增強(qiáng)型生態(tài)浮床填料篩選及工況優(yōu)化

摘要：生態(tài)浮床作為一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的黑臭水體處理工藝得到廣泛應(yīng)用，但其處理能力受制于植物根系深度及表面積。通過懸浮球、生物繩、彈性和組合填料分別與間種的粉綠狐尾藻（Myriophyllum aquaticum）和西伯利亞鳶尾（Iris sibirica）植物構(gòu)建生態(tài)浮床，探究不同填料對生態(tài)浮床效能的強(qiáng)化作用及微生物機(jī)制；并在優(yōu)選填料的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究優(yōu)選填料的最優(yōu)添加工況及其強(qiáng)化下浮床對污染物去除的動(dòng)力學(xué)模型。填料優(yōu)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，生物繩填料對COD、氨氮和總磷的去除率最佳，分別為gt;99%、43.85%和14.03%；高通量測序分析顯示，生物繩填料表面生物膜微生物豐富度最高、物種組成分布最均勻、微生物多樣性最高，且生物繩填料可定向富集Flavobacterium、Exiguobacterium、Chryseobacterium、Microbacterium、Caulobacter等脫氮除磷相關(guān)功能菌。生物繩工況優(yōu)化結(jié)果顯示，修復(fù)輕度黑臭水體的最佳生物繩填料投加量為12.5 m/m3，其對COD、氨氮和總磷的去除率分別為96.4%、38.5%和56.6%；動(dòng)力學(xué)模型擬合顯示，一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能更好地?cái)M合生物繩強(qiáng)化生態(tài)浮床的氨氮及COD降解規(guī)律。

關(guān)鍵詞：生態(tài)浮床；強(qiáng)化填料；微生物群落結(jié)構(gòu)；反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；生物繩

中圖分類號(hào)：X703.1" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號(hào)：2096-6717（2024）04-0211-09

The filler selection and working condition optimization of enhanced ecological floating bed

HE Qiang1， LV Cunhao1， WANG Xinge1， CHEN Zhichi1， HU Meiheng1， CAI Ran2，3， ZHANG Gongliang2，4， SONG Chenxin3， LI Dexiang2，3， CHENG Hong1

（1. Key Laboratory of the Three Gorges Reservoir Region's Eco-Environment， Ministry of Education， Chongqing University， Chongqing 400045， P. R. China； 2. Beijing Capital Eco-Environment Protection Group Co.， Ltd.， Beijing 100044， P. R. China； 3. Sichuan Shuihui Ecological Environment Management Co.， Ltd.， Neijiang 641199，" Sichuan， P. R. China； 4. Beijing Mercury Environment Co.， Ltd.， Beijing 101599， P. R. China）

Abstract： Ecological floating beds are widely used as an economical and environmentally friendly technology for the treatment of black smelly water bodies， while their treatment capacity is limited by the plant root area and the depth of plants reaching the water body. In this study， the enhancement effects and microbial mechanism of different fillers on the treatment capacity of ecological floating beds were investigated by constructing ecological floating beds with interspecies of Myriophyllum aquaticum and Iris sibirica plants through suspension balls， biological ropes， elastic and combined fillers respectively. Furthermore， the optimal addition of selected filter and its kinetic model of pollutant removal from the floating bed was investigated. The results showed that the best removal rates of COD， ammonia nitrogen and total phosphorus were gt;99%， 43.85% and 14.03%， respectively. The highest microbial abundance， the most uniform species composition distribution and the highest microbial diversity on the surface of the bio-rope filler have been observed， and the bio-rope filler can enrich nitrogen and phosphorus removal functional bacteria such as Flavobacterium， Exiguobacterium， Chryseobacterium， Microbacterium and Caulobacter. 12.5 m/m3 is the best amount of bio-rope filler for the remediation of mild black smelly water bodies， and the corresponding removal rates of COD， ammonia nitrogen， and total phosphorus are respectively 96.4%， 38.5% and 56.6%. The kinetic model fitting revealed that the primary kinetic model could better fit the ammonia nitrogen and COD degradation patterns of bio-rope-enhanced ecological floating bed.

Keywords： ecological floating bed； strengthen fillers； microbial community structure； reaction dynamics； bio-rope filler

隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，水體富營養(yǎng)化引起的黑臭現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響居民正常生活和景觀生態(tài)?，F(xiàn)有的黑臭水體治理技術(shù)包括底泥疏浚、人工曝氣、化學(xué)藥劑法、微生物強(qiáng)化技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)等[1]，其中，植物修復(fù)技術(shù)因其兼具原位修復(fù)和運(yùn)維費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。生態(tài)浮床是植物修復(fù)技術(shù)的重要代表，主要由浮床墊以及植物組成，植物以水培方式生長，其根系直接從水體中獲取養(yǎng)分，植物廣闊茂密的根系促進(jìn)了其下方的水體流動(dòng)，同時(shí)利用截留、捕集沉降等物理作用以及微生物代謝作用等方式處理污染物[2]。

近年來，相關(guān)研究圍繞生態(tài)浮床廣泛開展。Chang等[3]在美國佛羅里達(dá)州展開了生態(tài)浮床的長期實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生態(tài)浮床對總氮（TN）和總磷（TP）的去除率分別為15.7%和47.7%。Ning等[4]在中國常州市區(qū)河流進(jìn)行了為期兩年的研究，發(fā)現(xiàn)生態(tài)浮床明顯降低了河流的化學(xué)需氧量和總氮水平，且提高了水體的溶解氧和透明度。然而，由于植物根系面積和到達(dá)水體的深度有限，傳統(tǒng)生態(tài)浮床在去除率上受到一定程度的限制[5]。因此，提高傳統(tǒng)浮床的去除效率成了近年來的研究熱點(diǎn)。增強(qiáng)型生態(tài)浮床是一種傳統(tǒng)生態(tài)浮床的強(qiáng)化裝置，主要由微生物載體填料和水生植物組成[6]。該強(qiáng)化裝置可利用水生植物和微生物的協(xié)同作用來完成生態(tài)恢復(fù)功能，以實(shí)現(xiàn)快速高效的處理。植物和微生物是強(qiáng)化生態(tài)浮床的重要生態(tài)因子，植物可以吸收水中的氮、磷和一些無機(jī)鹽，但植物吸收效率有限；而微生物通過吸附在載體填料表面，提高生長速率和微生物量，從而加速污染物降解速率[7]。因此，選擇適宜的填料對增強(qiáng)型生態(tài)浮床效能至關(guān)重要。然而，目前針對填料的系統(tǒng)篩選及優(yōu)化的相關(guān)研究鮮有報(bào)道。

筆者比較了不同填料輔助下增強(qiáng)型生態(tài)浮床對輕度黑臭水體污染物去除效果，篩選出增強(qiáng)效果最佳填料，并進(jìn)一步優(yōu)化該種填料的增強(qiáng)型生態(tài)浮床最優(yōu)參數(shù)及工況，探究增強(qiáng)型生態(tài)浮床對污染物去除的特征及機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

共設(shè)置5組生態(tài)浮床實(shí)驗(yàn)裝置（圖1）。浮床床體材質(zhì)為HDPE，長、寬、高分別為33、33、6 cm，實(shí)驗(yàn)所用的浮床植物為粉綠狐尾藻（Myriophyllum aquaticum）和西伯利亞鳶尾（Iris sibirica），兩種植物采取間種的形式，形成生態(tài)位互補(bǔ)[8]。定植位于床體中央以便于支撐和固定植物根系；所用水體容器為長、寬、高分別為70、50、43 cm的聚乙烯材質(zhì)水箱，有效水深37 cm。實(shí)驗(yàn)選用4組填料，分別為懸浮球填料（?80 mm）、生物繩填料（BZ-S型）、彈性填料（?150 mm）、組合填料（?150×100 mm）（江蘇鵬錦環(huán)保設(shè)備有限公司），以及一組填料的空白對照組。實(shí)驗(yàn)過程中采用西爍照明公司提供的LED全光譜植物燈對植物進(jìn)行控時(shí)補(bǔ)光。

1.2 運(yùn)行方案

實(shí)驗(yàn)用水采用實(shí)地取水的方式，實(shí)際取樣水體為重慶大學(xué)校內(nèi)某人工池塘。進(jìn)水水質(zhì)范圍COD為67.7～75.0 mg/L、NH4+-N為9.7～11.6 mg/L、NO3--N為4.6～7.0 mg/L、TP為1.4～1.7 mg/L、濁度為12.3～13.9 NTU。浮床裝置啟動(dòng)前，對粉綠狐尾藻及西伯利亞鳶尾進(jìn)行水培馴化，待長勢穩(wěn)定后，選取數(shù)量相同、長勢相似的植物，經(jīng)適當(dāng)修剪后，移栽至對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)組浮床中。為消除光照不同對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的影響，陰雨天統(tǒng)一采用6～8 h補(bǔ)光。實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)階段，首先對增強(qiáng)型生態(tài)浮床中填料進(jìn)行篩選，篩選出對水體修復(fù)效果最好的填料（即填料篩選實(shí)驗(yàn)）；進(jìn)一步對篩選出的填料投加量對比優(yōu)化，探究增強(qiáng)型生態(tài)浮床的最優(yōu)工況（即填料工況優(yōu)化實(shí)驗(yàn)）。其中，填料篩選實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)行27 d的連續(xù)取樣監(jiān)測，填料工況優(yōu)化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行47 d的連續(xù)取樣監(jiān)測。增強(qiáng)型浮床優(yōu)選填料和工況優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1、表2所示。

1.3 水質(zhì)測試

實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)對水體的CODcr、NH4+-N、TP、溶解氧和pH值等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。CODcr和營養(yǎng)鹽的測定參考第四版的《水和廢水監(jiān)測分析方法》[9]推薦的方法，CODcr采用重鉻酸鉀法測定；NH4+-N采用納氏分光光度法測定；TP采用鉬酸銨分光光度法測定；溶解氧、濁度及pH值均采用HACH便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀進(jìn)行測定。

1.4 微生物群落分析

為進(jìn)一步探究各填料強(qiáng)化作用微生物機(jī)理，研究了填料生物膜中微生物群落結(jié)構(gòu)[10]。取相同體積的各填料置于50 mL離心管中，并加入20 mL無菌水，然后使用XH-C型漩渦混合器以最大速率震蕩2 min，待生物膜脫離后取出填料，然后使用sigma-2-16P型離心機(jī)于8 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心5 min。離心后移除上清液，得到沉淀物并存儲(chǔ)于-20℃冰箱中直至測序。測序過程中，首先使用E.Z.N.A.@土壤DNA試劑盒（Omega Bio-tek， Norcross， GA， USA）提取樣本中的總DNA，然后以通用引物515F（引物序列GTGCCAGCMGCCGCGG）和907R（引物序列CCGTCAATTCMTTTRAGTTT）擴(kuò)增細(xì)菌16S rRNA基因的V4-V5區(qū)后建庫，然后采用Illumina 2500平臺(tái)進(jìn)行高通量測序。測序完成后，采用Qiime 2軟件對高通量測序得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，經(jīng)過對序列質(zhì)量進(jìn)行質(zhì)控和過濾后，對各樣本進(jìn)行ASV聚類分析和物種分類學(xué)分析，并基于ASV統(tǒng)計(jì)分析樣品Alpha和Beta多樣性。

1.5 動(dòng)力學(xué)分析

一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型作為常用的人工濕地、氧化塘、生態(tài)浮床污染物去除模型被廣泛應(yīng)用[11-12]。一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的建立是假定目標(biāo)污染物的降解規(guī)律服從指數(shù)關(guān)系，將反應(yīng)器視作活塞流反應(yīng)器，因此，該模型被廣泛應(yīng)用在濕地設(shè)計(jì)以及對濕地污染物去除效果的預(yù)測[13]。

式中：Ce為出水濃度，mg/L；Ci為進(jìn)水濃度，mg/L；kv為速率常數(shù)，1/d；t為水力停留時(shí)間，d。

以ln（Ce/Ci）為Y軸，水力停留時(shí)間t為X軸作圖，經(jīng)線性化擬合后，計(jì)算可得反應(yīng)速率常數(shù)，從而對污染物降解過程進(jìn)行預(yù)測。

Monod動(dòng)力學(xué)模型是基于微生物活動(dòng)起主導(dǎo)作用的分解過程提出的，可以用于判斷在污染物代謝過程中微生物作用是否占據(jù)主導(dǎo)地位。酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)最基本的公式（米-門公式）描述了底物濃度與酶促反應(yīng)速率之間的關(guān)系，假定微生物比增長速率與目標(biāo)污染物降解速率成比例關(guān)系，利用Monod模型[14]的計(jì)算公式對污染物的降解過程進(jìn)行預(yù)測，見式（2）。

式中：μ為物降解速率；S為基質(zhì)濃度；μm為污染物最大降解速率；Ks為半飽和系數(shù)，決定μ接近μm的快慢程度，定義為μ=μm/2時(shí)的污染物濃度；Ks為半飽和系數(shù)，決定μ接近μm的快慢程度，定義為μ=μm/2時(shí)的污染物濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 增強(qiáng)型浮床填料篩選

2.1.1 增強(qiáng)型浮床系統(tǒng)污染物去除效果

在實(shí)驗(yàn)過程中，各個(gè)浮床系統(tǒng)的pH值均在6.8～7.5之間波動(dòng)，各實(shí)驗(yàn)組間無明顯的區(qū)別，圖2為實(shí)驗(yàn)過程中4種增強(qiáng)型生態(tài)浮床DO、COD去除率、NH4+-N去除率和TP去除率的變化。

圖2（a）表明，實(shí)驗(yàn)前7 d各實(shí)驗(yàn)組中的溶解氧均非常明顯地下降，這是由于微生物生長迅速，所需氧氣量大，從而造成系統(tǒng)中氧氣濃度下降[6]；從第7 d之后，各浮床系統(tǒng)中溶解氧呈上升趨勢，27 d時(shí)懸浮球填料、生物繩填料、彈性填料、組合填料組的溶解氧濃度分別為3.45、3.75、3.22、3.46 mg/L，而空白組溶解氧僅為1.84 mg/L；結(jié)果顯示4種浮床系統(tǒng)對水體的復(fù)氧能力均明顯優(yōu)于空白組，這是因?yàn)橹参锬軌蛲ㄟ^根際向水體泌氧，能在一定程度上提高目標(biāo)水體的溶解氧水平[15]。Wang等[16]發(fā)現(xiàn)通過提高水體的溶解氧水平有助于黑臭水體的自我修復(fù)。

COD是水體黑臭的主要誘因之一[17]。由圖2（b）可見，4種填料強(qiáng)化浮床均能明顯提高對原水的COD去除效果，其最終COD去除效果排序分別為生物繩填料組（gt;99%）gt;懸浮球填料組（92.6%）gt;組合填料組（92.4%）gt;彈性填料組（83.6%），與之相對，空白組COD的去除率僅為63.5%，顯示生物繩填料具有最佳的COD去除強(qiáng)化效果。這是由于生物繩填料組具有更大的比表面積，可以負(fù)載更多COD降解相關(guān)的微生物[18]，從而使其能夠顯著提高水體的COD去除效果。

NH4+-N是黑臭水體中氮污染的主要賦存形式，其去除主要通過硝化作用[19]。在硝化過程中，DO和微生物發(fā)揮關(guān)鍵性作用。圖2（a）表明，生態(tài)浮床可以通過植物復(fù)氧提高水體中DO水平，為NH4+-N的去除創(chuàng)造條件。由圖2（c）可看出，4種填料均能提高對NH4+-N的去除能力。實(shí)驗(yàn)周期結(jié)束時(shí)（第27 d），各實(shí)驗(yàn)組的NH4+-N去除效率分別為生物繩填料組（43.85%）gt;組合填料組（43.62%）gt;懸浮球填料組（39.22%）gt;彈性填料組（37.37%）gt;空白組（35.41%），顯示出生物繩填料更好地富集了硝化作用相關(guān)微生物[20]。

TP處理能力如圖2（d）所示，27 d后的TP去除率排序?yàn)樯锢K填料組（14.03%）gt;彈性填料組（12.04%）gt;空白組（11.50%）gt;組合填料組（11.22%）gt;懸浮球填料組（5.43%），磷的去除主要是依靠沉淀作用[21]，這導(dǎo)致增強(qiáng)浮床的TP去除效果不理想。相較之下，生物繩填料可以通過對植物生長階段的控制提升系統(tǒng)整體的去除效率，顯示出較好的TP去除效果。

通過浮床填料篩選實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)，相較于其他填料（如懸浮球填料、彈性填料和組合填料），生物繩填料強(qiáng)化浮床對COD、NH4+-N、TP顯示出較優(yōu)的去除能力，其去除率分別為gt;99%、43.85%、14.03%。

2.1.2 增強(qiáng)型生態(tài)浮床系統(tǒng)對微生物多樣性的影響

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生物繩填料具有較優(yōu)的污染物去除效果。為進(jìn)一步探究生物繩的強(qiáng)化污染物去除機(jī)制，對填料表面的生物膜進(jìn)行測序分析。Alpha多樣性結(jié)果如表3所示。Chao指數(shù)和Ace指數(shù)越大，Simpson指數(shù)越小表明物種多樣性越豐富。從群落的豐富度來看，Chao指數(shù)和Ace指數(shù)反映的結(jié)果基本一致[22]。水體中微生物群落豐富度總體小于生物膜中微生物群落豐富度，其豐富度依次為水體-空白lt;彈性填料生物膜lt;組合填料生物膜lt;懸浮球填料生物膜lt;生物繩填料生物膜。從群落的多樣性來看，Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)所反映的結(jié)果表明，生物繩填料生物膜和彈性填料生物膜的多樣性較高，具有較強(qiáng)的耐沖擊性。此外，不同于Alpha多樣性，Beta多樣性是衡量個(gè)體間微生物組成相似性的一個(gè)指標(biāo)，能準(zhǔn)確反映樣本間多樣性。Beta分析利用PCoA分析法，如圖3所示，填料表面微生物呈現(xiàn)不同的群落結(jié)構(gòu)。相較于其他填料，生物繩填料表面微生物群落結(jié)構(gòu)與空白對照組相差最大。這可能是由于生物繩填料定向篩選了部分微生物。

為進(jìn)一步探究生物繩填料對微生物的篩選，比較分析了不同填料表面生物膜中微生物組成（見圖4）。結(jié)果表明，生物繩填料不僅具有較強(qiáng)的Alpha多樣性，而且能定向富集脫氮除磷相關(guān)的微生物。如生物繩填料組中Flavobacterium的相對豐富度高達(dá)14.79%，顯著高于其余組。有研究表明，該屬與好氧顆粒污泥中部分硝化-反硝化作用相關(guān)[23]，其在生物繩表面富集可能是導(dǎo)致生物繩填料強(qiáng)化浮床處理效果較好的原因之一。類似地，異養(yǎng)硝化和反硝化菌Exiguobacterium[24]在生物繩填料生物膜中高達(dá)5.82%，遠(yuǎn)高于彈性填料的0.45%；Chryseobacterium屬作為異養(yǎng)反硝化功能菌[25]，在生物繩填料生物膜中占4.86%，是其他填料和空白對照組的12倍以上。此外，生物繩填料也能富集除磷相關(guān)的菌群。如圖4所示，生物繩填料生物膜中Microbacterium相對豐富度達(dá)到2.57%，是其他組的2.7～12.8倍；而Caulobacter屬雖然下降至1.23%，但仍遠(yuǎn)高于其他組別。有研究表明[26]，Microbacterium屬微生物能促進(jìn)磷酸鹽的礦化生成鳥糞石[27]，Caulobacter與污水中磷酸鹽的去除密切相關(guān)。上述脫氮除磷功能菌的富集，很好地解釋了生物繩填料強(qiáng)化浮床脫氮除磷效果的原因。

2.2 生物繩填料工況優(yōu)化

2.2.1 生物繩填料浮床水質(zhì)參數(shù)變化及最優(yōu)工況

生物繩填料能夠富集脫氮除磷相關(guān)的功能菌群，表現(xiàn)出較好的水質(zhì)凈化效果。為促進(jìn)生物繩強(qiáng)化填料的實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)一步探究了填料的最優(yōu)工況。圖5為實(shí)驗(yàn)過程中增強(qiáng)型生態(tài)浮床不同工況下DO、COD去除率、NH4+-N去除率和TP去除率的變化。

圖5（a）表明，在不同生物繩填料添加下，水體中的溶解氧都處于持續(xù)下降的狀態(tài)，進(jìn)水溶解氧從6.41～6.67 mg/L降至第17 d的0.05～0.12 mg/L。隨后植物根系向水中復(fù)氧，水體溶解氧含量增加具體排序?yàn)樯锢K-25 m/m3（5.74 mg/L）gt;生物繩-12.5 m/m3（5.45 mg/L）gt;生物繩-50 m/m3（4.24 mg/L）gt;生物繩-75 m/m3（4.15 mg/L）gt;空白組（1.52 mg/L），表明12.5 m/m3和25 m/m3的生物繩填料對于水體有較好的復(fù)氧效果，填料過多會(huì)導(dǎo)致溶解氧含量低，其原因是過多的填料限制了植物根系的生長空間以及根系復(fù)氧。類似地，由圖5（b）可見，各浮床系統(tǒng)對COD的去除皆有較強(qiáng)的效果。直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束，12.5 m/m3和25 m/m3的生物繩填料對于COD的處理能力顯著高于其他兩種。

如圖5（c）所示，在實(shí)驗(yàn)的前6 d，各浮床對NH4+-N的去除率在15%左右。6～14 d，實(shí)驗(yàn)組中NH4+-N有了較為明顯的削減，去除率達(dá)到44.7%～48.1%。第14 d，不同含量生物繩填料的NH4+-N去除率大小排序?yàn)樯锢K-50 m/m3（48.1%）、生物繩-25 m/m3（47.2%）、生物繩-12.5 m/m3（46.2%）、生物繩-75 m/m3（44.7%）、空白組（5.85%）。

浮床對TP的去除效果時(shí)有反復(fù)，但從長期來看呈下降趨勢。如圖5（d）所示，各實(shí)驗(yàn)組的47 d TP去除率排序?yàn)樯锢K-12.5 m/m3（56.6%）gt;生物繩-25 m/m3（48.5%）gt;生物繩-50 m/m3（36.9%）gt;生物繩-75 m/m3（34.7%）gt;空白組（33.4%），顯示12.5 m/m3的生物繩填料有效強(qiáng)化生態(tài)浮床的TP去除能力。

本研究綜合水體中各污染物在47 d內(nèi)的去除情況，表明12.5 m/m3的生物繩為最佳投加量。在12.5 m/m3的投加量下，水體中COD、NH4+-N、TP的去除率分別為96.4%、38.5%和56.6%。

2.2.2 生物繩填料浮床動(dòng)力學(xué)模型

為進(jìn)一步探究生物繩強(qiáng)化浮床的污染物去除特征，選取一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型以及Monod動(dòng)力學(xué)模型分別探究NH4+-N去除動(dòng)力學(xué)和COD降解動(dòng)力學(xué)。利用這兩種模型對增強(qiáng)型生態(tài)浮床的污染物去除進(jìn)行預(yù)測。

1）NH4+-N去除動(dòng)力學(xué)模型。

在增強(qiáng)型生態(tài)浮床中，NH4+-N的降解規(guī)律與Monod動(dòng)力學(xué)不符，但是與一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合良好，利用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對生物繩填料NH4+-N降解情況進(jìn)行擬合。12.5 m/m3生物繩填料中的NH4+-N降解規(guī)律與一級(jí)動(dòng)力學(xué)的擬合相關(guān)性R2=0.884～0.888，具體擬合結(jié)果、公式及對應(yīng)相關(guān)性見圖6和表4。

2）COD降解動(dòng)力學(xué)研究。

基于生物繩填料在12.5 m/m3情況下的COD的降解規(guī)律，分為線性、二項(xiàng)式兩種一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行，具體結(jié)果如圖7（a）所示，擬合相關(guān)性R2分別高達(dá)0.93和0.95，顯示出較好的擬合結(jié)果。與之相對，以1/S為X軸，1/v為Y軸作圖，進(jìn)行Monod動(dòng)力學(xué)擬合，擬合相關(guān)性R2僅為0.72。由于Monod動(dòng)力學(xué)所描述的是生物分解占主導(dǎo)的過程，在實(shí)驗(yàn)初期，Monod動(dòng)力學(xué)的擬合程度較高（圖7（b）），因此，可以說明COD主要是由吸附和微生物分解去除共同作用。

在增強(qiáng)型生態(tài)浮床中，NH4+-N的降解規(guī)律與一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的擬合程度較高。其中，在線性、對數(shù)、二項(xiàng)式3種一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型中，對數(shù)模型在整體上與各組NH4+-N降解規(guī)律擬合度最高。從原理上來說，NH4+-N和COD降解是微生物占主導(dǎo)的過程，在理想化狀況下，增強(qiáng)型生態(tài)浮床中NH4+-N和COD的降解規(guī)律應(yīng)與Monod動(dòng)力學(xué)擬合程度較高[28]。但是在實(shí)際擬合過程中，浮床系統(tǒng)整體的NH4+-N和COD降解規(guī)律與一級(jí)動(dòng)力學(xué)的擬合程度更高[29]，表明浮床的吸附和微生物降解作用共同參與了污染物的去除。

3 結(jié)論

1）懸浮球填料、生物繩填料、彈性填料和組合填料比較篩選表明，生物繩填料具有最佳的污染物去除效率，其對COD、氨氮和總磷的去除率分別為大于99%、43.85%和14.03%。

2）高通量測序分析表明，生物繩填料表面生物膜中微生物豐富度最高、物種組成分布最均勻、微生物多樣性最高，具有較強(qiáng)的耐沖擊能力；生物繩填料能富集脫氮除磷相關(guān)功能菌群，解釋了生物繩填料強(qiáng)化浮床脫氮除磷的微生物機(jī)理。

3）生物繩填料最佳投放工況研究表明，12.5 m/m3為最優(yōu)投加量；在該工況下，經(jīng)47 d的處理，COD、氨氮和總磷的去除率分別為96.4%、38.5%和56.6%。

4）動(dòng)力學(xué)模型擬合表明，生物繩填料生態(tài)浮床中氨氮和COD的降解是吸附和微生物共同作用的結(jié)果。

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（編輯" 胡玲）

收稿日期：2023?03?17

基金項(xiàng)目：重慶市自然科學(xué)基金（CSTB2022NSCQ-BHX0038）；住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目（2020-R-027）

作者簡介：何強(qiáng)（1965- ），男，博士，教授，主要從事水污染控制研究，E-mail：hq0980@126.com。

通信作者：程鴻（通信作者），男，博士，E-mail：hong.cheng@cqu.edu.cn。

Received： 2023?03?17

Foundation items： Chongqing Natural Science Foundation （No. CSTB2022NSCQ-BHX0038）; Science and Technology Plan Project of the Ministry of Housing and Urban-Rural Development （No. 2020-R-027）

Author brief： HE Qiang （1965- ）， PhD， professor， main research interest： water pollution control， E-mail： hq0980@126.com.

corresponding author：CHENG Hong （corresponding author）， PhD， E-mail： hong.cheng@cqu.edu.cn.