典型有毒有机物对污水生物处理溶解性微生物产物的产生影响及作用机制

Soluble microbial products (SMP) are the main compositions of residual COD in the effluent of biological wastewater treatment plant. It has been reported that the existence of toxic substance would promote the production of SMP. However, the production mechanism is still unclear. Phenol is a typical toxic organic in the industrial wastewater. In this study,it will be used as the typical toxic substance to replace the easily biodegradable substance acetate in a steady sequencing batch reactor. The removal of phenol will increase gradually during the unsteady state period and finally reach stable in the steady state period. The characteristics of SMP will be investigated during the operation of the experiment covering unsteady and steady state period. The metabolic inhibition effect and the SMP produced by the death and hydrolysis of microbial cells will be introduced into the unified mathematical model describing the production and consumption of SMP, extracellular polymetic substances and internal storage products. The kinetic parameters of the new model will be determined by batch experiments during the whole operation period. Compared to the acetate treatment system, the changes of the electron flow percentages indicated by the variation of the corresponding parameters and coefficients, and the amount of SMP caused by dead cells, will reveal the mechanism of toxic organics on the production of SMP in the biological wastewater treatment system. The results will provide the information that guided for the reduction of SMP in the biological effluent or for the formulation of discharge standards of effluent when treating toxic industrial wastewaters by biological ways.

溶解性微生物产物（SMP）是污水生物处理系统出水残留COD的重要组成部分。本项目针对目前缺乏有毒有机物存在下生物处理系统中SMP产生机理研究的现状，以在石化废水中检出率较高的苯酚作为典型有毒有机物，研究苯酚投加至乙酸为底物的稳定运行生物处理系统初期非稳态阶段和后期稳态阶段系统中SMP的产出情况及特性变化，并将抑制作用和微生物死亡裂解对SMP的贡献纳入到已有的SMP、胞外和胞内聚合物动力学模型中，结合批式试验确定系统在整个运行过程中底物电子向SMP合成方向转移的百分比的变化以及微生物死亡对SMP产生量贡献的变化，将结果与原以易生物降解乙酸为底物的生物处理系统进行比较，从而确定有毒有机物苯酚的存在对生物处理系统中SMP产生的影响及作用机制。研究结果将为寻求降低有毒有机物存在下生物处理系统中SMP产生量的方法或制定有毒工业废水排放限值标准提供理论依据。

溶解性微生物产物（SMP）是污水生物处理系统二级出水残留COD 的重要组成部分。本项目以石化废水中检出率较高的苯酚作为典型有毒有机物，采用SBR反应器，研究了其对活性污泥代谢碳源电子流分布的影响及SMP的产生机制，并与无毒易降解碳源乙酸的代谢过程进行了对比。. SBR以乙酸为碳源运行时，稳定阶段进水COD约330-350mg/L，曝气时间为4h。前2h内COD快速降低至46.8mg/L，后2h系统中的微生物进入内源呼吸期，COD仅降低15mg/L。胞内存储物（XSTO）、胞外聚合物（EPS）和SMP在系统运行的前2h逐渐积累，2h时浓度分别为131、347.5和35.5mg/L。在2-4h的内源呼吸阶段，XSTO及EPS作为内碳源被微生物利用，曝气结束时浓度分别下降至124.5和340mg/L。SMP对系统出水残留COD的贡献较大，理论计算表明，出水中SMP折合的COD占到总出水COD的78%。. 将进水碳源更换为苯酚时，在碳源更换的初期，微生物无法利用苯酚，首先消耗内碳源进行生长，第1个运行周期初始XSTO浓度为142 mg/L，好氧结束时降低至54.6 mg/L。随着驯化时间的延长，微生物对内碳源的利用逐渐下降，第10d时，微生物可以部分降解底物，COD可由333.2 mg/L降至196.6 mg/L，但对内碳源的消耗依然较大，EPS浓度从365.9 mg/L降低至245.6 mg/L。18d后污泥被完全驯化，系统进入稳定阶段，底物苯酚可被充分降解，其代谢特点跟以乙酸为碳源时类似，此阶段胞内的存储及微生物的生长过程都相对减弱，曝气结束时出水中SMP浓度是以乙酸为底物时的2.4倍左右。. 以ASM3模型为基础，阐明了活性污泥好氧代谢过程中EPS、SMP及XSTO的形成机理，并将三者电子转移的途径与过程相耦合，建立了ASM3-SMP模型。模拟结果表明，以乙酸为碳源时，底物电子的分布百分比为：UAP占9%，EPS占37%，XSTO占19%，DO占9%，新细胞的合成占26%；以苯酚为碳源稳定运行阶段，底物电子的分布百分比为：UAP占16%，EPS占40%，XSTO占13%，DO占16%，新细胞的合成占15%。模拟结果和实际测定的吻合度较高，较好的阐述了有毒有机物对SMP的产生影响及作用机制。