UASB-ASP系統(tǒng)處理含大蒜素廢水性能及動(dòng)力學(xué)研究

彭 航，李海波，趙詩琪，張佳莉，徐能耀，宋圓圓，郭建博

（天津城建大學(xué)a.環(huán)境與市政工程學(xué)院；b.天津市水質(zhì)科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300384）

山東省是大蒜種植大省，每年會(huì)有大量的大蒜進(jìn)行浸泡、切片、沖洗、脫水、烘干和包裝等深加工過程而產(chǎn)生大量含大蒜素廢水[1-2].大蒜素具有抑菌性，其中硫醚抑制細(xì)胞分裂，破壞微生物正常代謝，使得含大蒜素廢水成為一種高濃度難處理廢水[3-4].因此，研究一種高效、運(yùn)行費(fèi)用低的工藝處理含大蒜素廢水，并使出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，具有極大的實(shí)際需求和現(xiàn)實(shí)意義.

目前，針對有機(jī)物含量高、具有抑菌性的含大蒜素廢水的處理方法有物理法、化學(xué)法、物化法、生物法等[5-12].其中，生物處理法以其成本低、處理效率高、環(huán)境友好等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在污水處理中[5-6].厭氧生物處理通常被用于降解高濃度有機(jī)廢水，尤其以上流式厭氧污泥床（UASB）為主體的厭氧生物處理工藝應(yīng)用最為廣泛，但厭氧出水仍含有一定濃度的有機(jī)物[13].為了使其出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)必須采取有效的后處理工藝，而好氧后處理工藝中活性污泥法（ASP）操作控制方便，發(fā)展較為成熟[14].因此，本文構(gòu)建UASB-ASP系統(tǒng)處理含大蒜素廢水.

為了考察UASB-ASP系統(tǒng)對含大蒜素廢水處理性能，本文對廢水中污染物降解、pH值變化特性進(jìn)行了評估；分析系統(tǒng)內(nèi)厭氧和好氧污泥量和生物量的變化以及污泥中多糖（PN）和蛋白（PS）含量與降解性能間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)；利用一階基質(zhì)降解模型、Grau二階模型、Stover-Kincannon修正模型，闡述厭氧和好氧條件下COD的去除規(guī)律.研究結(jié)果可為含大蒜素廢水處理提供一定理論和技術(shù)參考.

2002—2015年，京津冀、長三角、珠三角三大城市群城鎮(zhèn)人口逐漸增加，其中，長三角城市群城鎮(zhèn)人口數(shù)量在三大城市群中最大。2015年，長三角城市群城鎮(zhèn)人口總數(shù)達(dá)11 117萬人，遠(yuǎn)多于京津冀城市群(6966 萬人)和珠三角城市群(7454 萬人)。［12］三大城市群城鎮(zhèn)居民人均生活用電量見圖3，與圖1比較可看出，引入人口因素的指標(biāo)之間差距明顯縮小，城鎮(zhèn)居民生活用電量與城鎮(zhèn)人口數(shù)量之間存在密切關(guān)系。

超聲引導(dǎo)下對細(xì)菌性肝膿腫的治療相比于常規(guī)治療措施具有對患者創(chuàng)傷小、安全性更高等優(yōu)點(diǎn),其逐漸替代了傳統(tǒng)治療方式[1]。為分析該研究方法在細(xì)菌性肝膿腫的有效性。本研究比較超聲引導(dǎo)下經(jīng)皮肝穿刺細(xì)針抽吸術(shù)與置管引流術(shù)在治療細(xì)菌性肝膿腫中的療效。結(jié)果如下。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及運(yùn)行

實(shí)驗(yàn)裝置由UASB、ASP、沉淀池、污泥回流裝置等構(gòu)成（見圖1）.反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，UASB內(nèi)徑6.8 cm，有效體積為3.5 L；ASP寬為10 cm，有效高度為15 cm，有效體積為1.5 L.進(jìn)水、UASB出水回流及污泥回流均通過蠕動(dòng)泵完成，運(yùn)行溫度維持在（30℃±2℃），ASP的溶解氧質(zhì)量濃度控制在2 mg/L左右.通過降低HRT及添加UASB出水回流將運(yùn)行過程分為5個(gè)階段.階段I至III，通過降低HRT，提升容積負(fù)荷；階段IV至V，通過添加UASB出水回流，改善其處理性能，具體運(yùn)行參數(shù)見表1.通過檢測進(jìn)出水COD、pH，污泥的SS、VSS、PN和PS等指標(biāo)，分析系統(tǒng)對含大蒜素廢水處理性能.

表1 運(yùn)行參數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)用水與接種污泥

實(shí)驗(yàn)所用接種污泥來自天津某市政污水處理廠二沉池，UASB加入1.75 L經(jīng)24 h沉淀污泥，ASP則加入0.75 L該污泥，接種后UASB和ASP中SS、VSS均為28.6 g/L和10.4 g/L.實(shí)驗(yàn)所用含大蒜素廢水是將大蒜榨汁與乙酸鈉混合制成，其中75%COD由乙酸鈉提供，25%COD由大蒜汁提供.同時(shí)添加微量元素，其在廢水中的質(zhì)量濃度分別為：ZnSO4，2.2 mg/L；CaCl2，5.5 mg/L；MnSO4，4.3 mg/L；FeSO4·7H2O，5 mg/L；Na2MoO4/2H2O，2.1 mg/L；CuSO4/5H2O，1.6 mg/L；CoCl2/6H2O，1.6 mg/L；EDTA，63.7 mg/L.

《秀才胡同》作為典型的“中國風(fēng)”歌曲，對修辭格的運(yùn)用尤其注重。本文將其所用修辭格，舉例列出如表1.1所示。

1.3 分析方法

PN和PS是微生物分泌的大分子物質(zhì)，主要源于生物合成、有機(jī)底物的利用和細(xì)胞的溶解及大分子水解等過程，并且PN和PS間相對含量的變化影響著污泥顆?；拔廴疚锝到庑阅躘25-27].因而，為了考察系統(tǒng)內(nèi)微生物的聚集特征和降解能力，測定系統(tǒng)不同階段PN和PS含量變化，其含量變化及PN/PS值如表2所示.階段I至V，UASB中PN/PS由0.50增至1.88；PN具有疏水性，而PS具有親水性，PN/PS變大后，微生物表面疏水性增加導(dǎo)致吉布斯自由能降低，這有利于污泥聚集形成沉降性和機(jī)械性良好的顆粒污泥，從而高效降解含大蒜素廢水中的污染物[28-29].階段IV，觀察到UASB中出現(xiàn)顆粒污泥.在ASP中，階段I至III，PN由30.01 mg/（g·vss）增至40.12 mg/（g·vss），PS由3.95 mg/（g·vss）增至29.78 mg/（g·vss）.這是因?yàn)镠RT降低后，ASP中微生物為了適應(yīng)負(fù)荷提升和水力沖刷增加的變化，分泌更多的PN和PS來抵抗沖擊[30-31].PN的增加可改善負(fù)荷提高后微生物的降解能力，而其中PS的增加可促使污泥絮凝形成沉降性良好的菌膠團(tuán)[30-32].階段IV至V，PN和PS分別降低且穩(wěn)定在34.55 mg/（g·vss）和17.96 mg/（g·vss）左右，是因?yàn)锳SP的進(jìn)水COD減小且相對穩(wěn)定，使得PN和PS含量保持平穩(wěn).

1.4 動(dòng)力學(xué)模型分析

采用一階基質(zhì)降解模型、Grau二階模型和Stover-Kincannon修正模型對UASB和ASP中COD去除過程進(jìn)行評估.

最大扭矩(Nm/rpm) .........................................72/6750

1.4.1 一階基質(zhì)降解模型

若基質(zhì)降解過程符合一階動(dòng)力學(xué)，則完全混合體系中基質(zhì)濃度的變化率可以表示為[17]

鋼絲繩走線分析:基本單元四邊形N1N2F2F1、M1M2E2E1兩組角線變化基本相同，且單調(diào)遞增，可以依據(jù)曲線變化設(shè)計(jì)鋼絲繩走向。

Grau二階模型的表達(dá)式為[18]

在小學(xué)語文的課堂上，大多老師希望學(xué)生盡可能地以競爭或者合作的方法，對所學(xué)知識的吸收保存疑慮并不斷探究。在小學(xué)語文的文章中，經(jīng)常會(huì)接觸到描述歷史的小故事，就如《十里長街送總理》。老師可以通知學(xué)生們，在學(xué)習(xí)之前通過其他方式了解周總理的一生，這樣做不僅可以加深學(xué)生對我國歷史的了解程度，更能使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和對歷史的熱愛。與此同時(shí)，學(xué)生應(yīng)主動(dòng)通過字典或其他方式，了解課文里出現(xiàn)的陌生成語典故，并能熟練地掌握這些成語。用了這些方法，學(xué)生的閱讀興趣會(huì)得到提高。

式（1）-（2）中：Si和Se分別代表進(jìn)水和出水基質(zhì)質(zhì)量濃度，mg/L；K1是一階基質(zhì)去除速率常數(shù)，d-1；HRT是水力停留時(shí)間，d；Q是廢水的處理量，m3；V是反應(yīng)器的體積，m3.

根據(jù)基質(zhì)去除速率常數(shù)K1，一階基質(zhì)降解模型可以評估不同HRT情況下的出水基質(zhì)濃度Se.

1.4.2 Grau二階模型

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，新媒體行業(yè)隨之興起并繁榮，媒介融合的趨勢不斷加強(qiáng)。而各類傳統(tǒng)報(bào)紙（黨報(bào)、專業(yè)報(bào)、綜合商業(yè)報(bào)）繼續(xù)探索轉(zhuǎn)型之路，在“互聯(lián)網(wǎng)+”的影響下，基本形成了“兩微一網(wǎng)一端”的數(shù)字化布局，并不斷與新媒體融合。

穩(wěn)定運(yùn)行情況下公式（1）簡化為

1.4.3 Stover-Kincannon修正模型

以Si/K2X為常數(shù)，將（Si-Se）/Si表示基質(zhì)的去除率，可將該公式簡化為

棗棉間作條件下，棉花產(chǎn)量株高、莖粗、葉片數(shù)的通徑分析結(jié)果表明，籽棉產(chǎn)量與株高和莖粗均呈正相關(guān)，與葉片數(shù)呈負(fù)相關(guān)(表1)，株高直接作用于產(chǎn)量(0. 753)，莖粗通過株高對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大(0. 508 3)，但莖粗通過葉片數(shù)對產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)(-0. 357 7)，通過正負(fù)抵消，間接作用對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)較小(0. 150)，葉片數(shù)主要通過直接作用對產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)(-0. 684)。

式（4）-（5）中：E是基質(zhì)去除率，%；K2是二階基質(zhì)去除速率常數(shù)，d-1；X為生物量質(zhì)量濃度，g/L.a和b是常數(shù)，常數(shù)b反映了基質(zhì)去除率，當(dāng)b接近1時(shí)，去除率E≈100%；常數(shù)a（a=Si（/K2X））與生物量濃度X成反比，在連續(xù)工藝中可以提高污泥齡使微生物量濃度X增加，從而實(shí)現(xiàn)去除率E的提高[19].

積分后表達(dá)式變?yōu)?/p>

Stover-Kincannon修正模型[18-20]用于描述反應(yīng)器表面積與基質(zhì)降解的關(guān)系，表達(dá)式為

式中：ds/dt為基質(zhì)去除率，g/（m3·d）；Umax為最大容積負(fù)荷，kg/（m3·d）；KB為飽和常數(shù)，kg/（m3·d）；A為反應(yīng)器表面積，m2，在該模型中可用反應(yīng)器體積V（m3）代替，得到如下公式

此外，基質(zhì)的去除率ds/dt還可以表示為

由公式（7）和公式（8）可得

通過Q（Si-Se）/V和QSi/V作圖可以確定Stover-Kincannon修正模型.通過模型得到基質(zhì)去除所需的體積V或出水基質(zhì)濃度Se.模型中最大容積負(fù)荷（Umax）代表理論最大基質(zhì)去除能力，飽和常數(shù)KB是指在這一基質(zhì)濃度下，微生物最大反應(yīng)速率.

階段I（1～72 d），控制UASB的HRT為24 h，容積負(fù)荷為4 kgCOD/（m3·d），系統(tǒng)平均進(jìn)水COD為4 269 mg/L.經(jīng)過72 d運(yùn)行，UASB出水COD由2 459 mg/L降至183 mg/L；ASP出水COD由1 166 mg/L降至88 mg/L.結(jié)果表明：隨著馴化進(jìn)行，系統(tǒng)對COD的去除性能逐漸提高.UASB的COD去除率由40.5%提升至95.8%，系統(tǒng)的COD去除率由71.8%提升至98.1%.這表明，UASB和ASP中污泥馴化基本完成，系統(tǒng)對含大蒜素廢水處理性能良好.

2 結(jié)果與討論

2.1 COD處理效果及pH變化規(guī)律

根據(jù)HRT變化及UASB增設(shè)出水回流等情況，將整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程分為5個(gè)階段，系統(tǒng)中COD去除效果和pH變化規(guī)律如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行過程中COD、COD去除率、pH的變化

西北地區(qū)白榆發(fā)芽后，也就是4月中旬就可開始嫁接。把粗度達(dá)到0.5 cm以上的白榆砧木，在離地面15 cm處平剪，把剪斷的砧木用嫁接刀在剪口處從下向上削3 cm長的馬耳形削口，在砧木馬耳形削口1.2 cm處斜向下橫切0.3 cm的切口。再將選取的粗度相近的接穗在下方從上向下削3 cm長的馬耳形削口，在削口1.2 cm處斜向上橫切深度0.3 cm的橫切口，所有的切口都一刀削成，且平整光滑。然后把接穗插入砧木橫切口，將接穗和砧木的皮層對齊嫁接在一起，并用嫁接專用塑料帶包扎。砧木和接穗粗細(xì)不一致時(shí)只需對齊一個(gè)邊的皮層即可。

階段II（73～97 d），UASB的HRT降至12 h，容積負(fù)荷升至8 kgCOD/（m3·d），系統(tǒng)穩(wěn)定后，COD去除率為98.7%，表明此時(shí)含大蒜素廢水可被有效處理.階段III（98～118 d），UASB的HRT降至6 h，容積負(fù)荷升至16 kgCOD/（m3·d），UASB和ASP出水COD分別穩(wěn)定在1 125 mg/L和230 mg/L左右，最終UASB和系統(tǒng)的COD去除率分別僅為74.3%和94.8%.在該階段，UASB的COD去除率降低，并且系統(tǒng)出水水質(zhì)未能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）一級標(biāo)準(zhǔn).原因是UASB負(fù)荷過大，微生物無法有效降解含大蒜素廢水中污染物.

階段IV（119～135 d），UASB增設(shè)150%的出水回流以改善其性能.UASB出水COD由1 125 mg/L（階段III）迅速降至402 mg/L，運(yùn)行16 d后，出水COD穩(wěn)定在363 mg/L左右.ASP出水COD則由264 mg/L（階段III）降低并穩(wěn)定在163 mg/L左右.UASB和系統(tǒng)的COD去除率分別提高至91.5%和96.3%.階段V（136～150 d），UASB出水回流調(diào)至300%以進(jìn)一步提高其處理性能.在該階段，UASB和ASP出水COD分別穩(wěn)定在287 mg/L和89 mg/L左右，去除率分別提升至93.2%和98.1%.結(jié)果表明，階段V的UASB及系統(tǒng)出水水質(zhì)優(yōu)于階段IV，且300%的回流提升了UASB對于含大蒜素廢水的耐受性.系統(tǒng)出水COD在89 mg/L（＜100 mg/L）左右，符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）一級標(biāo)準(zhǔn).

pH是影響厭氧生物處理的重要環(huán)境因素，UASB的正常運(yùn)行需要相對穩(wěn)定且適宜的pH，但當(dāng)pH過高或過低時(shí)，產(chǎn)甲烷菌生長代謝和繁殖會(huì)受到抑制，導(dǎo)致脂肪酸積累，最終反應(yīng)器出現(xiàn)酸敗[21].含大蒜素廢水偏酸性，其pH值在5.8～6.3之間.UASB和ASP出水pH變化規(guī)律如圖2，未調(diào)節(jié)進(jìn)水pH情況下，UASB和ASP出水pH分別穩(wěn)定在7.5～8.0和8.2～8.8之間.UASB中的pH相對穩(wěn)定且適宜，說明產(chǎn)甲烷菌生長代謝正常，沒有出現(xiàn)揮發(fā)性脂肪酸的積累.UASB出水pH升高的原因是：產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸被產(chǎn)甲烷菌充分利用，且微生物的氨化作用使廢水中的蛋白質(zhì)和氨基酸產(chǎn)生致堿作用的氨[22].UASB出水進(jìn)入ASP后，剩余的揮發(fā)性脂肪酸被好氧菌氧化成CO2和H2O等無機(jī)物質(zhì)，導(dǎo)致ASP出水pH升高[23].UASB-ASP系統(tǒng)中pH穩(wěn)定且適宜，表明系統(tǒng)處理酸性含大蒜素廢水時(shí)具有優(yōu)良的緩沖能力.

系統(tǒng)5個(gè)階段運(yùn)行結(jié)果表明：在UASB的HRT為6 h，回流為300%，容積負(fù)荷為16 kgCOD/（m3·d），ASP的HRT為2.6 h情況下，UASB-ASP系統(tǒng)處理酸性含大蒜素廢水，出水水質(zhì)良好達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）一級標(biāo)準(zhǔn)，并且系統(tǒng)pH維持穩(wěn)定和適宜.

2.2 污泥量、生物量及PN與PS變化規(guī)律分析

UASB和ASP中污泥量及微生物量（以SS和VSS表示）隨運(yùn)行時(shí)間變化，如圖3-4所示.階段I，UASB中SS與VSS由接種時(shí)28.6 g/L與10.4 g/L降至13.8 g/L與9.0 g/L，VSS/SS由0.36增至0.65.這主要由于馴化階段絮狀、適應(yīng)性差的污泥與微生物被淘汰，并且污泥中無機(jī)物沖出量較多.在階段II，UASB中SS與VSS分別增至27.6 g/L與20.3 g/L，且VSS/SS增至0.74，這是因?yàn)槲⑸锍浞掷糜袡C(jī)物等營養(yǎng)物質(zhì)生長，增長量超過了衰亡和流出量.運(yùn)行至階段V，UASB中SS與VSS分別降至12.5 g/L與7.7 g/L，VSS/SS降至0.62，這是由于HRT降低和出水回流加入后，水力沖刷作用增強(qiáng)，導(dǎo)致細(xì)小、沉降差的污泥沖出.階段I至V，ASP中SS與VSS由接種時(shí)28.6 g/L與10.4 g/L持續(xù)減少至5.8 g/L與1.4 g/L，且VSS/SS值由0.36持續(xù)減少至0.24.這是由于水力剪切力增加以及ASP進(jìn)水COD較低，使得沉降性較差的污泥被洗出且微生物不易被富集[24].

圖3 UASB反應(yīng)器內(nèi)SS、VSS、VSS/SS的變化

圖4 ASP反應(yīng)器內(nèi)SS、VSS、VSS/SS的變化

COD采用消解儀（Hach，DRB200，USA）和哈希COD分析儀（Hach，DR3900，USA）測定.pH值采用S225C型數(shù)字酸度計(jì)（梅特勒-托利多儀器有限公司，上海）測量.污泥量（SS）采用烘箱烘至恒重，污泥中微生物量（VSS）采用馬弗爐灼燒質(zhì)量法測定[15].PN和PS采用加熱法從污泥中提取，分別用考馬斯亮藍(lán)法和蒽酮-硫酸法測定PN和PS的含量[16].

局部水頭損失采用沿程水頭損失的10%計(jì)算。根據(jù)以上公式計(jì)算管道水頭損失灘地片區(qū)為9.5 m，賢莊村片區(qū)為13.28 m。

表2 反應(yīng)器內(nèi)PN、PS及PN/PS的變化

反應(yīng)器中微生物通過調(diào)節(jié)PN、PS含量變化來影響微生物降解污染物[33-34]，因而本實(shí)驗(yàn)分析了UASB和ASP中微生物分泌的PN、PS含量與COD去除量之間的相互關(guān)系（見圖5）.UASB中COD去除量與PN的線性關(guān)系為Y=1.154 6X-2.243 9（R2=0.916 4），與PS的相關(guān)性R2為0.081 5.結(jié)果表明：在一定范圍內(nèi)，PN含量與COD去除量呈正相關(guān).這是因?yàn)槿莘e負(fù)荷的提高可刺激微生物產(chǎn)生更多的PN，PN被認(rèn)為是細(xì)胞壁中的一層凝膠，可通過擴(kuò)散保護(hù)微生物免受抑制性污染物的傷害，從而改善微生物在較高容積負(fù)荷下降解污染物的能力[35].ASP中微生物分泌的PN、PS與COD去除量相關(guān)性較弱，相關(guān)系數(shù)R2分別僅為0.767 9和0.503 6.這是因?yàn)锳SP的進(jìn)水COD較小且相對穩(wěn)定，對微生物生長影響不大，使得其分泌的PN、PS含量變化不大.

圖5 PN、PS與COD去除量的相關(guān)性

2.3 動(dòng)力學(xué)比較及特征分析

為了描述和評估UASB-ASP系統(tǒng)對含大蒜素廢水的處理性能，選用一階基質(zhì)降解模型、Grau二階模型及Stover-Kincannon修正模型對COD去除過程進(jìn)行評估，根據(jù)模型得到的動(dòng)力學(xué)參數(shù)如表3所示.

該裝置以高純度氮?dú)饽M現(xiàn)場天然氣，以高純度硫化氫和二氧化碳模擬天然氣中的酸性組分，硫化氫與二氧化碳按1∶120的體積比混合均勻后，以鼓泡方式將其緩慢通入新鮮MDEA溶液以及含有不同天然氣中重組分的脫硫溶液，通過取樣口實(shí)時(shí)在線采集、分析吸收前后氣體中的酸性組分含量，待吸收時(shí)間大于20 min后，當(dāng)吸收前后的酸氣含量基本不變時(shí)，即可停止實(shí)驗(yàn)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)平行做3次，根據(jù)差量法得到脫硫溶液的吸收性能。

表3 動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)

系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，繪制（Si-Se）/HRT對Se的曲線來擬合一階基質(zhì)降解模型，得到擬合線性圖（見圖6a、6b）.根據(jù)擬合結(jié)果得出UASB中動(dòng)力學(xué)參數(shù)值：K1=17.281 3，R2=0.654 1；ASP中動(dòng)力學(xué)參數(shù)值：K1=23.563 4，R2=0.842 8.擬合結(jié)果表明，一階基質(zhì)降解模型與UASB、ASP中COD去除過程擬合程度不佳.

利用Grau二階模型對UASB和ASP中COD去除過程擬合，以Si/（K2X）為因變量，（Si-Se）/Si為自變量，擬合繪制出圖6c、6d.根據(jù)擬合結(jié)果得出UASB中動(dòng)力學(xué)參數(shù)值：a=0.039 7，b=0.952 3，R2=0.993 1；ASP中動(dòng)力學(xué)參數(shù)值：a=-0.254 1，b=3.443 0，R2=0.946 5.擬合結(jié)果表明：Grau二階模型與UASB、ASP中COD去除過程擬合程度較高，Grau二階模型可用來評估和預(yù)測COD去除，其出水COD預(yù)測公式如表3中（11）和（14）.

Stover-Kincannon修正模型被廣泛用于描述和預(yù)測各類上流式反應(yīng)器的處理性能[19].在該模型中，以V/（Q（Si-Se））為縱坐標(biāo)，以V/（Q·Si）為橫坐標(biāo)，進(jìn)行Stover-Kincannon修正模型動(dòng)力學(xué)擬合，得到圖6e、6f.根據(jù)擬合結(jié)果得出UASB中動(dòng)力學(xué)參數(shù)值：KB=109.02，Umax=108.45 kgCOD/（m3·d），R2=0.991 6；ASP中動(dòng)力學(xué)參數(shù)值：KB=0.701 9，Umax=0.614 8 kgCOD/（m3·d），R2=0.400 8.擬合結(jié)果表明：Stover-Kincannon修正模型與UASB中COD去除過程擬合程度較高，且由Umax可知UASB具有良好的污染物降解性能，但該模型與ASP中COD去除過程擬合程度較差.

圖6 COD去除動(dòng)力學(xué)模型

運(yùn)用3種動(dòng)力學(xué)模型對UASB和ASP中含大蒜素廢水降解過程的擬合可以得出結(jié)論：Grau二階模型可評估不同HRT情況下UASB對COD的去除效果.UASB的Grau二階模型中，b=0.952 3接近1，由公式（5）得出COD的理論去除率E接近100%，與實(shí)際平均93.2%（階段V）的去除率相接近，表明UASB具有較高的COD去除性能且微生物活性較高[18-19].根據(jù)Stover-Kincannon修正模型分析，UASB中最大容積負(fù)荷Umax=108.45 kgCOD/（m3·d），遠(yuǎn)大于實(shí)際容積負(fù)荷16 kgCOD/（m3·d），這表明UASB處理含大蒜素廢水具有良好的潛能.Grau二階模型和Stover-Kincannon修正模型描述了HRT、容積負(fù)荷等條件變化與基質(zhì)降解的關(guān)系，容積負(fù)荷的增加有效提升了反應(yīng)速率，微生物可通過調(diào)節(jié)PN和PS含量來提高其耐受性與降解能力，從而整體改善UASB對污染物的降解能力.另一方面，在ASP中COD去除過程與Grau二階模型擬合程度較高，該模型可對ASP不同HRT條件下含大蒜素廢水的降解過程進(jìn)行評估與預(yù)測.ASP的Grau二階模型中，b=3.443 0，由公式（5）得出此時(shí)COD的理論去除率E遠(yuǎn)小于100%，而實(shí)際ASP對COD的去除率僅為68.7%（階段V），但其出水水質(zhì)滿足GB8978—1996一級標(biāo)準(zhǔn).

3 結(jié)論

（1）UASB-APS系統(tǒng)可高效降解COD為4 000 mg/L的含大蒜素廢水，出水COD穩(wěn)定在89 mg/L左右，去除率達(dá)98.1%，符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)；UASB和ASP出水pH分別穩(wěn)定在7.5～8.0和8.2～8.8，表明系統(tǒng)處理酸性含大蒜素廢水時(shí)具有較強(qiáng)的緩沖能力.

（2）在UASB中，PN/PS變大后，污泥表面疏水性的增加導(dǎo)致吉布斯自由能降低，從而促使厭氧污泥形成高生物量、結(jié)構(gòu)致密的顆粒污泥.在ASP中，HRT減小后，微生物分泌更多的PN和PS以增強(qiáng)自身的抵抗能力，同時(shí)形成穩(wěn)定的菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu).

（3）UASB中COD去除過程與Stover–Kincannon修正模型、Grau二階模型擬合程度較高，而ASP中COD去除過程與Grau二階模型擬合程度較高.因而，可以利用Stover-Kincannon修正模型和Grau二階模型對UASB中COD去除效果以及用Grau二階模型對ASP中COD去除效果作評估預(yù)測，從而為UASB-ASP處理含大蒜素廢水運(yùn)行優(yōu)化提供依據(jù).