王方舒,郭 佳,李佶成,楊傳璽,馬英姿,董曉婉,陳 棟*
城鎮(zhèn)污水處理廠生化池與補水口泡沫特征比較
王方舒1,郭 佳2,李佶成3,楊傳璽1,馬英姿1,董曉婉1,陳 棟1*
(1.青島理工大學環(huán)境與市政工程學院,山東 青島 266525;2.青島李村河水務有限公司,山東 青島 266001;3.琿春市住房和城鄉(xiāng)建設局,吉林 琿春 133300)
選取青島市某污水處理廠好氧池(H)、MBR池(M)以及生態(tài)補水排水口處(B)三個點位的泡沫混合液,從水質指標、有機組分、微生物群落結構三方面綜合分析上述點位的泡沫特征差異,結果表明:在水質指標上,與H、M相比,B點位泡沫混合液的TOC、TN、蛋白質、UV254、溶解氧濃度顯著升高,而表面張力和粘度有所降低.在有機組分上,與H、M相比,B點位泡沫混合液的烷烴類、脂肪酸類物質豐度顯著增高,BFK豐度顯著降低;三個點位主要有機組分均是蛋白質,且匹配度較高的物質均是Mucin和Nisin,B點位富里酸類腐殖質占比有所升高,蛋白質有所下降.推測,H、M兩個點位中,BFK是主要起泡劑,疏水性蛋白質、富里酸類腐殖質是主要穩(wěn)泡劑;B點位,LCFAs是主要的起泡劑,烷烴類、疏水性蛋白質、富里酸類腐殖質是主要穩(wěn)泡劑.在微生物群落結構上,與H、M相比,B點位微生物群落結構發(fā)生顯著變化,在門水平上,B點位Proteobacteria占比高達97.27%,而H、M點位則以Actinobacteriota為主,占比分別為58.5%、47.9%;在屬水平上,B點位豐度較高的主要有,而H、M點位則主要有.
污水處理;生化池;補水口;泡沫特征
污水處理過程中產(chǎn)生的生物泡沫一直影響著污水處理廠的穩(wěn)定運行,尤其是好氧池的泡沫,不僅非常粘稠,而且可以穩(wěn)定存在且難以消除.據(jù)報道,美國北卡羅來納州有88%的污水處理廠受到生物泡沫的困擾,而在伊利諾伊州則更是高達97%[1].同樣,在澳大利亞也有92%的污水處理廠受到生物泡沫的嚴重影響[2].生物泡沫的大量積累會引發(fā)一系列運行、公共安全和環(huán)境等問題.研究表明,泡沫長期滯留在好氧池會影響污泥齡(SRT)的控制,如隨水流流走則會提升出水的污染物含量,惡化水質.此外,生物泡沫的生成和破裂會使其中含有的sp.、sp.等機會性病原菌以氣溶膠形式飄散至空氣中,進而引發(fā)潛在的公共安全隱患[3].
近年來,隨著用水量的不斷增大,再生水回用已成為緩解水資源緊張的一條重要途徑.再生水不僅可用作工業(yè)冷卻用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水,還可用做生態(tài)環(huán)境補水.據(jù)《中國水資源公報》統(tǒng)計,2021年我國人工生態(tài)環(huán)境補水量為316.9億m3,其中再生水利用量為107億立方米,占比36.9%.因此,再生水已然成為生態(tài)補水的重要來源.但再生水回用于河道作景觀生態(tài)補水時,在排水口經(jīng)常出現(xiàn)泡沫富集現(xiàn)象,這些泡沫隨著水流流向河道下游,不僅嚴重影響了河道景觀,而且還可能對河道生態(tài)系統(tǒng)造成潛在危害.泡沫的大量富集會導致河道有機物濃度和懸浮固體升高并產(chǎn)生惡臭或不良有害氣體[4].
之前針對泡沫的研究大都集中在好氧生物池的泡沫特征研究方面[5-6],而對生態(tài)補水時排水口處富集泡沫的研究還未見報道,本文以青島市某城市污水處理廠為研究對象,選取該水廠好氧池、MBR池以及生態(tài)補水排水口處三個點位的泡沫混合液,從水質指標、有機組分、微生物群落結構三方面綜合分析上述點位的泡沫特征差異,為后期制定合理的泡沫控制措施提供理論指導.
本研究以青島市某城市污水處理廠為研究對象,該水廠的處理工藝為AAO+MBR工藝,出水經(jīng)臭氧和加氯消毒后輸送至排水河流上游進行生態(tài)補水,設計進出水水質見表1.該污水廠設計規(guī)模10× 104m3/d,HRT為17h,SRT為18d,MLSS 為7200mg/L;膜池設置12個膜廊道并聯(lián)運行,運行時產(chǎn)水泵每運行7min,停1min,污泥濃度10g/L.如圖1所示,設置好氧生物池(H點位)、MBR池(M點位)和補水口(B點位)3個取樣點,泡沫樣取自池中泡沫富集的液體表面和河道補水口泡沫富集的液體表面,取泡沫樣時用聚乙烯瓶采集泡沫富集處液面高度±0.10m的混合液;水樣取自池中距液體表面-0.5m和河道補水口.用500mL聚乙烯瓶收集樣品,保存于4℃冰箱待測.
表1 污水處理廠進出水水質(mg/L)
注:括號里為每年12月1日至次年3月31日的最大值.
圖1 污水處理廠工藝流程圖及取樣點
1.2.1 水質指標測定方法 TOC測定采用燃燒氧化-非分散紅外吸收法[7],TN測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[8],蛋白質測定采用BCA法[9],UV254測定采用紫外分光光度法[10].表面張力測定采用表面張力測量儀,粘度測定采用旋轉粘度計,pH值測定采用便攜式pH值測定儀,DO測定采用便攜式DO測定儀.
1.2.2 有機組分分析方法 氣相色譜-質譜聯(lián)用技術(GC-MS):取25mL樣品置于50mL離心管,加入12.5mL二氯甲烷,劇烈震蕩3min,3500rpm/min離心3min破除乳化.收集有機相,用氮吹儀吹脫濃縮至1mL,過0.22 μm微孔濾膜后檢測.傅里葉紅外光譜分析:取泡沫混合液50mL,100℃烘干,將烘干后的固體樣品通過傅里葉紅外光譜儀檢測,分析其含有的官能團,并進行數(shù)據(jù)庫檢索比對目標物質.三維熒光光譜分析:將泡沫混合液樣品過0.45μm濾膜,通過熒光分光光度法測定,設置參數(shù)為發(fā)射波長240~ 600nm,激發(fā)波長220~450nm,狹縫寬度均設置5nm,發(fā)射波長間隔1nm,激發(fā)波長間隔5nm.
1.2.3 微生物群落結構測定方法 提取泡沫混合液樣品DNA,利用通用引物338F和806R對16S rRNA V3-V4 區(qū)域進行PCR擴增.2%瓊脂糖凝膠電泳鑒定PCR產(chǎn)物,使用AxyPrep DNA Gel Extraction Kit純化產(chǎn)物.使用UPARSE軟件(version 7.1)以97%相似度對序列進行OTU聚類,使用UCHIME軟件剔除嵌合體,利用RDP classifier對每條序列進行物種分類注釋,比對Silva數(shù)據(jù)庫(SSU128),設置比對閾值為70%.使用非參數(shù)的Adonis分析(PERMANOVA)檢測組間差異顯著性,采用student's T、單雙尾檢驗分析兩組間的差異顯著性,采用student's inverted法計算置信區(qū)間.
由圖2可知,H、M、B三處取樣點泡沫樣TOC濃度分別為17.74,18.59和422.73,而水樣TOC濃度則分別為12.98,17.01,7.32(圖2(a));三取樣點泡沫樣TN濃度分別為4.3,4.4和76.2,而水樣TN濃度分別為5.04,6.22和11.26(圖2(b)).可見,對于TOC,三處泡沫樣濃度均高于相對應水樣濃度;對于TN,H、M兩個點位泡沫樣濃度b均低于相對應水樣濃度,可能由于以上兩個點位泡沫量較少,對TN富集效果不明顯,而與之相反,B點位泡沫樣濃度遠高于相對應水樣濃度.同時,B點位泡沫樣TOC、TN濃度均遠高于H和M點位,這可能與補水口處聚集大量泡沫,并且泡沫易于富集水中污染物并不斷積累有關[4].
H、M、B三處泡沫樣蛋白質濃度分別為35,17.75和220,水樣蛋白質濃度分別為12.19,15.64和16.02,三處泡沫樣蛋白質濃度也均高于對應水樣蛋白質濃度(圖2(c)),特別是B點位,泡沫樣蛋白質濃度達到水樣的近14倍.由圖2(c)可以看出,M點位泡沫樣的蛋白質濃度降低至17.75mg/L,而B處蛋白質濃度高達220mg/L.研究表明,長距離輸水管網(wǎng)中,管壁可為微生物附著生長提供良好的條件,進而致使部分微生物釋放蛋白質[11-12].李佶成等[5]的研究表明,氯消毒可以促使細菌破胞,釋放成泡物質,增強起泡能力.因此,管壁生物膜的釋放以及余氯持續(xù)誘發(fā)的影響,可能是導致補水口蛋白質濃度增高的主要原因之一.Wu等[13]研究表明,凝膠層的形成可以促進蛋白質的富集,補水口的植被轉角處、石塊處富集了大量泡沫,進而形成了凝膠層對蛋白質進行富集,這也可能是B點位泡沫樣蛋白質濃度較高的另一個重要原因.UV254可作為水體中有機物含量的替代參數(shù),其值越大,表明水體中有機物含量越高,尤其是對于分子量大于3000以上的有機物[14].三處泡沫液UV254分別為0.218、0.175和0.258,三處水樣UV254分別為0.158、0.210和0.080(圖2(d)),同樣,B點位泡沫樣UV254濃度遠高于水樣.由圖2(d)可以看出,泡沫樣的UV254值B>H>M,說明大分子有機物在補水口泡沫處富集.腐殖酸與UV254有非常強的相關性,而腐殖酸類物質一般疏水性明顯,能夠提高液膜強度,增強泡沫穩(wěn)定性,使泡沫更易富集污染物.因此,B點位處較高的UV254在一定程度上反映出補水口處泡沫的穩(wěn)定性較強.
由圖2(e)和2(f)可知,H、M、B三個點位泡沫樣的pH值分別為6.45、6.53和7.56,水樣的pH值分別為6.43、6.66、6.96;泡沫樣的溶解氧分別為0.43, 0.42,10.5,水樣的溶解氧分別為0.56,0.27,14.26mg/L.引起生物泡沫的主要原因多為絲狀菌的異常增殖,諾卡氏菌、微絲菌等絲狀菌大都在中性條件進行生長繁殖,H、M、B三個點位的泡沫樣與水樣pH值基本維持在7左右,B處略高一些,可見pH值對其影響較小.與H和M點位相比,B點位溶解氧值顯著增高,分析原因是出水經(jīng)過跌水進而導致其值過高.跌水起到的曝氣充氧作用使得大量具有表面活性的物質聚集在空氣-水界面形成表層微層(SML),部分泡沫在空氣-水界面處穩(wěn)定存在,為出水中的蛋白質類物質、疏水腐殖質類物質在SML層富集提供了良好的環(huán)境條件.因此,跌水導致的高溶解氧濃度可能是引起大量泡沫形成的原因之一.
圖2 各取樣點泡沫混合液水質指標
a:TOC, b:TN, c:蛋白質, d:UV254, e:pH, f:DO, g:粘度, h:表面張力
H、M、B三個點位泡沫樣的表面張力分別為70.8, 72.78, 69.21,水樣的表面張力分別為72.54, 72.56, 72.99(圖2(h));三個點位泡沫樣粘度分別為150.28, 38.33, 29.97,水樣三處粘度分別為6.70, 43.06, 20.69(圖2(g)).與水樣相比,三個點位泡沫樣的表面張力呈現(xiàn)出降低的趨勢,而粘度則呈現(xiàn)出升高的趨勢.由圖2(h)可知,與H、M兩個點位相比,B點位泡沫樣的表面張力較低,這是由于之前的氯消毒所致,氯消毒能夠降低表面張力.因此,氯消毒降低了表面張力,而表面張力的降低使得更容易起泡.可見,補水口處大量富集的泡沫可能與較低的表面張力有關.粘度是反映泡沫穩(wěn)定性的一個重要指標,粘度越高,泡沫越穩(wěn)定.由圖2(g)可知,H點位泡沫樣粘度遠遠高于M、B處,這可能與微生物代謝活性相關,活性越大,分泌的胞外聚合物(EPS)越多,粘度也越大.好氧池作為生物處理的主要單元,微生物代謝活性最強,其分泌的大量代謝產(chǎn)物可能導致該點位粘度較高.
2.2.1 氣相色譜-質譜聯(lián)用(GC-MS)分析 圖3分別是H、M、B三個點位泡沫混合液的氣相色譜-質譜圖(GC-MS),其中H、M兩個點位的有機物種類和豐度基本一致,主要物質有長鏈脂肪酸(LCFAs):棕櫚酸(Acid16)、硬脂酸(Acid18)、油酸(AcidO4),烷烴:十六烷(Alkane16)、二十八烷(Alkane28)、氯代十八烷(AlkaneCl18),酚類:抗氧化劑(BFK)、2,4-二叔丁基苯酚(2,4-DTBP)等,且酚類含量最高,占比近40%,酚類中BFK含量最大(圖3(a),3(b)),BFK中-OH和苯基的存在使其具有典型的表面活性物質特性,因此推測BFK可能是這兩個點位的重要起泡劑.但與H點不同,M點多了硅酸(R-Silicic Acid)和醋酸(R-Acetic Acid),但它們的豐度均較小.
與H、M兩個點位相比,B點位相繼出現(xiàn)了庚烷、十二烷、十四烷、十八烷、二十烷、二十一烷、二十五烷、二十七烷、二十八烷等,烷烴類物質含量增多,豐度明顯增大;脂肪酸類物質含量也顯著增加,由之前峰面積占比不足5%提升至8.63%,其中以棕櫚酸、油酸、硬脂酸等長鏈脂肪酸為主;BFK物質含量則顯著降低.烷烴類物質沒有親水基團,不能起到表面活性劑的起泡作用,但其作為疏水有機物,可以提高泡沫的液膜強度,進而增強泡沫穩(wěn)定性使其不易消散.脂肪酸類物質含量與表面張力呈強負相關(=-0.858),脂肪酸類物質越多,表面張力越低,則更容易起泡[15].這也就解釋了圖2h中B點位表面張力較小的原因,可能與此處脂肪酸物質含量較多密切相關.與之相反,脂肪酸與粘度則呈正相關(=0.622),其含量越多粘度越大,泡沫越穩(wěn)定.與H和M點位相比,盡管B點位脂肪酸類物質有所增加,提高了其粘度,但H和M作為生物處理的主要單元,微生物活性較高,其分泌的可以提高粘度的代謝產(chǎn)物遠遠高于B點位處,這也可能是導致H和M處粘度遠遠高于B處的主要原因.
2.2.2 三維熒光光譜分析(3DEEMFS) 三維熒光的峰值區(qū)域大致可以分成五類[16],I區(qū)為酪氨酸類蛋白質,II區(qū)為色氨酸類蛋白質,III區(qū)為富里酸類腐殖質,IV區(qū)為溶解性微生物代謝產(chǎn)物,V區(qū)為腐殖酸類腐殖質.如圖4所示,經(jīng)三維熒光光譜分析,取樣點H、M處I、II區(qū)域的熒光強度明顯高于其他三個區(qū)域,通過熒光區(qū)域積分法(FRI)定量表征熒光物質的變化(圖5),由圖5可以看出,蛋白質類物質占比均在40%以上.與H、M相比,B點位五個區(qū)域的熒光強度均明顯增高,特別是III區(qū)的富里酸類腐殖質物質,由之前占比不足30%提升至34.3%,蛋白質類物質占比盡管有所下降,但仍遠高于其它類物質比例.以上結果表明,蛋白質類物質是各點位泡沫的主要有機組分之一.H、M兩個點位作為生物處理的兩個重要單元,其泡沫中的蛋白質可能來源于微生物代謝產(chǎn)物,B點位泡沫中的蛋白質可能由于消毒使微生物破胞,釋放蛋白質類物質而來.黃慧婷等利用1.0mg/L的次氯酸鈉消毒,24h內(nèi)存活的微生物數(shù)量由4×104個/mL降低到5×103個/mL,而且不論有效氯濃度高低,水中存活微生物總量在24h內(nèi)持續(xù)下降[17].可見,B點位泡沫中的蛋白質可能由于消毒使微生物破胞,釋放蛋白質類物質而來.
圖5 各取樣點FRI
2.2.3 傅里葉紅外光譜(FT-IR)分析 如圖6所示,三個取樣點泡沫樣品基團振動位置均出現(xiàn)在3279cm-1、2921cm-1、1636cm-1、1539cm-1、1080cm-1等波數(shù)位處,較為一致,表明三個點位泡沫樣品官能團結構,有機組成較為相似.在振動強度上,H、M兩個點位較為類似,與B點位差別較大.根據(jù)傅里葉光譜檢索數(shù)據(jù)庫比對,分別檢索出三個點位匹配度較高的物質,結果表明,三個樣點均含有黏蛋白(Mucin)和乳酸鏈球菌素(Nisin),Mucin是蛋白質類物質, Nisin是多肽,且在B點位Mucin的匹配值76.9%,高于H點位(63.5%)和M點位(62.6%),同樣B點位Nisin匹配值67.2%,也高于H點位(59.0%)和M點位(56.7%).Wu等利用FT-IR檢測泡沫,同樣發(fā)現(xiàn)其中的物質多以蛋白質、多糖類物質為主[13].次氯酸鈉消毒可以顯著降低存活微生物總量[17],促使滅活的微生物釋放成泡物質[5],結合圖2(c)蛋白質檢測結果,推斷與H和M點位相比,B點位的泡沫在化學組成上更接近于蛋白質.可見,在泡沫生成過程中,由各種氨基酸組成的蛋白質類物質和多肽類物質發(fā)揮了重要作用.
圖6 各取樣點泡沫混合液傅里葉紅外光譜
生物泡沫的形成和穩(wěn)定需要氣泡、表面活性物質(起泡劑)和疏水物質(穩(wěn)泡劑)等三個要素[18].綜合GC-MS、3DEEMFS和FT-IR結果,H、M、B三個點位泡沫混合樣中的有機物均以蛋白質為主,與H、M兩個點位相比,盡管B點位蛋白質含量占比略有下降,但通過分析2.1中泡沫混合液水質指標,推測其絕對含量仍高于其它兩個點位.H、M兩個點位中,由于BFK具有表面活性劑特性且含量較大,推斷BFK可能是這兩個點位的主要的起泡劑,而疏水性蛋白質、富里酸類腐殖質則可能是主要的穩(wěn)泡劑.而B點位,隨著LCFAs和烷烴類含量的增加,BFK和LCFAs則可能變?yōu)樵擖c位主要的起泡劑,烷烴類、疏水性蛋白質、富里酸類腐殖質則變成該點位主要的穩(wěn)泡劑.H、M兩個點位的溶解氧均在0.4mg/L左右,而B點位則高達10.5mg/L,這或許是B點位富集更多泡沫的重要原因.
2.3.1 門水平微生物群落分析 圖7顯示了H、M、B三個點位泡沫混合液中的微生物在門水平上的差異,由圖7可以看出,H、M兩個點位的微生物群落結構差異不大,Proteobacteria、Actinobacteriota、Bacteroidota是構成這兩個點位主要的三個菌門,占比分別為13.83%、58.46%、15.53%,17.52%、47.91%、13.26%,與H點位相比,M點位的Proteobacteria占比略有上升,而Actinobacteriota、Bacteroidota占比略有下降.與H、M兩個點位相比,B點位微生物群落結構發(fā)生了顯著變化,特別是Proteobacteria占比高達97.27%,這表明在補水口處引起泡沫產(chǎn)生的微生物與H、M處相比發(fā)生了根本性的變化.
圖7 各取樣點門水平群落結構分析
2.3.2 屬水平微生物群落結構分析 圖8在屬水平上比較了H、M、B三個點位微生物群落組成差異,與H、M生物池兩個點位相比,B點位微生物群落結構發(fā)生了顯著變化,如在補水口泡沫中豐度較高的、、、、在H、M兩個點位的泡沫中均不存在;而在H、M兩個點位泡沫中占比較高的和則在B點位處未檢測到.
在生化池中的泡沫大多是由諾卡氏型、微絲菌等微生物而引起[19],在南非發(fā)現(xiàn)生物泡沫一半以上是由微絲菌造成的[20],同樣在英國,83.33%泡沫中發(fā)現(xiàn)了微絲菌[21].作為微絲菌的一種,它既可以利用長鏈脂肪酸,也能在短鏈脂肪酸的培養(yǎng)基中良好生長[22-23].但微絲菌適宜在微氧濃度中生長[24-25],而在高氧濃度下不易存活[25],如圖2(f)所示,生化池中溶解氧濃度在0.4mg/L左右,因此微絲菌的生長不會受到抑制,而補水口處溶解氧濃度高達10.5mg/L,除了之前的消毒外,較高的溶解氧溶度也導致在補水口處幾乎不存在.
圖8 各取樣點屬水平群落結構分析
補水口泡沫處大量富集的微生物主要有、等菌,其中、是已被報道的耐氯菌,它們能利用污水中各種有機物作為生長的碳源[25],并在表面產(chǎn)生大量的EPS.可以合成代謝利用乳酸類物質,其較高的豐度也解釋了補水口泡沫中存在大量乳酸類物質的原因.結合FT-IR結果,進一步證實了Nisin可能是與泡沫形成相關的重要物質之一.因此,生化池和補水口泡沫混合液中微生物群落結構的較大差異可能是導致其泡沫形成機制差異的重要因素.
3.1 H、M、B三個點位泡沫樣的TOC、TN、蛋白質、UV254濃度明顯高于水樣,尤其是B點位,且B點位泡沫樣的TOC、TN、蛋白質、UV254、溶解氧濃度均遠高于H和M兩個點位,與之相反,B點位泡沫混合液的表面張力和粘度均低于H和M兩個點位,三個點位pH值變化不大,均在7左右.
3.2 與H、M相比,B點位泡沫樣的烷烴類、脂肪酸類物質豐度顯著增高,而BFK豐度顯著降低;三個點位泡沫樣主要有機組分均為蛋白質,與H、M相比,B點位富里酸類腐殖質占比有所升高,蛋白質有所下降,三個點位匹配度較高的物質均為Mucin和Nisin.H、M兩個點位,BFK是主要起泡劑,疏水性蛋白質、富里酸類腐殖質是主要穩(wěn)泡劑;B點位,BFK和LCFAs是主要起泡劑,烷烴類、疏水性蛋白質、富里酸類腐殖質則是主要穩(wěn)泡劑.
3.3 與H、M兩個點位相比,B點位微生物群落結構發(fā)生了顯著變化,在門水平上,B點位Proteobacteria占比高達97.27%,而H、M點位則以Actinobacteriota為主,占比分別為58.5%、47.9%在屬水平上,B點位存在大量、、,而 H、M兩個點位主要菌屬則是.
[1] De los Reyes III FL, Rothauszky D, Raskin L. Microbial community structures in foaming and nonfoaming full-scale wastewater treatment plants [J]. Water Environment Research, 2002,74(5):437-449.
[2] Blackall L L, Harbers AE, Greenfield PF,. Foaming in activated sludge plants: a survey in Queensland, Australia and an evaluation of some control strategies [J]. Water Research, 1991,25(3):313-317.
[3] Guo F, Wang Z P, Yu K,. Detailed investigation of the microbial community in foaming activated sludge reveals novel foam formers [J]. Scientific Reports, 2015,5(1):7637.
[4] 李探微,彭永臻,陳志根,等.活性污泥法的生物泡沫形成和控制[J]. 中國給水排水, 2001,17(4):73-76. Li T W, Peng Y Z, Chen Z G, et al. Formation and control of biological foam in activated sludge process [J]. China Water Supply and Drainage, 2001,17(4):73-76.
[5] 李佶成,張金康,張崇芹,等.再生水生態(tài)補水外排口黃褐色泡沫成因研究[J]. 青島理工大學學報, 2022,43(4):97-104. Li J C, Zhang J K, Zhang C Q, et al. Study on the cause of the yellowish brown foam at the outlet of the reclaimed water ecological makeup [J]. Journal of Qingdao University of Technology, 2022,43(4):97-104.
[6] Zhang H, Zhang Z, Song J, et al. Foam shares antibiotic resistomes and bacterial pathogens with activated sludge in wastewater treatment plants [J]. Journal of Hazardous Materials, 2021,408:124855.
[7] HJ 501-2009 水質.總有機碳的測定.燃燒氧化-非分散紅外吸收法 [S]. HJ 501-2009 Water quality. Determination of total organic carbon. Combustion oxidation nondispersive infrared absorption method [S].
[8] HJ 636-2012 水質.總氮的測定.堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法 [S]. HJ 636-2012 Water quality. Determination of total nitrogen. Alkaline potassium persulfate digestion ultraviolet spectrophotometry [S].
[9] 李 政,高健磊,閆怡新.一種快速測定污泥濾液中蛋白質含量的方法 [J]. 給水排水, 2022,58(S1). Li Z, Gao J L, Yan Y X. A rapid method for determining protein content in sludge filtrate [J]. Water Supply and Drainage, 2022,58(S1).
[10] 羅海斌.臭氧/紫外-活性炭去除水中UV254的效能研究 [J]. 炭素, 2017,2:39-42. Luo H B. Study on removal efficiency of UV254in water by ozone / UV activated carbon [J]. Carbon, 2017,2:39-42.
[11] 王 薇,任紅星,胡震超,等.管材對供水管網(wǎng)生物膜微生物種群多樣性的影響[J]. 環(huán)境學學報, 2015,35(3):699-704. Wang W, Ren H X, Hu Z C, et al. The impact of pipe materials on the diversity of biofilm microbial populations in water supply networks [J]. Journal of Environmental Science, 2015,35(3):699-704.
[12] Chowdhury S. Heterotrophic bacteria in drinking water distribution system: A review [J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2012,184(10):6087-6137.
[13] Wu M, Chen Y, Lin H, et al. Membrane fouling caused by biological foams in a submerged membrane bioreactor:Mechanism insights [J]. Water Research, 2020,181:115932.
[14] Edzwald J K. Coagulation in drinking water treatment: Particles, organics and coagulants [J]. Water Science and Technology, 1993, 27(11):21-35.
[15] 劉 洋.養(yǎng)殖廢水生化處理單元泡沫特性表征及其消控對策初步研究[D]. 杭州:浙江大學, 2020. Liu Y. Preliminary study on characterization of foam characteristics of biochemical treatment unit for aquaculture wastewater and its control countermeasures [D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2020.
[16] Wen C, Paul W, Leenheer J A, et al. Fluorescence excitation-emission matrix regional integration to quantify spectra for dissolved organic matter [J]. Environmental Science & Technology, 2003,37(24):5701- 5710.
[17] 黃慧婷,張明明,王 敏,等.紫外/氯消毒在飲用水處理中的應用[J]. 凈水技術, 2018,37(10):44-48. Huang H T, Zhang M M, Wang M, et al. Application of UV/chlorine disinfection in drinking water treatment [J]. Water Purification Technology, 2018,37(10):44-48.
[18] Petrovski S, Dyson Z A, Quill E S, et al. An examination of the mechanisms for stable foam formation in activated sludge systems [J]. Water Research, 2011,45(5):2146-2154.
[19] 宋 陽,姜成英,王愛杰,等.城市污水處理廠活性污泥生物泡沫研究進展[J]. 微生物學通報, 2019,46(8):1954-1970. Song Y, Jiang C Y, Wang A J, et al. Research progress on biological foam of activated sludge from urban sewage treatment plants [J]. Microbiology Bulletin, 2019,46(8):1954-1970.
[20] Blackbeard J R, Gabb D M D, Ekama GA, et al. Identification of filamentous organisms in nutrient removal activated sludge plants in South Africa [J]. Water SA, 1988,14(1):29-33.
[21] Goddard A J, Forster C F. Surface tension of activated sludges in relation to the formation of stable foams [J]. Microbios, 1986,46(186): 29-43.
[22] Durban N, Juzan L, Krier J, et al. Control ofby aluminium salts addition [J]. Water Science & Technology, 2016, 73(2):414-422.
[23] Xie B, Dai X C, Xu Y T. Cause and pre-alarm control of bulking and foaming by Microthrix parvicella--a case study in triple oxidation ditch at a wastewater treatment plant [J]. Journal of Hazardous Materials, 2007,143(1/2):184-191.
[24] Nielsen P H, Roslev P, Dueholm T E, et al., a specialized lipid consumer in anaerobic-aerobic activated sludge plants [J]. Water Science & Technology, 2002,46(1/2):73-80.
[25] Simona R, Tomei M C, Nielsen P H, et al. "",a filamentous bacterium causing bulking and foaming in activated sludge systems: A review of current knowledge [J]. FEMS Microbiology Reviews, 2005,29(1):49-64.
Comparison of foam characteristics in biological treatment units and water supply outlet of municipal wastewater treatment plant.
WANG Fang-shu1, GUO Jia2, LI Ji-cheng3, YANG Chuan-xi1, MA Ying-zi1, DONG Xiao-wan1, CHEN Dong1*
(1.School of Environmental and Municipal Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao 266525, China;2.Qingdao Licun River Water Service Co., Ltd, Qingdao 266001;3.Hunchun Municipal Bureau of Housing and Urban-Rural Development, Hunchun 133300, China)., 2023,43(11):5737~5745
This study comprehensively analyzed the foam characteristics of the samples collected from the aerobic tank (H), MBR tank (M), and ecological water supply outlet (B) of a wastewater treatment plant located at Qingdao regarding water quality index, organic components and microbial community structure. Compared with H and M, the TOC, TN, protein, UV254 and DO concentrations of the foam mixture collected from B were significantly higher, while its surface tension and viscosity were slightly lower. For the organic composition, the alkanes and fatty acids concentrations of B were much higher than that of H and M, while its BFK concentration was significantly lower. It was also found that the main organic component of the three sampling points was protein which might belong to Mucin and Nisin due to the high matching points. In comparison with H and M, the proportion of fulvic acid humus of B was higher, while its protein was lower. These results indicated that BFK was the primary foaming agent for H and M, and hydrophobic protein and fulvic acid humus were the main foaming agents. However, BFK and LCFAs were the dominating foaming agents for B, and alkanes, hydrophobic proteins and fulvic acid humus were the main foaming agents. It should be noted that the microbial community of B was significantly different from that of H and M. For the microbial composition at the phylum level, the proportion of Proteobacteria of B was up to 97.27%, while the main bacterial of H and M were Actinobacteriota, accounting for 58.5% and 47.9%, respectively. Moreover, the principal genera of B wereand, while that of H and M wereand.
wastewater treatment;biological treatment units;water supply outlet;foam characteristic
X703
A
1000-6923(2023)11-5737-09
王方舒(1999-),女,山東濰坊人,青島理工大學碩士研究生,主要研究方向為污水處理與資源化.發(fā)表論文2篇.1716068347@qq.com.
王方舒,郭 佳,李佶成,等.城鎮(zhèn)污水處理廠生化池與補水口泡沫特征比較 [J]. 中國環(huán)境科學, 2023,43(11):5737-5745.
Wang F S, Guo J, Li J C, et al. Comparison of foam characteristics in biological treatment units and water supply outlet of municipal wastewater treatment plant [J]. China Environmental Science, 2023,43(11):5737-5745.
2023-03-24
青島市科技惠民專項(23-2-7-zdfn-2-nsh);青島西海岸新區(qū)科技惠民專項(2021-99)
* 責任作者, 副教授,chendong_cau@163.com