2結果與討論

2.1污染物的沿程變化規律

從圖3（a）可知，沿著進水方向，單元格的COD去除能力呈現明顯遞減的變化規律。其中，1區和2區主要承擔COD去除功能，3區和4區的COD濃度有一定變化，最后兩個區域COD濃度變化不明顯。經分析，原因可能是前兩個區微生物有充足的底物營養，活躍性較高，可以優先去除易降解的有機物。后面的幾個單元格則是通過微生物作用將難降解的有機物先轉化為易降解的小分子物質，再去除一部分有機物質。從圖3（b）可以看出，整個系統對NH3-N的去除效果很好，其中反應器的前兩個區主要承擔去除NH3-N的任務。從1區到3區，NH3-N濃度有明顯的下降，反應器后面的區域NH3-N濃度也呈現下降趨勢。根據生物脫氮原理，好氧池發生硝化作用，其將銨離子（NH4+）與亞硝酸根離子（NO2-）轉換成硝酸根（NO3-），這是NH3-N濃度下降的主要原因。從圖3（c）可以看出，除了6區，ISBS生物反應器的其他5個區對TN的去除能力相當。NH3-N與TN的沿程變化規律表明，ISBS生物反應器內，在充足的氧氣條件下，亞硝化菌與硝化菌能很好地將NH3-N轉化，去除NH3-N，而ISBS生物反應器內生物膜的厭氧結構可能不夠豐富，造成反硝化能力不足，致使TN依然存在于系統中。

圖3常規污染物的沿程變化規律

2.2 DO的沿程變化規律

ISBS生物反應器DO濃度沿程變化如圖4所示。ISBS生物反應器內，DO濃度沿著水流方向呈現梯度式增加。1區和2區去除掉8月26日DO濃度數據，平均DO濃度分別為1.3 mg/L、1.9 mg/L，其余四個區域的平均DO濃度分別為3.5 mg/L、3.9 mg/L、5.3 mg/L、5.7 mg/L。污水中的有機物和氧氣分別從生物膜的兩側進入，即兩者的濃度梯度相反，這對水解水中有機物有利。ISBS生物反應器的前端有機物濃度最大，但DO濃度最小，而反應器后端則恰好相反，微生物生長的兩個影響因子得以相互協調和抑制，從而促使生物膜協調地生長在相對穩定的厚度范圍，既有利于污染成分的有效去除，又能減少生物膜脫落，從而產生更少的污泥。根據污染物的沿程變化規律，ISBS生物反應器前兩個區域DO濃度控制在1.3～3.5 mg/L，該工藝具有良好的脫氮性能與有機物去除能力。

圖4 DO沿程變化規律

2.3 pH的沿程變化規律

理論上，引起ISBS生物反應器pH變化的主要過程有反硝化、聚磷菌攝食磷、異氧微生物分解代謝過程產生CO2、好氧池曝氣將CO2帶離水體。進水pH基本保持在7～8，污水進入好氧池，pH有所升高。ISBS生物反應器的pH在8.5～9.0波動，比較穩定，相比原水，pH有所升高，這是各種反應過程協同的結果。好氧池的pH不盡相同，并不具備規律性。資料顯示，pH保持在7.0～8.0，硝酸與反硝化細菌具有最強的活性，而ISBS生物反應器幾乎所有區域pH都較高，可能會限制反硝化范圍。

2.4脫氫酶活性

如圖5所示，整個系統的微生物活性均保持在30 IU/g以上，由于中試進水濃度的不確定性，微生物活性隨進水濃度呈現一定的變化，但變化不大。經微生物相比較，ISBS生物反應器2區的微生物活性大于5區，原因可能是前端有機物濃度高于后端，即微生物活性與底物濃度成正比。5區位于ISBS生物反應器后端，后端存在許多微型動物，微型動物主要攝食細菌和污泥碎塊，后端酶活性較低。微型動物的捕食作用對污泥脫氫酶活性有一定的抑制作用。2區與5區脫氫酶活性相差不大，經分析，原因可能是底物濃度不足，微生物會消耗自身儲存的營養進行代謝，根據內源代謝特點，污泥產生量可以得到削減。

圖5不同樣品的脫氫酶活性

2.5胞外聚合物

ISBS生物反應器不同樣品的蛋白質、多糖和EPS變化如圖6所示。隨著系統的運行，ISBS生物反應器前端與后端的多糖含量都呈現上升趨勢，系統環境適合微生物生長，生物膜對污泥產生量減少有促進作用。相比5區，2區多糖含量較高，原因可能是ISBS生物反應器后端存在微型動物，微型動物捕食細菌，對細菌包裹的胞外聚合物進行拉扯、破壞和攝食。系統前端EPS含量逐漸上升，尤其是最后兩次采樣，這種現象可能與系統的再啟動有關，第4次與第5次采樣時，系統啟動運行3 d，突然的進水沖擊可能導致生物膜活性增長，微生物吸收消耗營養底物的速度加快，胞外聚合物中有機物含量增多。除了第2次采樣，后端幾次采樣EPS含量只有很小的差異，EPS總量對生物絮凝能力、沉降性能和表面負荷有重要影響，顆粒物水解能夠限制污泥減量，可也從側面反映后端微型動物捕食的污泥減量能力。

圖6不同樣品的蛋白質、多糖和EPS含量

3結論

ISBS生物反應器前兩個單元格主要用于去除大部分污染物，后面的單元格則能分解難降解的大分子物質，從而使整個系統呈現優秀的污水處理能力。DO濃度沿水流方向增加，ISBS生物反應器的6個區域平均DO濃度分別為1.3 mg/L、1.9 mg/L、3.5 mg/L、3.9 mg/L、5.3 mg/L和5.7 mg/L，當前兩個區域DO濃度控制在1.3～3.5 mg/L時，該工藝具有良好的脫氮性能與有機物去除能力。整個系統的脫氫酶活性均保持在30 IU/g以上，ISBS生物反應器前端的微生物活性大于后端，前端底物充足，微生物活躍性高。后端微型動物的攝食作用抑制微生物活性，使得后端細菌通過消耗自身儲存的營養進行代謝，依據內源代謝原理，污泥產生量得到削減。ISBS生物反應器可以為不同微生物提供穩定的生長區域，使生物膜微生物量一直保持動態平衡，微生物也更加豐富，這是強化污泥減量的重要原因。