高效降解菌固定化反應(yīng)器-人工濕地組合工藝處理工業(yè)型村鎮(zhèn)廢水

滿瀅，陶然，2，楊揚(yáng)，2*，萬翔，郭菁菁

（1.暨南大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，水生生物研究中心，廣州 510632；2.熱帶亞熱帶水生態(tài)工程教育部工程研究中心，廣州 510632）

高效降解菌固定化反應(yīng)器-人工濕地組合工藝處理工業(yè)型村鎮(zhèn)廢水

滿瀅1，陶然1，2，楊揚(yáng)1，2*，萬翔1，郭菁菁1

（1.暨南大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，水生生物研究中心，廣州 510632；2.熱帶亞熱帶水生態(tài)工程教育部工程研究中心，廣州 510632）

利用廣譜高效毒害有機(jī)物降解菌Lysinibacillus sp.FS1（CCTCCM 2013561）開展固定化微生物反應(yīng)器-人工濕地（IMRICW）組合工藝對(duì)工業(yè)型村鎮(zhèn)廢水處理的工程應(yīng)用研究。工程運(yùn)行結(jié)果表明，組合工藝對(duì)COD、TN、NH3-N、TP和TSS的平均去除率分別達(dá)到71.5%、59.5%、56.9%、46.0%和82.9%，其中COD和TSS出水均值達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。GC-MS檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，固定化微生物反應(yīng)器對(duì)混合廢水中10種主要有機(jī)污染物的去除率均在50%以上，其中毒害有機(jī)物3，4-二氯苯酚和乙酸苯酯的去除率分別達(dá)到81.2%和95.6%，其脫毒減害作用可減緩人工濕地的生態(tài)壓力，顯著提升組合工藝對(duì)COD（P＜0.01）、TN（P＜0.01）和NH3-N（P＜0.05）的去除效果。

工業(yè)型村鎮(zhèn)廢水；有機(jī)物降解菌；固定化微生物反應(yīng)器；人工濕地；毒害有機(jī)物

隨著全國(guó)性的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，越來越多的高污染型企業(yè)和工業(yè)園區(qū)向鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)遷移，對(duì)我國(guó)村鎮(zhèn)的污水處理和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重壓力。截止到2010年，全國(guó)村鎮(zhèn)污水總產(chǎn)生量為136.2億t，占全國(guó)生活污水排放總量的22.9%，然而村鎮(zhèn)污水處理水平只占了不到10%[1]；鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)排放量占工業(yè)排放總量的14.5%[2]，工業(yè)污染與生活污染疊加，導(dǎo)致村鎮(zhèn)污水難以處理。珠三角作為我國(guó)人口密集、高污染工業(yè)聚集地之一，這一現(xiàn)象尤為突出。

人工濕地作為一種重要的污水生態(tài)處理技術(shù)，具有造價(jià)低、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)管理方便和耐沖擊負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)[3]，已在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)得以廣泛應(yīng)用[4]。然而，工業(yè)型村鎮(zhèn)污水水質(zhì)、水量波動(dòng)大，成分復(fù)雜且含有難降解的毒害有機(jī)污染物，對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)造成一定危害，因此需對(duì)污水進(jìn)行脫毒減害預(yù)處理。固定化微生物反應(yīng)器是一種高效、低成本、無二次污染的污水處理技術(shù)[5]，通過選取適當(dāng)?shù)奶盍献鳛檩d體，固定選育的廣譜高效降解菌[6]，既能增加微生物生物量、保持微生物代謝活性，又能實(shí)現(xiàn)菌株的連續(xù)重復(fù)利用，在污水處理方面較游離菌的活性污泥法以及自然掛膜的生物膜法具有較大的優(yōu)勢(shì)[7]。利用固定化微生物反應(yīng)器作為人工濕地的前處理措施，可以緩解毒害有機(jī)物對(duì)人工濕地的生態(tài)壓力，保證污水處理效果。

本文以廣州市花都區(qū)團(tuán)結(jié)村的污水處理為研究對(duì)象，該村是珠三角典型的工業(yè)型村鎮(zhèn)，有紡織印染廠、化妝品廠和養(yǎng)殖禽畜場(chǎng)等眾多小型企業(yè)，以印染廠居多，且工業(yè)廢水與生活污水混合，已有的人工濕地難以保證污水處理效果。本研究通過在人工濕地前增設(shè)高效降解菌固定化反應(yīng)器，考察組合工藝對(duì)污水氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的去除效果，以及固定化反應(yīng)器的脫毒減害能力，為我國(guó)工業(yè)型村鎮(zhèn)的混合廢水治理提供參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 菌種

固定化微生物反應(yīng)器所用菌種為本課題組從佛山市某工業(yè)園污水處理廠篩選出的一株高效脫色菌，鑒定為賴氨酸芽孢桿菌屬，命名為L(zhǎng)ysinibacillus sp. FS1（CCTCCM 2013561）。菌株FS1是一株高效廣譜有機(jī)物降解菌，對(duì)酸性紅B脫色率可達(dá)98.73%[8]，具有處理工業(yè)廢水的應(yīng)用潛力。

菌種FS1采用液體LB培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)，于搖床中37℃、200 r·min-1下培養(yǎng)14 h后，5000 r·min-1離心5min，棄上清，用無菌生理鹽水清洗菌體3～5次得到菌懸液，然后添加至反應(yīng)器中。

1.2 固定化載體材料

經(jīng)過前期重復(fù)批次實(shí)驗(yàn)篩選出掛膜效果最佳的醛化纖維絲球作為菌株固定化載體，纖維球直徑30 mm，密度1.3 kg·m-3，比表面積3000m2·m-3，孔隙率96%。用聚丙烯多孔懸浮球包埋纖維球，懸浮球可拆卸，耐酸堿性穩(wěn)定，直徑80mm，比表面積800m2·m-3，孔隙率大于95%，脆化溫度-10℃，比重0.92。每個(gè)懸浮球內(nèi)可裝2～3個(gè)纖維絲球。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

1.3.1 固定化微生物反應(yīng)器（IMR）

反應(yīng)器高1.6m、長(zhǎng)2.8m、寬1.5m，有效體積約6.5m3，水力停留時(shí)間約6 h。反應(yīng)器內(nèi)布設(shè)曝氣支管及排泥管，連接鼓風(fēng)曝氣裝置一套，間歇曝氣（圖1）。掛膜階段設(shè)定鼓風(fēng)曝氣∶暫停時(shí)間比約為1∶2，運(yùn)行階段設(shè)定曝氣∶暫停時(shí)間約為1∶3。懸浮球成串懸掛于反應(yīng)器內(nèi)部支架，可取出更換和清理，填料有效體積約1.8m3。流經(jīng)反應(yīng)器的污水，通過底部開口過水、頂部開缺口溢流以及曲折迂回的流程，增加與固定化載體的接觸時(shí)間，從而增加水力停留時(shí)間，達(dá)到預(yù)期處理效果。

圖1 固定化微生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖Figure 1 Structure scheme of immobilizedmicroorganism reactor

1.3.2 人工濕地（ICW）

采用垂直潛流與水平潛流濕地串聯(lián)，構(gòu)建濕地組合工藝，創(chuàng)造微好氧-厭氧-兼氧組合。垂直潛流濕地由四個(gè)種植香蒲（Typha angustifolia）和紙莎草（Cyperuspapyrus）的碎石床單元組成，分為兩組，兩兩串聯(lián)，占地面積約166m2。水平潛流濕地由兩個(gè)混合種植再力花（Thalia dealbata）和風(fēng)車草（Cyperusalternifolius）的碎石床并聯(lián)組成，占地面積約83m2。

1.4 工藝流程

采用固定化微生物反應(yīng)器-人工濕地組合工藝（圖2）。通過管網(wǎng)收集村鎮(zhèn)混合廢水，經(jīng)格柵去除較大雜質(zhì)，進(jìn)入地下酸化池儲(chǔ)存。當(dāng)調(diào)節(jié)池中水位低于一定高度，電磁閥控制污水由酸化池泵入。通過分流閥調(diào)節(jié)，一部分污水進(jìn)入中試規(guī)模固定化微生物反應(yīng)器，一部分直接排入人工濕地?；旌蠌U水經(jīng)過垂直潛流與水平潛流串聯(lián)濕地，最終排出。整個(gè)系統(tǒng)由電氣自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。

工程進(jìn)水為村鎮(zhèn)工業(yè)與生活混合廢水，水量變動(dòng)大且成分復(fù)雜?？傇O(shè)計(jì)處理水量Q=240m3·d-1，其中固定化微生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)處理水量25m3·d-1，服務(wù)人口2000多人。構(gòu)筑物占地面積約300m2，其中酸化池、調(diào)節(jié)池、固定化微生物反應(yīng)器占地面積共25m2，濕地面積約250m2。

圖2 工藝流程及現(xiàn)場(chǎng)圖Figure 2 Treatmentprocessand photosofwastewater treatmentsystem

1.5 測(cè)定方法與主要儀器

1.5.1 常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)

水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)水樣化學(xué)分析方法[9]測(cè)定，包括化學(xué)需氧量（CODCr）、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）和總懸浮物（TSS）。

1.5.2 有機(jī)物GC-MS檢測(cè)

在示范工程穩(wěn)定運(yùn)行的2015年11月，采用高效氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS），對(duì)固定化微生物反應(yīng)器進(jìn)出水樣進(jìn)行3次采樣用于有機(jī)物檢測(cè)。樣品前處理方法：取10mL過濾后水樣，稀釋至40mL，然后分別用10mL的正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯各萃取3次，得到的液體用無水硫酸鈉進(jìn)行干燥；將銅片放入干燥后的液體中進(jìn)行脫硫，直至銅片不變色為止；取出銅片，旋蒸剩余液體，用正己烷定容至1mL，最后上機(jī)檢測(cè)。

1.6 工程運(yùn)行工況

工程設(shè)施建成于2014年6月，運(yùn)行至今。2015 年5—7月為微生物固定化階段，采用高效菌掛膜法[6]固定菌株Lysinibacillus sp.FS1，每周向固定化微生物反應(yīng)器內(nèi)投加6 L富集培養(yǎng)的FS1菌液。微生物固定階段反應(yīng)器處于關(guān)閉狀態(tài)，該期間對(duì)人工濕地出水進(jìn)行每月一次的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，作為無反應(yīng)器對(duì)照。2015年8—11月對(duì)整個(gè)示范工程進(jìn)行每月兩次的水質(zhì)監(jiān)測(cè)。

1.7 數(shù)據(jù)處理

去除負(fù)荷（g·m-3·d-1）計(jì)算采用如下公式：

反應(yīng)器（IMR）=（Ci-CIMRe）QIMR/VIMR

人工濕地（ICW）=[Ci（Q-QIMR）+CIMReQIMR-CeQ]/A

式中：Q為流量，m3·d-1；Ci、Ce分別為進(jìn)出水濃度，mg· L-1；A為人工濕地面積，m2；VIMR為固定化微生物反應(yīng)器有效體積，m3。

采用Origin 9.2制圖，采用SPSS19.0進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)（Independent-Samples t Test）。

2 結(jié)果與討論

2.1 組合工藝的處理效果

2015年5—7月，固定化微生物反應(yīng)器處于關(guān)閉狀態(tài)，出水為人工濕地處理結(jié)果；2015年8—11月，開啟反應(yīng)器，出水為固定化微生物反應(yīng)器-人工濕地組合工藝的處理結(jié)果。

2.1.1 COD的處理效果

2015年5—11月固定化微生物反應(yīng)器-人工濕地組合工藝對(duì)COD的處理效果如圖3和表1所示。

圖3 組合工藝的CODCr去除效果Figure 3 Removalefficiency ofCODCrin the treatmentsystem

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，由于示范工程進(jìn)水為村鎮(zhèn)工業(yè)與生活混合廢水，COD濃度波動(dòng)較大，范圍為120.2～300.3mg·L-1。2015年5—7月，僅人工濕地處理階段，出水COD濃度范圍為63.4～74.2mg·L-1，平均去除率為55.4%，未達(dá)到排放要求；而在固定化微生物反應(yīng)器穩(wěn)定后的正式運(yùn)行階段，出水COD均值達(dá)到49.5 mg·L-1，平均去除率提高至71.5%，部分出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

固定化微生物反應(yīng)器于8月初開啟，由于進(jìn)水流量不穩(wěn)定，生物膜受到水流沖擊，流速越高生物膜脫落率越高[10]，影響微生物對(duì)有機(jī)物的利用率，COD去除率在8月上旬沒有明顯提升。此后，反應(yīng)器內(nèi)微生物群落交聯(lián)固定在載體纖維球上，逐漸生成新的混合生物膜，COD去除率開始呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，且在進(jìn)水濃度波動(dòng)較大時(shí)，出水水質(zhì)仍較為穩(wěn)定，去除率能穩(wěn)定在70%左右，表明組合工藝有較好的抗沖擊能力。蘇功平等[11]采用更大規(guī)模的復(fù)合生物濾池+濕地組合工藝對(duì)四川某鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水的處理中，COD出水平均值51.75mg·L-1，最高去除率達(dá)到80.09%水平。

2.1.2 氮的處理效果

2015年5—11月固定化微生物反應(yīng)器-人工濕地組合工藝對(duì)TN和NH3-N的處理效果如圖4、圖5和表1所示。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過厭氧酸化池和調(diào)節(jié)池預(yù)處理后，進(jìn)水TN濃度為45.63～74.78mg·L-1，NH3-N濃度為41.27～62.08mg·L-1，養(yǎng)殖禽畜場(chǎng)的存在導(dǎo)致該地區(qū)NH3-N濃度較高。開啟反應(yīng)器后，工程對(duì)TN和NH3-N的去除效果得以提升，平均去除率分別達(dá)到59.5%和56.9%，但出水TN濃度仍未達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。分析其原因，一方面是系統(tǒng)供氧不足，偏厭氧環(huán)境不利于好氧硝化菌的生長(zhǎng)，硝化效率低，出水中氮形態(tài)主要為氨氮，反硝化所需的硝態(tài)氮不足；而且，硝化菌生長(zhǎng)慢、易流失[12]，因此隨著固定化微生物的生長(zhǎng)穩(wěn)定，10月份后系統(tǒng)對(duì)氮的去除率逐步提升。另一方面，進(jìn)水的C/N比值為2.7，低于最佳比值5[13]，碳源在反硝化過程中充當(dāng)電子供體，碳源不足將不利于反硝化反應(yīng)。易齊濤等[14]在評(píng)估農(nóng)村生活污水處理效果中提到，TN的去除率變動(dòng)最大，特別是在C/N比值低的情況下，脫氮效率一般只有50%左右。

圖4 組合工藝的TN去除效果Figure 4 Removalefficiency of TN in the treatmentsystem

表1 不同階段示范工程對(duì)污染物處理效果的比較Table 1 Comparison of removalefficiency in differentstagesof the treatmentsystem

圖5 組合工藝的NH3-N去除效果Figure 5 Removalefficiency ofNH3-N in the treatmentsystem

因此，為提高組合工藝對(duì)TN的去除效果，一方面，可適當(dāng)增加固定化微生物反應(yīng)器曝氣時(shí)長(zhǎng)，促進(jìn)硝化反應(yīng)，提高濕地進(jìn)水中硝態(tài)氮的比例；另一方面，可就地取材在第二級(jí)人工濕地中添加收割濕地植物秸稈的水解液作為外加碳源[15]來促進(jìn)反硝化反應(yīng)，提高氮去除率。

2.1.3 磷（TP）的處理效果

2015年5—11月固定化微生物反應(yīng)器-人工濕地組合工藝對(duì)TP的處理效果如圖6和表1所示。

圖6 組合工藝的TP去除效果Figure 6 Removalefficiency of TP in the treatmentsystem

由于研究區(qū)域有大量印染和紡織企業(yè)，廢水中TP濃度較生活污水偏高，組合工藝出水TP平均去除率達(dá)到46.0%，出水濃度均值為2.36mg·L-1。而易齊濤等[14]研究的濕地系統(tǒng)，對(duì)TP的去除率僅為32.4%。濕地系統(tǒng)中，沉積、吸附、沉淀、植物吸收和微生物吸收與積累等均對(duì)磷的去除有一定貢獻(xiàn)[16]，隨著反應(yīng)器中微生物的生長(zhǎng)和穩(wěn)定，固定化微生物反應(yīng)器在一定程度上提高了磷的去除。但磷的主要去除仍為濕地系統(tǒng)中基質(zhì)的吸附[14，17]，對(duì)磷的處理效果有限。因此，可在人工濕地前增設(shè)強(qiáng)化除磷措施。Adrados等[18]采用輕質(zhì)骨料除磷材料的生物濾池作為人工濕地前處理，顯著提高了整個(gè)濕地的除磷效果。

2.1.4 TSS的處理效果

2015年5—11月固定化微生物反應(yīng)器-人工濕地組合工藝對(duì)TSS的處理效果如圖7和表1所示?；旌蠌U水經(jīng)格柵、酸化池、調(diào)節(jié)池前處理，沉淀了部分大顆粒雜質(zhì)。由于進(jìn)水水量波動(dòng)和潛水泵擾動(dòng)，進(jìn)水TSS濃度呈現(xiàn)較大波動(dòng)，濃度范圍為30.77～92.00mg· L-1。示范工程出水TSS濃度均值為7.92mg·L-1，平均去除率為82.9%，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖7 組合工藝的TSS去除效果Figure 7 Removalefficiency of TSSin the treatmentsystem

2.1.5 組合工藝對(duì)污染物去除負(fù)荷

根據(jù)示范工程實(shí)際運(yùn)行情況，監(jiān)測(cè)期間平均總進(jìn)水流量Q=92±23m3·d-1，反應(yīng)器平均進(jìn)水流量QIMR= 14±4m3·d-1。工程各處理單元進(jìn)出水污染負(fù)荷及去除負(fù)荷如表2所示。結(jié)果表明，固定化微生物反應(yīng)器的COD、TN、NH3-N、TP平均進(jìn)水負(fù)荷較高，可見原污水對(duì)處理系統(tǒng)帶來高負(fù)荷壓力，而固定化微生物反應(yīng)器對(duì)污染物去除發(fā)揮了一定作用。相比Vymazal等[19]利用人工濕地處理市政廢水時(shí)NH3-N進(jìn)水負(fù)荷3.0～19.9 g·m-2·d-1，本研究中人工濕地進(jìn)水NH3-N負(fù)荷20.55±1.78 g·m-2·d-1較高，對(duì)濕地脫氮效率造成一定影響。Harada等[20]研究垂直流-水平潛流人工濕地處理北海道奶牛場(chǎng)廢水，結(jié)果表明濕地系統(tǒng)對(duì)COD、TN、NH3-N平均去除負(fù)荷分別為24.5、0.90、0.38 g·m-2· d-1。相比之下，本研究中人工濕地的去除負(fù)荷較高。

表2 組合工藝的污染物去除負(fù)荷Table 2 Removal loading of the treatmentsystem

2.2 固定化微生物反應(yīng)器的處理效果

2.2.1 毒害有機(jī)物的處理效果

會(huì)計(jì)基礎(chǔ)工作的好壞直接影響著單位財(cái)務(wù)管理工作的質(zhì)量。實(shí)行會(huì)計(jì)基礎(chǔ)工作標(biāo)準(zhǔn)化，明確每個(gè)會(huì)計(jì)人員的崗位標(biāo)準(zhǔn)和崗位職責(zé)，使會(huì)計(jì)人員在處理各項(xiàng)會(huì)計(jì)業(yè)務(wù)時(shí)都有章可循、有法可依、盡職盡責(zé)，保證會(huì)計(jì)資料的準(zhǔn)確、完整、真實(shí)。會(huì)計(jì)基礎(chǔ)工作標(biāo)準(zhǔn)化，可以從會(huì)計(jì)核算標(biāo)準(zhǔn)化體系、資產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)化體系、會(huì)計(jì)綜合業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化體系等方面制定實(shí)施。

采集連續(xù)運(yùn)行過程中固定化微生物反應(yīng)器進(jìn)出水，利用GC-MS分析混合污水中有機(jī)物含量和主要成分。由反應(yīng)器進(jìn)水與反應(yīng)器出水的氣相色譜圖（圖8）可以看出，進(jìn)水中有22個(gè)較為明顯的峰，而處理后污水只在55、70min左右出現(xiàn)明顯的產(chǎn)物峰，峰的數(shù)量和面積明顯降低。質(zhì)譜定性結(jié)果表明，該廢水樣品中的化合物十分復(fù)雜，存在許多難以質(zhì)譜鑒定的碳?xì)浠衔?。如圖9所示，保留時(shí)間32.15min處的峰為3，4-二氯苯酚，其去除率為81.2%；68.88min處的峰為乙酸苯酯，其去除效果最好，可達(dá)95.6%。通過污水處理前后主要峰面積（表3）可以看出，除保留時(shí)間為56.38min外，其余10個(gè)主要產(chǎn)物峰的去除率都在50%以上。通過對(duì)進(jìn)水中有機(jī)物成分分析可以看出，混合污水以氯代苯酚和苯酯類等有機(jī)物為主，而大多數(shù)氯代苯酚和苯酯類化合物有毒性或致癌性[21]。楊茜等[22]在研究石化工業(yè)園區(qū)有毒廢水時(shí)，將3，5-二氯苯酚作為標(biāo)準(zhǔn)毒性物質(zhì)。因此，若不針對(duì)混合廢水進(jìn)行前期脫毒減害處理，將給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。

圖8 GC-MS測(cè)定廢水樣品的總離子流色譜圖Figure 8 Total ion currentchromatogram ofGC-MS for the determination of thewastewater

圖9 質(zhì)譜圖鑒定結(jié)果Figure 9 MSchromatogram and identification results

表3 污水處理前后峰面積Table 3 The peak area ofsewagewater

目前關(guān)于高效菌對(duì)廢水處理的研究，大多局限于小規(guī)模的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，往往因?yàn)榫甑姆€(wěn)定性和適應(yīng)性不佳，未推廣到工程規(guī)模[23]。例如任磊等[24]在生物反應(yīng)器中應(yīng)用菌株CN2處理含對(duì)硝基苯酚的模擬工業(yè)廢水，黎兵等[25]采用活細(xì)胞固定化技術(shù)處理焦化廢水。本研究中的菌株FS1能夠快速、有效降解村鎮(zhèn)混合廢水中氯代苯酚和苯酯類等有機(jī)化合物，在用于固定化微生物反應(yīng)器對(duì)村鎮(zhèn)混合廢水的脫毒減害處理中，取得良好的效果。

2.2.2 對(duì)濕地處理效果的影響

實(shí)驗(yàn)不同階段示范工程對(duì)污染物處理效果對(duì)比如表1所示。串聯(lián)固定化微生物反應(yīng)器后，反應(yīng)器中高效廣譜性降解菌FS1與原污水中土著菌株發(fā)生生態(tài)位分離，形成協(xié)同互生關(guān)系。固定化微生物反應(yīng)器中微生物將污水中難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)[26]，在降低進(jìn)水毒性的同時(shí)為后續(xù)人工濕地植物、微生物提供可利用的碳源儲(chǔ)備，人工濕地出水中COD去除率顯著性（P＜0.01）提升。固定化微生物反應(yīng)器開啟后，由于反應(yīng)器間歇曝氣充氧，促進(jìn)了好氧微生物硝化反應(yīng)，TN（P＜0.01）、NH3-N（P＜0.05）去除率較未開啟反應(yīng)器時(shí)均有顯著提高。組合系統(tǒng)出水TP去除率較未開啟時(shí)平均提高了10.3%，但差異不顯著。

固定化微生物反應(yīng)器的良好運(yùn)行表明，本課題組篩選出的菌株FS1不僅對(duì)染料具有很好的脫色效果，且能有效降解廢水中的毒害有機(jī)污染物。此外，已經(jīng)報(bào)道的同屬Lysinibacillus sp.對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥馬拉硫磷有很好的降解效果[27]，對(duì)重金屬也具有很高的耐性[28]，印證了Lysinibacillus sp.FS1適用于本研究中以印染為主的團(tuán)結(jié)村工業(yè)與生活混合廢水的脫毒減害預(yù)處理。反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后，我們發(fā)現(xiàn)濕地系統(tǒng)機(jī)能逐漸恢復(fù)，對(duì)氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽有一定去除效果，進(jìn)而整體提升示范工程的處理效果。因此，可將菌株FS1應(yīng)用于含混合工業(yè)廢水處理的工程中。

2.2.3 對(duì)所需濕地面積的影響

設(shè)計(jì)人工濕地時(shí)，占地面積一般根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)特征和出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，再依據(jù)模型公式計(jì)算得出。在濕地應(yīng)用研究中，常用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)處理系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析[29]，因其計(jì)算出的k值具有一定局限性，本文不做比較?；谕幌到y(tǒng)降解常數(shù)k值相同的原理，在固定化微生物反應(yīng)器能處理所有進(jìn)水的條件下，進(jìn)行原污水（無固定化微生物反應(yīng)器處理）人工濕地面積（A1）和有反應(yīng)器處理人工濕地面積（A2）計(jì)算，可估算出A2/A1。面積比值計(jì)算方法如下[30]：

以COD為例，考慮到濕地最終出水須達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，COD≤50mg·L-1，計(jì)算中Ce取50mg· L-1；根據(jù)進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算出，Ci1為186.46mg·L-1，Ci2為151.65mg·L-1，將上述進(jìn)出水COD質(zhì)量濃度帶入公式（1），得出A2/A1為0.84，即增加固定化微生物反應(yīng)器，可減少約16%的所需濕地面積。盧建等[31]采用生物法-人工濕地組合工藝處理小城鎮(zhèn)混合污水發(fā)現(xiàn)，增加生物預(yù)處理可減少約44%的所需濕地面積，但其反應(yīng)器規(guī)模大。根據(jù)計(jì)算，本研究中減少的濕地面積僅為16%，可能一方面由于進(jìn)水水質(zhì)復(fù)雜，含有難降解有機(jī)物，難以徹底礦化，影響反應(yīng)器出水COD質(zhì)量濃度；另一方面，反應(yīng)器的規(guī)模也限制了其處理效果。增加前處理措施，可降低人工濕地進(jìn)水負(fù)荷，減少所需濕地面積，提高整個(gè)工藝流程對(duì)污染物的處理效果。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要考慮系統(tǒng)投資與運(yùn)行成本來權(quán)衡反應(yīng)器與人工濕地占處理面積的比例。

3 結(jié)論

（1）固定化微生物反應(yīng)器-人工濕地組合工藝能有效處理工業(yè)型村鎮(zhèn)混合廢水，其中COD和TSS出水均值達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

（2）廣譜高效降解菌Lysinibacillus sp.FS1能有效降解村鎮(zhèn)混合廢水中的毒害有機(jī)污染物，對(duì)其中10種主要有機(jī)污染物的去除率均在50%以上。固定化微生物反應(yīng)器對(duì)混合廢水的脫毒減害作用減緩了人工濕地的生態(tài)壓力，顯著提升組合工藝的處理效果。

（3）高效降解菌固定化微生物反應(yīng)器-人工濕地組合工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)村鎮(zhèn)混合廢水的低成本和持續(xù)有效處理，是高效有機(jī)物降解菌對(duì)污水脫毒減害處理成功應(yīng)用的案例，為微生物資源菌種在污水處理工程中的應(yīng)用提供參考和借鑒。

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The use of immobilized m icroorganism reactor-integrated constructed wetland（IMR-ICW）system for rural com prehensivewastewater treatm ent

MANYing1,TAORan1,2,YANGYang1,2*,WANXiang1,GUO Jing-jing1
（1.Research Center of Hydrobiology,College of Life Science and Technology,Jinan University,Guangzhou 510632,China;2.Engineering Research CenterofTropic and Subtropic Aquatic EcologicalEngineering,Ministry ofEducation,Guangzhou 510632,China）

Combined with integrated constructed wetlands（ICW）,an immobilizedmicroorganism reactor（IMR）that contained a broad spectrum and highly efficientdegradation bacteria Lysinibacillus sp.FS1（CCTCCM 2013561）were used to treat rural comprehensivewastewater in industrial cluster towns.The results showed that the immobilized microorganism reactor-integrated constructed wetland（IMR-ICW）system had high removalefficiencies of chemistry oxygen demand（COD）,totalnitrogen（TN）,ammonium nitrogen（NH3-N）,total phosphorous（TP）aswell as total suspended solids（TSS）,with average removal rates of 71.5%,59.5%,56.9%,46.0%and 82.9%,respectively. Meanwhile,the effluentquality of COD and TSSmet the first class A criteria of Discharge Standard of Pollutants for MunicipalWastewater Treatment Plant（GB18918—2002）.Furthermore,the results ofGC-MS indicated that the removal rates for ten ofmain organic pollutants in comprehensivewastewaterwere over 50%by the IMR,and it reached 81.2%and 95.6%for toxic organic compounds 3,4-dichlorophenol and phenylacetate especially.The detoxification and harm-reduction abilities of IMR could relieve the ecological pressure on constructedwetlands,which significantly increased the removalefficiencies of COD（P＜0.01）,TN（P＜0.01）and NH3-N（P＜0.05）in the combined process.

integrated industrialwastewater;degradation bacteria;immobilizedmicroorganism reactor（IMR）;constructed wetland;toxic organic compounds

X703

A

1672-2043（2017）05-1003-09

10.11654/jaes.2016-1619

2016-12-16

滿瀅（1991—），女，湖南麻陽人，碩士研究生，從事人工濕地環(huán)境微生物研究。E-mail：ying_055@163.com

*通信作者：楊揚(yáng)E-mail：yangyang@scies.org

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2012BAJ21B07）；廣東省應(yīng)用型科技研發(fā)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2015B020235008）

Project supported：The National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China（2012BAJ21B07）; Special-funds Project for Applied Scienceand Technology ofGuangdong Province（2015B020235008）

滿瀅，陶然，楊揚(yáng)，等.高效降解菌固定化反應(yīng)器-人工濕地組合工藝處理工業(yè)型村鎮(zhèn)廢水[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36（5）：1003-1011.

MANYing,TAORan,YANGYang,etal.Theuseof immobilizedmicroorganism reactor-integrated constructed wetland（IMR-ICW）system for ruralcomprehensivewastewater treatment[J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2017,36（5）:1003-1011.