進(jìn)一步提高了脫氮效率。在MBBR反應(yīng)區(qū)，COD的去除率達(dá)[X]%，總氮的去除率達(dá)[X]%。生物膜上豐富的微生物群落，使污水中的污染物得以更充分分解和轉(zhuǎn)化。與其他低溫污水處理工藝相比，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)在該溫度區(qū)間表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。有研究表明，在相同溫度條件下，傳統(tǒng)活性污泥法對(duì)氨氮的去除率僅為[X]%左右，而本研究中的多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)氨氮去除率明顯更高。這得益于MBBR工藝中生物膜的存在，增加了微生物附著面積和生物量，提高了系統(tǒng)抗沖擊能力和處理效率。同時(shí)，多級(jí)A/O的工藝設(shè)置，通過(guò)合理的回流和反應(yīng)區(qū)域劃分，為硝化和反硝化過(guò)程提供了更有利的條件，進(jìn)一步提升了脫氮效果。然而，該溫度下系統(tǒng)仍存在不足，如總氮去除率相對(duì)較低，難以滿足更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，這可能與低溫下微生物活性降低以及碳源不足等因素有關(guān)，需在后續(xù)研究中進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。3.2.3多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)SCOD去除過(guò)程分析在9-12℃的水溫條件下，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)對(duì)SCOD的去除過(guò)程呈現(xiàn)出特定的規(guī)律和特點(diǎn)。進(jìn)水SCOD平均濃度為[具體進(jìn)水SCOD均值]mg/L，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，SCOD濃度在各處理單元逐漸降低。在缺氧池1中，SCOD濃度從進(jìn)水的[具體進(jìn)水SCOD均值]mg/L降至[缺氧池1出水SCOD均值]mg/L，去除率約為[X]%。這主要是因?yàn)樵谌毖鯒l件下，部分易生物降解的有機(jī)物被反硝化細(xì)菌利用作為碳源，用于將硝酸鹽氮還原為氮?dú)獾姆聪趸^(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)了SCOD的去除。同時(shí)，一些厭氧微生物也能夠?qū)Σ糠钟袡C(jī)物進(jìn)行發(fā)酵分解，將大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，為后續(xù)的處理單元提供更易降解的底物。隨著污水流入好氧池1，SCOD濃度進(jìn)一步降低。好氧池1出水的SCOD平均濃度降至[好氧池1出水SCOD均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。在好氧環(huán)境下，好氧微生物利用溶解氧，通過(guò)有氧呼吸作用將污水中的有機(jī)物徹底分解為二氧化碳和水。好氧微生物的代謝活動(dòng)較為活躍，對(duì)SCOD的去除能力較強(qiáng)。此外，好氧池中還存在一些原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，它們能夠捕食游離的細(xì)菌和有機(jī)顆粒，進(jìn)一步提高了水質(zhì)的澄清度和SCOD的去除效果。MBBR反應(yīng)區(qū)對(duì)SCOD的去除也起到了關(guān)鍵作用。MBBR反應(yīng)區(qū)出水的SCOD平均濃度降至[MBBR反應(yīng)區(qū)出水SCOD均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。MBBR反應(yīng)區(qū)內(nèi)填充的懸浮載體為微生物提供了大量的附著生長(zhǎng)位點(diǎn)，微生物在載體表面形成了穩(wěn)定的生物膜。生物膜具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，外層主要是好氧微生物，能夠利用溶解氧進(jìn)行有氧呼吸，分解污水中的有機(jī)物；內(nèi)層由于溶解氧難以滲透，形成了缺氧或厭氧環(huán)境，有利于厭氧微生物的生存和代謝，它們能夠進(jìn)行一些厭氧代謝過(guò)程，如有機(jī)物的厭氧發(fā)酵等。這種獨(dú)特的生物膜結(jié)構(gòu)使得MBBR反應(yīng)區(qū)在同一空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了好氧和厭氧代謝的協(xié)同進(jìn)行，提高了對(duì)SCOD的去除效率。通過(guò)對(duì)SCOD去除過(guò)程的分析，發(fā)現(xiàn)溫度、溶解氧和微生物活性是影響SCOD去除效果的主要因素。在低溫條件下，微生物的代謝速率減緩，酶活性降低，導(dǎo)致對(duì)SCOD的去除能力下降。當(dāng)水溫從12℃降至9℃時(shí)，系統(tǒng)對(duì)SCOD的去除率下降了[X]%左右。溶解氧濃度也對(duì)SCOD去除效果有顯著影響。在好氧池和MBBR反應(yīng)區(qū)的好氧部分，保持充足的溶解氧（2-4mg/L），有利于好氧微生物的生長(zhǎng)和代謝，提高SCOD的去除率。當(dāng)溶解氧濃度低于2mg/L時(shí)，好氧微生物的活性受到抑制，SCOD去除率明顯降低。微生物活性的高低直接關(guān)系到對(duì)SCOD的分解能力。在低溫環(huán)境下，微生物的活性降低，需要通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，如增加污泥濃度、延長(zhǎng)水力停留時(shí)間等，來(lái)提高微生物的活性，進(jìn)而提升SCOD的去除效果。3.2.4多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)氨氮去除過(guò)程分析在9-12℃的水溫條件下，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除過(guò)程涉及復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)和微生物代謝活動(dòng)。進(jìn)水氨氮平均濃度為[具體進(jìn)水氨氮均值]mg/L，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，氨氮濃度在各處理單元發(fā)生了明顯變化。在好氧池1中，氨氮濃度從進(jìn)水的[具體進(jìn)水氨氮均值]mg/L降至[好氧池1出水氨氮均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。這主要是由于好氧池中存在大量的硝化細(xì)菌，在充足的溶解氧條件下，硝化細(xì)菌能夠?qū)钡鸩窖趸癁閬喯跛猁}氮和硝酸鹽氮，實(shí)現(xiàn)氨氮的去除。硝化細(xì)菌是一類化能自養(yǎng)型微生物，它們利用氨氮作為能源物質(zhì)，通過(guò)一系列的酶促反應(yīng)，將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮的過(guò)程由氨氧化細(xì)菌（AOB）完成，將亞硝酸鹽氮進(jìn)一步氧化為硝酸鹽氮的過(guò)程由亞硝酸鹽氧化細(xì)菌（NOB）完成。在這個(gè)過(guò)程中，硝化細(xì)菌的活性受到溫度的顯著影響。研究表明，硝化細(xì)菌的最適生長(zhǎng)溫度為25-30℃，當(dāng)水溫降至9-12℃時(shí)，硝化細(xì)菌的活性大幅降低，酶的活性和反應(yīng)速率減緩，導(dǎo)致氨氮的氧化速度下降。MBBR反應(yīng)區(qū)同樣對(duì)氨氮的去除發(fā)揮了重要作用。MBBR反應(yīng)區(qū)出水的氨氮平均濃度降至[MBBR反應(yīng)區(qū)出水氨氮均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。MBBR反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物膜為硝化細(xì)菌提供了良好的附著生長(zhǎng)環(huán)境，增加了硝化細(xì)菌的數(shù)量和活性。生物膜的存在使得硝化細(xì)菌能夠更好地抵御外界環(huán)境的干擾，如水質(zhì)波動(dòng)、有毒有害物質(zhì)的沖擊等。同時(shí)，生物膜內(nèi)部的微環(huán)境也有利于硝化過(guò)程的進(jìn)行，在生物膜的外層，溶解氧充足，硝化細(xì)菌能夠充分發(fā)揮其硝化作用；在生物膜的內(nèi)層，雖然溶解氧濃度較低，但由于微生物的代謝活動(dòng)，形成了一定的缺氧微環(huán)境，有利于反硝化細(xì)菌的生存和反硝化作用的進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)了硝化和反硝化過(guò)程的協(xié)同，進(jìn)一步提高了氨氮的去除效率。通過(guò)對(duì)氨氮去除過(guò)程的分析，發(fā)現(xiàn)溫度、溶解氧和污泥齡是影響氨氮去除效果的關(guān)鍵因素。溫度的降低會(huì)顯著抑制硝化細(xì)菌的活性，導(dǎo)致氨氮去除率下降。當(dāng)水溫從12℃降至9℃時(shí)，氨氮去除率下降了[X]%左右。溶解氧是硝化過(guò)程的關(guān)鍵因素之一，充足的溶解氧（2-4mg/L）能夠?yàn)橄趸?xì)菌提供良好的生存環(huán)境，促進(jìn)氨氮的氧化。當(dāng)溶解氧濃度低于2mg/L時(shí)，硝化細(xì)菌的活性受到抑制，氨氮去除率明顯降低。污泥齡的長(zhǎng)短也會(huì)影響氨氮的去除效果。較長(zhǎng)的污泥齡可以保證硝化細(xì)菌在系統(tǒng)中充分生長(zhǎng)和繁殖，提高硝化細(xì)菌的數(shù)量和活性，從而提升氨氮的去除率。在本實(shí)驗(yàn)中，將污泥齡從[X1]d延長(zhǎng)至[X2]d后，氨氮去除率提高了[X]%左右。然而，過(guò)長(zhǎng)的污泥齡也可能導(dǎo)致污泥老化，影響系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，因此需要根據(jù)實(shí)際情況合理控制污泥齡。3.2.5多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)TIN去除過(guò)程分析在9-12℃的水溫條件下，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)對(duì)TIN的去除過(guò)程受到多種因素影響，呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化規(guī)律。進(jìn)水TIN平均濃度為[具體進(jìn)水TIN均值]mg/L，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，TIN濃度在各處理單元逐漸降低。在缺氧池1中，TIN濃度從進(jìn)水的[具體進(jìn)水TIN均值]mg/L降至[缺氧池1出水TIN均值]mg/L，去除率約為[X]%。這主要是因?yàn)樵谌毖鯒l件下，反硝化細(xì)菌利用污水中的有機(jī)物作為碳源，將回流的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮還原為氮?dú)猓瑢?shí)現(xiàn)了TIN的去除。反硝化過(guò)程是一個(gè)厭氧或缺氧條件下的微生物代謝過(guò)程，反硝化細(xì)菌在這個(gè)過(guò)程中利用硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮作為電子受體，將其還原為氮?dú)猓瑫r(shí)將有機(jī)物氧化為二氧化碳和水。在低溫環(huán)境下，反硝化細(xì)菌的活性受到一定程度的抑制，導(dǎo)致反硝化速率下降，TIN去除效果受到影響。研究表明，反硝化細(xì)菌的最適生長(zhǎng)溫度為20-30℃，當(dāng)水溫降至9-12℃時(shí)，反硝化細(xì)菌的酶活性降低，代謝速率減緩，反硝化過(guò)程的效率下降。隨著污水流入好氧池1，TIN濃度進(jìn)一步發(fā)生變化。好氧池1出水的TIN平均濃度降至[好氧池1出水TIN均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。在好氧池中，硝化細(xì)菌將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，使得TIN中的氨氮含量降低，但同時(shí)也增加了亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的含量。由于好氧池中溶解氧充足，硝化作用較為強(qiáng)烈，氨氮的氧化速度較快，導(dǎo)致TIN中氨氮的比例下降，亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的比例上升。MBBR反應(yīng)區(qū)對(duì)TIN的去除起到了關(guān)鍵的協(xié)同作用。MBBR反應(yīng)區(qū)出水的TIN平均濃度降至[MBBR反應(yīng)區(qū)出水TIN均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。MBBR反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物膜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在生物膜的外層，好氧微生物進(jìn)行硝化作用，將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮；在生物膜的內(nèi)層，缺氧或厭氧環(huán)境有利于反硝化細(xì)菌的生存和反硝化作用的進(jìn)行，將亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮還原為氮?dú)?。這種在同一空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)硝化和反硝化過(guò)程的協(xié)同作用，大大提高了TIN的去除效率。通過(guò)對(duì)TIN去除過(guò)程的分析，發(fā)現(xiàn)溫度、碳氮比和溶解氧是影響TIN去除效果的主要因素。溫度的降低會(huì)抑制反硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的活性，導(dǎo)致TIN去除率下降。當(dāng)水溫從12℃降至9℃時(shí)，TIN去除率下降了[X]%左右。碳氮比是反硝化過(guò)程中的關(guān)鍵因素之一，合適的碳氮比能夠?yàn)榉聪趸?xì)菌提供充足的碳源，促進(jìn)反硝化作用的進(jìn)行。在本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)碳氮比從[X1]提高到[X2]時(shí)，TIN去除率提高了[X]%左右。溶解氧的濃度對(duì)硝化和反硝化過(guò)程都有重要影響。在好氧池和MBBR反應(yīng)區(qū)的好氧部分，保持充足的溶解氧（2-4mg/L），有利于硝化作用的進(jìn)行；在缺氧池和MBBR反應(yīng)區(qū)的缺氧部分，控制溶解氧濃度在0.5mg/L以下，為反硝化作用提供適宜的環(huán)境。當(dāng)溶解氧濃度不合適時(shí)，會(huì)影響硝化和反硝化細(xì)菌的活性，進(jìn)而降低TIN的去除率。3.3中試系統(tǒng)在12-15℃條件下運(yùn)行效果及過(guò)程分析3.3.1材料與方法在12-15℃水溫條件下開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)材料與整體實(shí)驗(yàn)一致，中試系統(tǒng)的裝置構(gòu)造和運(yùn)行條件維持穩(wěn)定。進(jìn)水水質(zhì)保持在一定范圍，其中COD濃度范圍為[X1]-[X2]mg/L，氨氮濃度范圍為[X3]-[X4]mg/L，總氮濃度范圍為[X5]-[X6]mg/L，pH值穩(wěn)定在6.5-8.5之間。每天定時(shí)采集進(jìn)水、各反應(yīng)池出水以及最終出水的水樣，運(yùn)用前文提及的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法，對(duì)水樣中的COD、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總氮等常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)指標(biāo)均進(jìn)行3次平行測(cè)定，取平均值以減小誤差。同時(shí)，定期采集生物膜和活性污泥樣品，用于后續(xù)的微生物群落結(jié)構(gòu)分析和微生物活性檢測(cè)。生物膜樣品從不同反應(yīng)區(qū)域隨機(jī)選取3-5個(gè)載體，刮取表面生物膜混合作為一個(gè)樣品；活性污泥樣品則從各反應(yīng)池中部均勻采集。采集后的樣品立即低溫保存，以保證生物活性，并盡快進(jìn)行后續(xù)分析。3.3.2多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)的運(yùn)行效果在12-15℃的水溫條件下，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)對(duì)污水中的污染物表現(xiàn)出了較好的去除能力。進(jìn)水COD、氨氮和總氮的平均濃度分別為[具體進(jìn)水COD均值]mg/L、[具體進(jìn)水氨氮均值]mg/L和[具體進(jìn)水總氮均值]mg/L。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)處理后，出水COD平均濃度降至[具體出水COD均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%；氨氮平均濃度降至[具體出水氨氮均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%；總氮平均濃度降至[具體出水總氮均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。通過(guò)對(duì)各處理單元出水水質(zhì)的監(jiān)測(cè)分析可知，缺氧池對(duì)COD的去除雖效果有限，但借助反硝化作用，實(shí)現(xiàn)了部分總氮的去除。缺氧池1的總氮去除率約為[X]%，主要是因?yàn)榉聪趸?xì)菌利用污水中的有機(jī)物作為碳源，將回流的硝酸鹽氮還原為氮?dú)?。好氧池?duì)COD和氨氮的去除效果顯著，好氧池1對(duì)COD的去除率達(dá)到[X]%，對(duì)氨氮的去除率達(dá)到[X]%。好氧微生物在充足的溶解氧條件下，能夠快速分解有機(jī)物，并通過(guò)硝化作用將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。MBBR反應(yīng)區(qū)在整個(gè)系統(tǒng)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，其獨(dú)特的生物膜結(jié)構(gòu)使得硝化和反硝化過(guò)程能夠協(xié)同進(jìn)行，進(jìn)一步提高了脫氮效率。在MBBR反應(yīng)區(qū)，COD的去除率達(dá)到[X]%，總氮的去除率達(dá)到[X]%。生物膜上豐富的微生物群落，使得污水中的污染物能夠得到更充分的分解和轉(zhuǎn)化。與其他低溫污水處理工藝相比，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)在該溫度區(qū)間展現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。例如，在相同溫度條件下，傳統(tǒng)活性污泥法對(duì)氨氮的去除率僅為[X]%左右，而本研究中的多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)氨氮去除率明顯更高。這主要得益于MBBR工藝中生物膜的存在，增加了微生物的附著面積和生物量，提高了系統(tǒng)的抗沖擊能力和處理效率。同時(shí)，多級(jí)A/O的工藝設(shè)置，通過(guò)合理的回流和反應(yīng)區(qū)域劃分，為硝化和反硝化過(guò)程提供了更有利的條件，進(jìn)一步提升了脫氮效果。然而，在該溫度下，系統(tǒng)仍存在一些不足之處，如總氮去除率難以滿足更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，這可能與低溫下微生物活性降低以及碳源不足等因素有關(guān)，需要在后續(xù)研究中進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。3.3.3多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)SCOD去除過(guò)程分析在12-15℃的水溫條件下，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)對(duì)SCOD的去除過(guò)程呈現(xiàn)出一定的規(guī)律和特點(diǎn)。進(jìn)水SCOD平均濃度為[具體進(jìn)水SCOD均值]mg/L，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，SCOD濃度在各處理單元逐漸降低。在缺氧池1中，SCOD濃度從進(jìn)水的[具體進(jìn)水SCOD均值]mg/L降至[缺氧池1出水SCOD均值]mg/L，去除率約為[X]%。這主要是因?yàn)樵谌毖鯒l件下，部分易生物降解的有機(jī)物被反硝化細(xì)菌利用作為碳源，用于將硝酸鹽氮還原為氮?dú)獾姆聪趸^(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)了SCOD的去除。同時(shí)，一些厭氧微生物也能夠?qū)Σ糠钟袡C(jī)物進(jìn)行發(fā)酵分解，將大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，為后續(xù)的處理單元提供更易降解的底物。隨著污水流入好氧池1，SCOD濃度進(jìn)一步降低。好氧池1出水的SCOD平均濃度降至[好氧池1出水SCOD均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。在好氧環(huán)境下，好氧微生物利用溶解氧，通過(guò)有氧呼吸作用將污水中的有機(jī)物徹底分解為二氧化碳和水。好氧微生物的代謝活動(dòng)較為活躍，對(duì)SCOD的去除能力較強(qiáng)。此外，好氧池中還存在一些原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，它們能夠捕食游離的細(xì)菌和有機(jī)顆粒，進(jìn)一步提高了水質(zhì)的澄清度和SCOD的去除效果。MBBR反應(yīng)區(qū)對(duì)SCOD的去除也起到了關(guān)鍵作用。MBBR反應(yīng)區(qū)出水的SCOD平均濃度降至[MBBR反應(yīng)區(qū)出水SCOD均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。MBBR反應(yīng)區(qū)內(nèi)填充的懸浮載體為微生物提供了大量的附著生長(zhǎng)位點(diǎn)，微生物在載體表面形成了穩(wěn)定的生物膜。生物膜具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，外層主要是好氧微生物，能夠利用溶解氧進(jìn)行有氧呼吸，分解污水中的有機(jī)物；內(nèi)層由于溶解氧難以滲透，形成了缺氧或厭氧環(huán)境，有利于厭氧微生物的生存和代謝，它們能夠進(jìn)行一些厭氧代謝過(guò)程，如有機(jī)物的厭氧發(fā)酵等。這種獨(dú)特的生物膜結(jié)構(gòu)使得MBBR反應(yīng)區(qū)在同一空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了好氧和厭氧代謝的協(xié)同進(jìn)行，提高了對(duì)SCOD的去除效率。通過(guò)對(duì)SCOD去除過(guò)程的分析，發(fā)現(xiàn)溫度、溶解氧和微生物活性是影響SCOD去除效果的主要因素。在低溫條件下，微生物的代謝速率減緩，酶活性降低，導(dǎo)致對(duì)SCOD的去除能力下降。當(dāng)水溫從15℃降至12℃時(shí)，系統(tǒng)對(duì)SCOD的去除率下降了[X]%左右。溶解氧濃度也對(duì)SCOD去除效果有顯著影響。在好氧池和MBBR反應(yīng)區(qū)的好氧部分，保持充足的溶解氧（2-4mg/L），有利于好氧微生物的生長(zhǎng)和代謝，提高SCOD的去除率。當(dāng)溶解氧濃度低于2mg/L時(shí)，好氧微生物的活性受到抑制，SCOD去除率明顯降低。微生物活性的高低直接關(guān)系到對(duì)SCOD的分解能力。在低溫環(huán)境下，微生物的活性降低，需要通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，如增加污泥濃度、延長(zhǎng)水力停留時(shí)間等，來(lái)提高微生物的活性，進(jìn)而提升SCOD的去除效果。3.3.4多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)氨氮去除過(guò)程分析在12-15℃的水溫條件下，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除過(guò)程涉及復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)和微生物代謝活動(dòng)。進(jìn)水氨氮平均濃度為[具體進(jìn)水氨氮均值]mg/L，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，氨氮濃度在各處理單元發(fā)生了明顯變化。在好氧池1中，氨氮濃度從進(jìn)水的[具體進(jìn)水氨氮均值]mg/L降至[好氧池1出水氨氮均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。這主要是由于好氧池中存在大量的硝化細(xì)菌，在充足的溶解氧條件下，硝化細(xì)菌能夠?qū)钡鸩窖趸癁閬喯跛猁}氮和硝酸鹽氮，實(shí)現(xiàn)氨氮的去除。硝化細(xì)菌是一類化能自養(yǎng)型微生物，它們利用氨氮作為能源物質(zhì)，通過(guò)一系列的酶促反應(yīng)，將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮的過(guò)程由氨氧化細(xì)菌（AOB）完成，將亞硝酸鹽氮進(jìn)一步氧化為硝酸鹽氮的過(guò)程由亞硝酸鹽氧化細(xì)菌（NOB）完成。在這個(gè)過(guò)程中，硝化細(xì)菌的活性受到溫度的顯著影響。研究表明，硝化細(xì)菌的最適生長(zhǎng)溫度為25-30℃，當(dāng)水溫降至12-15℃時(shí)，硝化細(xì)菌的活性大幅降低，酶的活性和反應(yīng)速率減緩，導(dǎo)致氨氮的氧化速度下降。MBBR反應(yīng)區(qū)同樣對(duì)氨氮的去除發(fā)揮了重要作用。MBBR反應(yīng)區(qū)出水的氨氮平均濃度降至[MBBR反應(yīng)區(qū)出水氨氮均值]mg/L，去除率達(dá)到[X]%。MBBR反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物膜為硝化細(xì)菌提供了良好的附著生長(zhǎng)環(huán)境，增加了硝化細(xì)菌的數(shù)量和活性。生物膜的存在使得硝化細(xì)菌能夠更好地抵御外界環(huán)境的干擾，如水質(zhì)波動(dòng)、有毒有害物質(zhì)的沖擊等。同時(shí)，生物膜內(nèi)部的微環(huán)境也有利于硝化過(guò)程的進(jìn)行，在生物膜的外層，溶解氧充足，硝化細(xì)菌能夠充分發(fā)揮其硝化作用；在生物膜的內(nèi)層，雖然溶解氧濃度較低，但由于微生物的代謝活動(dòng)，形成了一定的缺氧微環(huán)境，有利于反硝化細(xì)菌的生存和反硝化作用的進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)了硝化和反硝化過(guò)程的協(xié)同，進(jìn)一步提高了氨氮的去除效率。通過(guò)對(duì)氨氮去除過(guò)程的分析，發(fā)現(xiàn)溫度、溶解氧和污泥齡是影響氨氮去除效果的關(guān)鍵因素。溫度的降低會(huì)顯著抑制硝化細(xì)菌的活性，導(dǎo)致氨氮去除率下降。當(dāng)水溫從15℃降至12℃時(shí)，氨氮去除率下降了[X]%左右。溶解氧是硝化過(guò)程的關(guān)鍵因素之一，充足的溶解氧（2-4mg/L）能夠?yàn)橄趸?xì)菌提供良好的生存環(huán)境，促進(jìn)氨氮的氧化。當(dāng)溶解氧濃度低于2mg/L時(shí)，硝化細(xì)菌的活性受到抑制，氨氮去除率明顯降低。污泥齡的長(zhǎng)短也會(huì)影響氨氮的去除效果。較長(zhǎng)的污泥齡可以保證硝化細(xì)菌在系統(tǒng)中充分生長(zhǎng)和繁殖，提高硝化細(xì)菌的數(shù)量和活性，從而提升氨氮的去除率。在本實(shí)驗(yàn)中，將污泥齡從[X1]d延長(zhǎng)至[X2]d后，氨氮去除率提高了[X]%左右。然而，過(guò)長(zhǎng)的污泥齡也可能導(dǎo)致污泥老化，影響系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，因此需要根據(jù)實(shí)際情況合理控制污泥齡。3.3.5多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)TIN去除過(guò)程分析在12-15℃的水溫條件下，多級(jí)A/O-MBBR系統(tǒng)對(duì)TIN的去除過(guò)程受到多種因素的影響，呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化規(guī)律。進(jìn)水TIN平均濃度