本发明属于农业废水处理
技术领域：
，尤其涉及一种用于养殖废水处理的abr厌氧折流板反应装置。
背景技术：
随着规模化养猪场迅速发展，其产生的大量废水对环境的影响日益突出。废水具有排放量大、含有高浓度的cod、tn(主要以nh4+-n形式存在)和tp等特点，且常伴有消毒水、重金属、残留的兽药以及各种人畜共患病原体等污染物的特点，如果得不到有效处理，会对我国环境和农业生态生产造成直接威胁。而养猪业属于微利行业，不可能投入许多资金用于处理废水，目前，多种废水处理方法所需成本高，操作复杂，难以应用于养殖废水处理，因而养猪废水处理难度大。废水厌氧处理具有低污泥产量、低运行成本以及低能耗等特点，被公认是最经济的废水处理方式，广泛应用于高浓度有机废水的处理。abr作为一种新型高效厌氧反应器，相对于uasb、ic厌氧处理工艺具有结构简单、投资少、有效截留微生物、合理分布的微生物种群特征、抗冲击负荷强、优质的处理效果以及适合处理水质变化较大废水等一系列优点，且abr反应器具有较好的水力特性，流态接近理想推流态，且与其他厌氧反应器相比，具有较低的死区百分率。随着abr对难降解或有毒废水表现出良好的处理性能，人们对其越来越关注。对abr内部作用机理与颗粒污泥的研究也逐渐增多。近年来，诸多学者对abr处理复杂废水开展了研究，abr处理复杂废水的种类很多，包括糖蜜废水、面包酵母生产废水、印染废水、制药废水、山梨酸废水、草甘膦废水、制革废水、pta废水等，且cod去除率均在75％以上，但氨氮去除率不高。而养殖废水中氨氮浓度很高，且成分复杂，因而目前利用abr处理成份复杂的猪场养殖废水报道较少，且仅限于实验探索阶段。目前的实验探索表明，影响反应器中厌氧氨氧化作用的因素较复杂，例如ph值、有机物浓度及高浓度氨氮和亚硝酸盐氮以及有毒有害物质等，微生物作用规律与特征不明确，从而导致废水处理效果欠佳，运行不稳定等问题。因此，函待研发出一种高效、环保、经济的abr处理高氨氮负荷养殖废水的方法。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种运行稳定且运行时间长、能处理高氨氮和cod养殖废水且处理效果好的用于养殖废水处理的abr厌氧折流板反应装置。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种用于养殖废水处理的abr厌氧折流板反应装置，包括依次通过水管连通的进水桶、蠕动泵、abr厌氧折流板反应器和出水桶，所述abr厌氧折流板反应器中设置有五个分隔板，五个分隔板间隔布置并将abr厌氧折流板反应器分割成六个上部相互连通的隔室，六个隔室的体积沿水流方向依次递减；每个隔室中设置有一个导流板，所述导流板将隔室分割成两个底部相互连通的上流分室和下流分室，所述下流分室的体积为上流分室体积的三分之一。上述的用于养殖废水处理的abr厌氧折流板反应装置，优选的，每个隔室的上端均设有排气孔，每个排气孔均通过管道与出水桶相连。上述的用于养殖废水处理的abr厌氧折流板反应装置，优选的，每个隔室的下端部均设有取泥孔，每个取泥孔套设有胶管。上述的用于养殖废水处理的abr厌氧折流板反应装置，优选的，沿水流方向的各个隔室中，第一个隔室中的微生物组分及其百分含量为：变形菌门10％～20％、绿弯菌门35％～40％、拟杆菌门2％～6％、酸杆菌门2％～6％、放线菌门3％～8％、厚壁菌门6％～10％、伊格氏杆菌门5％～8％、糖菌门0.5％～1.5％、绿菌门0.5％～1.5％、芽单胞菌门0.5％～1.5％和浮霉菌门5％～10％；第二个隔室中的微生物组分及其百分含量为：变形菌门15％～20％、绿弯菌门35％～40％、拟杆菌门2％～6％、酸杆菌门4％～8％、放线菌门12％～18％、厚壁菌门6％～10％、伊格氏杆菌门2％～4％、糖菌门0.5％～1％、绿菌门0.4％～0.8％、芽单胞菌门0.5％～1.5％、浮霉菌门1.5％～3.5％；第三个隔室中的微生物组分及其百分含量为：变形菌门30％～40％、绿弯菌门15％～25％、拟杆菌门4％～8％、酸杆菌门10％～20％、放线菌门5％～15％、、厚壁菌门1％～2％、伊格氏杆菌门3％～4％、糖菌门0.5％～1.5％、绿菌门0.4％～0.8％、芽单胞菌门1.0％～1.5％、浮霉菌门0.04％～0.08％；第四个隔室中的微生物组分及其百分含量为：变形菌门20％～30％、绿弯菌门35％～45％、拟杆菌门4％～8％、酸杆菌门8％～12％、放线菌门3％～7％、厚壁菌门1％～2％、伊格氏杆菌门3％～4％、糖菌门0.5％～1.5％、绿菌门0.5％～0.9％、芽单胞菌门0.5％～0.9％、浮霉菌门0.08％～0.1％；第五个隔室中的微生物组分及其百分含量为：变形菌门25％～30％、绿弯菌门20％～25％、拟杆菌门5％～10％、酸杆菌门3％～7％、放线菌门8％～12％、厚壁菌门8％～12％、伊格氏杆菌门2％～6％、糖菌门0.5％～1.5％、绿菌门0.5％～0.9％、芽单胞菌门0.3％～0.7％、浮霉菌门0.3％～0.4％；第六个隔室中的微生物组分及其百分含量为：变形菌门35％～40％、绿弯菌门10％～20％、拟杆菌门6％～10％、酸杆菌门5％～15％、放线菌门8％～12％、厚壁菌门2.5％～3.5％、伊格氏杆菌门3％～7％、糖菌门1％～2％、绿菌门0.5％～1％、芽单胞菌门0.3％～0.9％、浮霉菌门0.2％～0.3％。与现有技术相比，本发明的优点在于：通过对abr厌氧折流板反应装置的结构进行优化，即采用六隔室且六个隔室的体积沿水流方向依次递减的结构，并且采用特定的方法对活性污泥进行驯化，可以将各隔室中的反硝化菌和厌氧氨氧化菌培养至二者比较协调的水平，通常认为，反硝化菌对厌氧氨氧化菌的生长具有抑制作用，但申请人通过实践发现，将本发明的abr厌氧折流板反应装置用于复杂的养殖废水处理，反硝化菌和厌氧氨氧化菌出乎意料的协调较好，对高氨氮和高cod去除率均比较高、且能维持长时间运行。因此，本发明abr厌氧折流板反应器适用于高氨氮的猪场养殖废水进行净化处理，采用该装置能够在不同隔室形成不同形态不同功能的微生物相，并且能定向培养特定的优势菌种，反应器启动较快，在高氨氮高cod浓度条件下能保证较高的去除率，出水效果受冲击负荷、温度等因素影响小，且能够长期对养殖废水进行处理，出水效果稳定。附图说明图1为本发明的abr厌氧折流板反应装置的结构示意图。图2为缩短水力停留时间期间的氨氮变化趋势图。图3为缩短水力停留时间期间的亚硝酸盐氮变化趋势图。图4为缩短水力停留时间期间的硝酸盐氮变化趋势图。图5为缩短水力停留时间期间的ph变化趋势图。图6为缩短水力停留时间期间的cod变化趋势图。图7为缩短水力停留时间期间的本发明的abr厌氧折流板反应装置中六个隔室活性污泥的sem图。图8为水力停留时间期间48h时六个隔室的fish结果图。图9为水力停留时间期间25h时六个隔室的fish结果图。图10为采用本发明的abr厌氧折流板反应装置处理养猪废水驯化阶段的nh4+-n去除效果。图11为采用本发明的abr厌氧折流板反应装置处理养猪废水驯化阶段的cod去除效果。具体实施方式以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。实施例1：本实施例的用于养殖废水处理的abr厌氧折流板反应装置，包括依次通过水管连通的进水桶4、蠕动泵5、abr厌氧折流板反应器1和出水桶6。其中，abr厌氧折流板反应器1中设置有五个分隔板2，五个分隔板2间隔布置并将abr厌氧折流板反应器1分割成六个上部相互连通的隔室，六个隔室的体积沿水流方向依次递减；每个隔室中设置有一个导流板3，导流板3将隔室分割成两个底部相互连通的上流分室和下流分室，下流分室的体积为上流分室体积的三分之一。导流板3的下端设置了45°的倾角，起到了缓冲水流和均匀布水的作用。每个隔室的上端均设有排气孔11，每个排气孔11均通过管道与出水桶6相连。每个隔室的下端部均设有取泥孔12，每个取泥孔12套设有胶管。所述的厌氧折流板反应器是由长、宽、高分别为564mm、130mm和450mm的有机玻璃材料制成，反应器的外壁厚5mm，内设折流板厚度为3mm，有效容积为25.28l。第一隔室的长度为119mm，第二隔室的长度为109mm，第三隔室的长度为99mm，第四隔室的长度为89mm，第五隔室的长度为79mm，第六隔室的长度为69mm。在进行废水处理时，通过恒流蠕动泵注入abr，通过控制进水流量来控制水力停留时间(hrt)。反应器整体密封并用深色布遮盖以避光，在室温(25℃～30℃)条件下运行。沿水流方向的各个隔室中，第一个隔室中的微生物组分及其百分含量为：变形菌门16.96％、绿弯菌门37.83％、拟杆菌门4.49％、酸杆菌门4.24％、放线菌门5.50％、厚壁菌门8.23％、伊格氏杆菌门6.90％、糖菌门0.82％、绿菌门1.03％、芽单胞菌门1.11％、浮霉菌门9.31％；第二个隔室中的微生物组分及其百分含量为：变形菌门17.22％、绿弯菌门38.35％、拟杆菌门4.17％、酸杆菌门6.01％、放线菌门15.48％、厚壁菌门8.16％、伊格氏杆菌门3.24％、糖菌门0.71％、绿菌门0.57％、芽单胞菌门1.13％、浮霉菌门2.35％；第三个隔室中的微生物组分及其百分含量为：变形菌门35.46％、绿弯菌门21.80％、拟杆菌门5.72％、酸杆菌门14.26％、放线菌门10.85％、厚壁菌门1.34％、伊格氏杆菌门3.50％、糖菌门1.17％、绿菌门0.55％、芽单胞菌门1.20％、浮霉菌门0.06％；第四个隔室中的微生物组分及其百分含量为：变形菌门25.06％、绿弯菌门40.31％、拟杆菌门6.13％、酸杆菌门10.85％、放线菌门5.13％、厚壁菌门1.50％、伊格氏杆菌门3.70％、糖菌门0.95％、绿菌门0.77％、芽单胞菌门0.67％、浮霉菌门0.09％；第五个隔室中的微生物组分及其百分含量为：变形菌门27.22％、绿弯菌门23.66％、拟杆菌门9.61％、酸杆菌门5.26％、放线菌门10.57％、厚壁菌门10.85％、伊格氏杆菌门3.97％、糖菌门1.01％、绿菌门0.69％、芽单胞菌门0.44％、浮霉菌门0.35％；第六个隔室中的微生物组分及其百分含量为：变形菌门38.79％、绿弯菌门14.67％、拟杆菌门8.20％、酸杆菌门9.40％、放线菌门9.97％、厚壁菌门3.03％、伊格氏杆菌门5.12％、糖菌门1.55％、绿菌门0.74％、芽单胞菌门0.64％、浮霉菌门0.25％。上述各个隔室的微生物分布情况是通过以下方法得到的：s1：abr厌氧折流板反应器启动阶段s1.1：采集污泥从污水处理厂(龙岩市龙津净水有限责任公司)采集活性污泥，污泥来自龙岩市龙津净水有限责任公司污水处理厂的活性污泥(未经过驯化污泥)，其主要细菌类群门水平分布情况如下：变形菌门(proteobacteria)48.13％、绿弯菌门(chloroflexi)5.26％、拟杆菌门(bacteroidetes)13.97％、酸杆菌门(acidobacteria)13.74％、放线菌门(actinobacteria)5.72％、厚壁菌门(firmicutes)0.35％、伊格氏杆菌门(ignavibacteriae)0.42％、糖菌门(saccharibacteria)6.71％、绿菌门(chlorobi)1.28％、芽单胞菌门(gemmatimonadetes)1.03％、浮霉菌门(planctomycetes)0.01％。s1.2：合成废水合成废水中各成分及浓度为：nh4+-n26mg/l、no2--n26mg/l、nahco31250mg/l、mgso4·7h2o300mg/l、无水cacl2136mg/l、kh2po425.5mg/l、fe-edta溶液1ml/l、微量元素溶液1ml/l。其中，fe-edta溶液组成如下(mg·l-1)：edta：5000；feso4·7h2o5000；微量元素溶液组成如下(mg·l-1)：znso4·7h2o：430；cocl2·6h2o：240；mncl2·4h2o：990；hbo3：314；cuso4·5h2o：250；nicl2·6h2o：190。s1.3：启动abr厌氧折流板反应器首先将上述活性污泥装填入厌氧折流板反应器，装填量约占反应器总容积的60％，再通入ph为8.3的合成废水，25℃～30℃条件下培养，控制水力停留时间为48h(调节恒流蠕动泵的流速为8.8ml·min-1)，检测每天进出水的nh4+-n、no2--n、cod、ph，当测得上述常规水质数据稳定时，厌氧氨氧化启动完成，该阶段维持53天。s2：提高nh4+-n浓度abr厌氧折流板反应器启动完成后，采用阶段提高nh4+-n浓度的方法对活性污泥中的菌的初步调整，具体为：以与步骤s1成分及配比相同的合成废水为第一个阶段的培养基，各阶段中合成废水中的nh4+-n和no2--n的浓度依次递增，其他成分的浓度不变，将各个阶段的合成废水调节至7.7～8.2之间后按顺序导入厌氧折流板反应器中，反应器在25℃～30℃条件下运行，控制水力停留时间为48h，检测每个阶段处理后的水的nh4+-n、no2--n、cod和ph，至数据稳定时，开始下一个阶段的培养；至合成废水中的nh4+-n浓度为148mg/l、no2--n的浓度为/52mg/l，该阶段维持86天，总氮负荷提高了10倍，从最初的0.014kg·(m3·d)-1提高到0.150kg·(m3·d)-1，反应器内的活性提高，完成对活性污泥中的菌的初步调整；该步骤中逐步提高nh4+-n浓度的各阶段数据如表1：表1s3：缩短水力停留时间s2步骤后，采用阶段缩短水力停留时间的方法对活性污泥中的菌进一步调整，具体为：将与步骤s2最后一个阶段成分及配比相同的合成废水为培养基导入厌氧折流板反应器中，控制第一个阶段的水力停留时间为48h，各阶段的水力停留时间依次递减，反应器在25℃～30℃条件下运行。检测每个阶段处理后的水的nh4+-n、no2--n、cod和ph，至数据稳定时，开始下一个阶段的培养；即当缩短hrt后abr运行稳定时再开始下一次hrt的缩短。至水力停留时间为25h，反应器nh4+-n去除率不再提高，tn容积负荷从0.150kg·(m3·d)-1提升至0.289kg·(m3·d)-1，停止缩短hrt，该步骤维持93天，相应地反应器各个隔室的优势菌相也分离完成，完成对活性污泥中的菌的进一步调整。该步骤中逐步缩短水力停留时间的各阶段数据如表2：表2反应器缩短hrt的时间(d)1-1516-2223-3637-5354-9293-131缩短的hrt(h)484540342825对应的tn容积负荷(kg·(m3·d)-1)0.1500.1600.1800.2120.2570.289恒流蠕动泵流速(ml·min-1)8.89.3610.5312.415.0516.853.1高氨氮负荷下缩短hrt对反应器脱氮效能的影响3.1.1缩短hrt期间，氨氮变化如图2所示：当hrt从48h缩短为45h时，起始nh4+-n去除率略有下降，但很快便恢复到原来的100％；而hrt缩短到28h时，nh4+-n去除率开始呈现不稳定的迹象，但整体还是保持在80％以上，有着较好的脱氮效能；当hrt为25h时，nh4+-n去除率一开始略有下降，而后又慢慢上升趋于平稳。这表明：此反应器具有较宽的hrt范围，在28h～48h均表现出较为稳定的脱氮性能，能够较好地适应高氮负荷。据报道，氨氮的值主要受到两个方面的影响：一方面是微生物的氨化作用产生氨氮；另一方面，氨氮又被厌氧氨氧化菌利用而减少。在缩短hrt前期(hrt34h～48h)，反应器内的氨化作用与厌氧氨氧化菌相互制约，每次缩短hrt之后，反应器内的厌氧氨氧化菌会受到一定的冲击，一时无法适应刚提高的tn负荷，导致氨化作用增强，氨氮值上升，但反应器中的厌氧氨氧化菌又能很快地适应反应器中不断提高的tn负荷，所以又能很快恢复较高的脱氮效能；缩短hrt后期(hrt25h～28h)，nh4+-n去除率下降的原因则在于反应器中的厌氧氨氧化菌无法较好地适应反应器不断提高的tn负荷，使得nh4+-n去除率下降并呈现出不稳定的状态。3.1.2缩短hrt期间，亚硝酸盐氮变化如图3所示：在缩短hrt期间，no2--n去除率基本维持在100％的水平，但在hrt为25h～28h期间，no2--n去除率有几次明显下降，而后迅速恢复。no3--n是厌氧氨氧化反应的产物之一，no3--n生成量如图3所示：不同的hrt条件下，进水口的no3--n含量总是低于出水口的，且整体趋于平稳。反应器中nh4+-n和no2--n的降解量与no3--n的生成量的平均比值为1∶1.44∶0.26，这与厌氧氨氧化反应的理论比例1∶1.32∶0.26比较接近，其中氨氮与亚硝酸盐氮计量比与理论值有所偏差，这可能是因为反应器进水中的溶解氧影响了氨氮去除率。不同的厌氧氨氧化反应器所得出的氨氮和亚硝酸盐氮计量比会由于进水基质、操作条件和反应器构型等因素在0.5～4之间波动。本研究中氨氮与亚硝酸盐氮计量比属于正常波动范围，因此推断反应器中厌氧氨氧化反应较为稳定，这说明缩短hrt对反应器耐受氮负荷冲击力有一定的促进作用，有利于厌氧氨氧化反应发挥脱氮作用。3.1.3缩短hrt期间，ph值变化如图5所示：出水ph值几乎总是高于进水ph值，且进出水的ph值都在最佳范围7.7～8.2之间摆动。有研究表明，abr中存在着酸化作用，每次缩短hrt都会使得反应器中酸化作用增强，但反应器中的厌氧氨氧化菌不断富集的过程亦能抑制酸化作用，由此可推断反应器里的环境碱度稳定，厌氧氨氧化菌长势良好，反应器运行稳定。3.1.4缩短hrt期间，cod变化趋势如图6所示：cod去除率大多稳定在80％～90％之间，最高达97.46％，缩短hrt的各个阶段对应的cod平均去除率依次分别为86.15％、89.73％、88.72％、86.09％、84.72％、83.96％，即cod去除率随hrt不断缩短，略呈下降趋势。有研究表明，在不同的hrt下，cod去除率和hrt成正相关关系，即hrt越短，cod去除率越低，反之越高，这与本研究结果一致。这说明缩短hrt引起的水力冲击和tn负荷的提高，反应器具有良好的适应性，且运行较稳定。综上所述，在缩短hrt期间，abr脱氮性能良好，每次缩短hrt之后abr的脱氮效能都能快速恢复到较高水平，耐高氮负荷能力较强，且反应器内运行的环境稳定，一定程度上有利于厌氧氨氧化菌的富集。3.2活性污泥理化与形态学特征3.2.1活性污泥的svi、mlss和mlvss的测定结果反应器hrt缩短至25h后，分别对6个隔室取样，测定了活性污泥的svi、mlss、mlvss三项指标。活性污泥指数(svi)的测定活性污泥指数svi是判断活性污泥沉降性能的指标，取10ml量筒，分别加入6个隔室的污泥样品至标线，静置5min和30min，分别记录泥层刻度体积，其与污泥混合液体积之比即为svi5和svi30。mlss和mlvss的测定活性污泥混合液悬浮固体浓度(mixedliquidsuspandedsolid，mlss)是衡量反应器中活性污泥数量多少的指标，活性污泥混合液挥发性悬浮固体浓度(mixedliquidvolatilesuspandedsolid，mlvss)只包括微生物菌体、微生物自生氧化产物、吸附在污泥絮体上不能被微生物所降解的有机物，不包括无机物。所以mlvss能比较确切地反映反应器中微生物的数量。①取干净的坩埚适量，在105℃的烘箱中烘干到恒重，记为m1；②在6个隔室分别取相同体积的活性污泥于适当的量筒中，将量筒中的污泥倒入①中坩埚；③将装有污泥的坩埚放入105℃的烘箱中烘干到恒重，记下重量为m2；④将③中坩埚放入冷的马弗炉中，在600℃条件下灼烧6个小时，取出称量，记下重量为m3；⑤计算：(v表示②中取的活性污泥体积)，单位：mg·l-1；(v表示②中取的活性污泥体积)，单位：mg·l-1。测定结果如表3所示：6个隔室svi5与svi30的比值在0.6～0.9之间，沉降性能良好；反应器缩短hrt期间，六个隔室中，第一隔室和第三隔室的mlvss属于较高的水平；mlvss与mlss的比值整体上在0.2～0.3波动，其中第一隔室相对于其它隔室最高。这说明缩短hrt之后，水流速增大引起的冲刷力变强，导致污泥颗粒稀疏。表3svi、mlss和mlvss隔室5min30minsvi30/svi5mlss(mg·l-1)mlvss(mg·l-1)mlvss/mlss10.770.670.8755320165200.3020.40.280.701442032700.2330.570.420.7474290185000.2540.180.120.672315056800.2550.290.180.621086023600.2260.540.420.78685016700.243.2.2活性污泥形态观察结果①分别取1～6隔室的少量活性污泥,用磷酸缓冲液冲洗，离心后弃去上清液，重复2次；②将①中的样品放入浓度为2.5％的戊二醛固定液中，置于4℃冰箱固定24h；③固定结束后离心，弃去上清液，取等温的磷酸缓冲液加入样品中冲洗3次，每次10min；④冲洗结束后，进行脱水处理，将冲洗过的样品依次用浓度为50％、70％、80％、90％、95％、100％的乙醇溶液进行冲洗，每次15min，顺序不可逆转；⑤将脱水后的样品用无水乙醇清洗2次。第2次清洗时，加入无水乙醇后混匀，用干净的枪头吸取微量的样品点在干净无褶皱的锡箔纸上并标记好，再把锡箔纸上的样品放入真空干燥箱中(50℃)干燥24h以上；⑥干燥完成后用日立离子溅射仪进行喷金处理；⑦采用日立电子扫描显微镜(型号s-3400n)进行扫描观察并拍照。缩短hrt期间，扫描电镜(sem)(放大倍数为4×104倍)观察反应器中各个隔室活性污泥形态的变化，结果如图7所示：前四个隔室均可观察到明显的球状微生物，据报道，厌氧氨氧化菌细胞呈球状或不规则锯齿状，因此球状微生物代表厌氧氨氧化菌，而第五和第六隔室有趋于球状的颗粒存在，这说明前段隔室的厌氧氨氧化菌的生长状况优于后段隔室；每个隔室的污泥均呈现松散状且凹凸不平，有研究认为，凹凸不平的污泥表征有利于污泥与基质充分接触，从而达到吸附和降解的目的；每个隔室的污泥间均可观察到孔隙，这有利于菌体将产生的气体排出。这些表征说明：随着反应器hrt的不断缩短，反应器内的厌氧氨氧化菌生长状况良好，且反应器前段隔室厌氧氨氧化菌的富集情况优于后段隔室。3.3活性污泥生物学特征检测3.3.1荧光原位杂交(fish)观察结果荧光原位杂交(fluorescenceinsituhybridization，fish)的原理是根据已知微生物在不同种群特异性的dna或者rna分子序列，利用荧光标记的特异寡核苷酸片段为探针，根据碱基互补原则与待测微生物基因组中的dna分子杂交，在特定激光下发出荧光后利用荧光显微镜观察而获得的荧光图像。本实验所用的探针为amx820和eub338，其具体信息如表4所示。表4fish所用探针信息探针荧光染料核苷酸序列(5'-3')目标菌颜色amx820fitcaaaacccctctacttagtgcccanammox菌红色eub338cy3gctgcctcccgtaggagt真细菌绿色①取洁净的载玻片于1％的hcl溶液中浸泡24h，自来水冲洗后再用蒸馏水多次冲洗，最后用95％乙醇溶液脱水置于烘箱中，160℃下烘烤4h得干净的载玻片，再将干净的载玻片于加热至60℃的明胶溶液中蘸取数下，使之完全包被，室温下晾干。②分别取1～6隔室少量厌氧活性污泥，水浴超声震荡10min后，在1000rpm下离心2min，取1ml上清液于1.5ml离心管中，10000rpm离心5min，弃去700μl上清液，加入900μl4％多聚甲醛溶液，涡旋30s混匀后于4℃静置2h；③固定结束后，10000rpm下离心5min，弃去上清液1ml，再加入1ml1×pbs缓冲液，10000rpm下离心5min后，再弃去上清液1ml，加入500μl1×pbs缓冲液和500μl99.5％的乙醇溶液，-20℃下保存；④吸取5μl③中的样品，涂于明胶包被的载玻片上，在46℃下放置10min晾干，依次在50％、80％、99.5％的乙醇中各浸渍3min，取出后室温下晾干；⑤取45μl杂交缓冲液和5μl探针(10μm)轻轻混合，吸取5μl混合液滴加到载玻片上的样品，水平放置于预热好的杂交湿盒中，同时在杂交湿盒中放入用750μl杂交缓冲液润湿的吸水纸，暗处下46℃杂交3h；⑥杂交结束后，先将载玻片放入预热好的50mleub338杂交清洗液中清洗20min，再取出载玻片放入预热好的50mlamx820杂交清洗液中清洗20min，取出载玻片后，用4℃无菌水清洗，室温下暗处晾干；⑦晾干后，在样品上滴加防荧光淬灭剂，盖上盖玻片，放入玻片盒中避光，置于4℃下待观察；⑧最后用倒置荧光显微镜(型号olympus1×51)镜检并拍照。hrt缩短前后，即反应器hrt为48h和25h时，分别对6个隔室取样进行荧光原位杂交观察总菌和厌氧氨氧化菌的富集情况。hrt48h时，fish结果如图8所示：各个隔室均可观察到厌氧氨氧化菌和总菌的存在，且第一隔室厌氧氨氧化菌最为明显，第三隔室次之，第四隔室、第五隔室和第六隔室偏少，这三个隔室总菌分布情况与厌氧氨氧化菌差不多，厌氧氨氧化菌数量最少的是第二隔室。此阶段，虽然六个隔室都能观察到厌氧氨氧化菌和总菌存在，但数量较少。hrt25h时，fish结果如图9所示：随着氨氮负荷不断提高，各个隔室的厌氧氨氧化菌在总菌中的相对数量发生了明显变化，第一隔室、第二隔室、第四隔室和第六隔室的厌氧氨氧化菌增长最为明显，第三隔室较差，第五隔室最不明显。有研究指出：在厌氧氨氧化环境中，不只有厌氧氨氧化菌的存在，可能还有杂菌的存在，而少量杂菌与厌氧氨氧化菌共存在一定程度上有利于维持反应器的稳定。总体来说，随着hrt的缩短，氮负荷提高，反应器中厌氧氨氧化菌在总菌中所占的比例明显增加，已经逐渐形成了优势菌群。注：图片分别对应两种探针，每个隔室fish图片左边探针为amx820，激发的红光代表厌氧氨氧化菌；右边探针为eub338，激发的绿光代表总菌。3.3.2胞外聚合物(eps)的测定结果研究表明，反应器能否稳定且高效运行的条件之一在于活性污泥具有良好的沉降性能,微生物的胞外聚合物(eps)则是形成颗粒污泥的主要条件。eps是指微生物在特定环境条件下产生的一些高分子聚合物，其成分十分复杂，主要是蛋白质和多糖，它能在细胞外形成保护层，以抵抗外界环境的压力，亦能作储备碳源和能源之用。蛋白质的疏水氨基酸在活性污泥的疏水性和抗毒性冲击中起着重要的作用,此外，多糖含有大量的亲水基团，能保护污泥避免上浮并阻止气泡的相互粘附。而随着总蛋白和总多糖比值(pn/ps)的升高，污泥的沉降性能就会变差。①取1～6隔室的厌氧活性污泥15ml，3200rpm离心30min，离心结束后保留上清液，用做游离的eps测定；②将沉淀用5ml的生理盐水(0.9％的nacl溶液)重新悬浮，在沸水中处理1h后，3200rpm离心30min，离心结束后上清液保留用做结合的eps的测定；③测定溶解性和结合性eps中的碳水化合物(多糖)和蛋白质含量；④多糖测定采用“蒽酮—硫酸法”，以标准葡萄糖溶液(0.1mg·l-1)作为参比来测定活性污泥eps中结合多糖和游离多糖的含量，单位为mg·(g·vss)-1；⑤蛋白测定采用lowry法，以蛋白浓度试剂盒中标准蛋白浓度作为参比来测定活性污泥eps中结合蛋白质和游离蛋白质的含量，单位为mg·(g·vss)-1。缩短hrt前后eps的测定结果如表5所示：hrt48h时，各个隔室总蛋白和总多糖的含量平均为147.5mg·(g-vss)-1和7.7mg·(g-vss)-1，缩短hrt至25h时，各个隔室总蛋白和总多糖的含量平均为49.5mg·(g-vss)-1和8.1mg·(g-vss)-1，可见缩短hrt后，活性污泥的eps有所下降。有研究表明，溶解氧是影响微生物形成eps的原因之一，溶解氧越少，eps的含量也会越少，因此，eps下降可判断反应器内的厌氧条件稳定，厌氧氨氧化反应趋于稳定。缩短hrt后，各个隔室pn/ps的比值较缩短hrt前都有所下降，从平均16.09下降到平均6.04，这是由于随着hrt缩短，反应器内的厌氧氨氧化反应已经趋于稳定，各个隔室pn/ps的比值稳定在6左右。据报道，具有良好沉降性能的污泥pn/ps的比值范围为2～6，这表明abr中活性污泥的沉降性能良好。综上所述，缩短hrt阶段，随着氮负荷提高，总蛋白含量下降，总多糖的含量升高，pn/ps下降，反应器内污泥的沉降性能提高，促进了厌氧氨氧化菌的富集，厌氧氨氧化反应运行稳定且高效。表5缩短hrt前后abr各个隔室胞外聚合物(eps)含量单位：mg·(g-vss)-1注：fpn为游离蛋白，cpn为结合蛋白，pn为总蛋白；fps为游离多糖，cps为结合多糖，ps为总多糖。3.3.3比厌氧氨氧化活性(saa)的测定结果①取6个110ml的干净血清瓶，分别量取80ml的模拟废水(浓度为70mg·l-1)倒入并编号，用0.1mol·l-1的hcl调节ph至7.5；②各取1～6隔室的厌氧活性污泥10ml，分别倒入上述编号对应的血清瓶中；③在血清瓶中的液面下充氩气10min左右驱除氧气，之后迅速用压盖器压盖密封；④将密封好的血清瓶放入180rpm，35±1℃的摇床中避光培养；⑤采用医用注射器进行阶段性取样，测定nh4+-n、no2--n的含量；⑥实验结束后采集血清瓶中剩余的培养液进行ph的测定，检测其是否在最佳范围内(7.5～7.8)；⑦测定血清瓶中剩余污泥的vss；⑧计算单位时间内血清瓶中每vss的活性污泥对nh4+-n和no2--n的降解斜率之和，就是各个隔室的比厌氧氨氧化活性，单位为mg-tn·(g-vss·h)-1。比厌氧氨氧化活性(saa)是反映abr中活性污泥的厌氧氨氧化菌脱氮性能的重要指标之一，可用来表示混合菌群中厌氧氨氧化菌的活性。反应器缩短hrt至25h后saa的测定结果如表6所示：第一和第二隔室的厌氧氨氧化菌saa最高，第四和第六隔室次之。这表明前段隔室(第1、2隔室)的厌氧氨氧菌富集情况较好，其活性相对较高；后段隔室(第3、4、5、6隔室)的厌氧氨氧化菌富集较慢，其活性相对较低。这说明随着hrt的逐步缩短，abr反应器内前段隔室厌氧氨氧化菌的活性高于后段隔室。表6saa测定结果3.3.4细胞色素c的测定结果①分别取1～6隔室的厌氧活性污泥5ml，在3000rpm、4℃条件下离心5min，弃去上清液，沉淀用磷酸钠缓冲液冲洗两次，再用10ml同样的缓冲液重新悬浮，在600w、4℃的条件下超声处理30min，然后在3000rpm、4℃条件下离心15min，取上清液用作细胞色素c的测定；②每个隔室的样品分别取4ml的上清液分别置于两支洁净的试管中，各加入0.1ml的吡啶涡旋混匀后，再加入0.1ml1m的naoh溶液涡旋混匀；③用一个小勺子舀少量的连二亚硫酸钠晶体和0.01ml的蒸馏水于6个隔室的试管中混合，还原血色素；加0.01ml3m铁氰化钾溶液于剩下的6个隔室的试管中混合，氧化血色素；④取处理过的样品200μl于96孔板中，在500nm～600nm的波长下做基线扫描；⑤计算在557nm下的波峰和541nm下的波谷的差值，消化系数为20.7，利用公式hemec(mmol·l-1)＝(abs557-abs541)/20.7，计算出细胞色素c的含量，单位为μmol·(g·vss)-1。细胞色素c是一种铁卟啉化合物，厌氧氨氧化菌富含细胞色素c，其特征性红色来源于细胞色素c。因此可以通过测定细胞色素c的含量来判定反应器内厌氧氨氧化菌群的相对含量。hrt缩短至25h细胞色素c含量的测定结果如表7所示：随着反应器hrt的缩短，从第一隔室至第六隔室细胞色素c的含量逐渐递减，呈现前面隔室细胞色素c的含量高于后面隔室的规律。有研究表明，普通负荷下的反应器中的细胞色素c含量范围在1.00～2.00μmol·(g·vss)-1，表6中第一隔室的细胞色素c含量略高于此范围，中段隔室(第2、3、4隔室)的细胞色素c含量都在此范围内，而后段隔室(第5、6隔室)则接近此范围。由此可判断各个隔室都有厌氧氨氧化菌存在，且第一隔室的含量最多，第六隔室最少。刘丹研究膜分离生物反应器中测得的细胞色素c含量为2.8μmol·(g·vss)-1；丁爽研究的以3种不同接种物启动后的厌氧氨氧化反应器中所测得的细胞色素c含量分别为0.81±0.04μmol·(g·vss)-1、1.78±0.05μmol·(g·vss)-1、0.87±0.03μmol·(g·vss)-1。说明不同的生物反应器，细胞色素c含量有所不同，这可能与不同反应器构型、接种污泥差异及其污泥驯化程度有关。表7细胞色素c含量单位：μmol·(g·vss)-1隔室123456含量2.11.91.61.20.80.583.3.5联氨脱氢酶活性的测定结果①分别取1～6隔室的厌氧活性污泥5ml，在5000rpm、4℃下离心30min，弃上清液，称量沉淀的重量并记下，沉淀用磷酸钠缓冲液冲洗2次，弃上清后再用20ml相同的磷酸钠缓冲液重新悬浮，在4℃、225w下超声处理30min破碎细胞，然后在4℃、13000rpm下离心30min去除细胞碎片，上清液储存在4℃冰箱用做联氨脱氢酶活性的测定；②取6个深棕色液相色谱瓶，分别加入0.2ml的上清液、0.5ml的磷酸钾缓冲液、0.25ml浓度为200μm的细胞色素c、0.25ml浓度为100μm的联氨溶液；③充氩气以驱除氧气，在35℃条件下反应20min。用蒸馏水做空白对照，测定550nm下细胞色素c的含量，酶活性以单位时间内每毫克蛋白细胞色素c的增加量来衡量，单位：μmol·(g-protein·min)-1。联氨脱氢酶是参与厌氧氨氧化反应中的一个极为重要的酶，在厌氧氨氧化菌中存在着两种主要的代谢途径，即氮代谢和碳代谢，联氨脱氢酶是在氮代谢途径中传递联氨脱氢产生的电子,因此，通过测定联氨脱氢酶的活性来判定反应器内厌氧氨氧化反应的强弱。hrt缩短至25h联氨脱氢酶活性测定结果如表8所示：第一隔室联氨脱氢酶活性最高、往后依次递减，第六隔室最小，且前面四个隔室的酶活性比后两个隔室高了一倍左右。前段隔室和后段隔室相比，前段隔室的联氨脱氢酶活性明显较高，后段隔室较低，由此可判定反应器内前段隔室厌氧氨氧化反应强度优于后段隔室。不同的反应器类型和反应条件，联氨脱氢酶活性存在差异，xinyin等人研究的三相电极生物反应器中r2所测得的联氨脱氢酶活性峰值为1.12μmol·(mg-protein·min)-1，而本研究中各个隔室联氨脱氢酶平均活性为6μmol·(g-protein·min)-1。表8联氨脱氢酶活性单位：μmol·(g-protein·min)-1隔室123456酶活性8.77.56.763.83.4结论(1)缩短hrt阶段，abr展现出良好的稳定性和抗冲击性，每次缩短hrt之后，总能很快地适应，并在短时间内恢复良好的脱氮效能，表现出较强的耐高氨氮负荷能力。(2)通过对反应器内活性污泥svi、mlss、mlvss的测定及sem观察，发现在缩短hrt、不断提高氮负荷的情况下，活性污泥的沉降性能良好，abr运行稳定。(3)通过对反应器内活性污泥的生物学性质测定，由fish结果表明，随着hrt的缩短，各隔室厌氧氨氧化菌在总菌中所占比例增加，结合sem，表明反应器内的厌氧氨氧化菌成为反应器中的优势菌群；活性污泥的eps表明反应器中厌氧氨氧化反应稳定；saa、细胞色素c和联氨脱氢酶活性的结果均表明abr前段隔室的厌氧氨氧化活性优于后段隔室。综上所述，高氨氮负荷下逐步缩短hrt，不断提高氮负荷的条件下，abr耐受较高氮负荷性能较强，运行稳定，厌氧氨氧化菌富集情况良好，且前段隔室厌氧氨氧化活性优于后段隔室。将上述abr厌氧折流板反应装置用于实际养殖废水的处理，具体如下：1、采集猪场养殖废水，并进行成分分析，分析结果如表9所示。表9猪场养殖废水成分表其中，表9中各成分检测方式如下：cod:重铬酸盐法(gb11914-89)nh4+-n：纳氏试剂法(gb7879-87)no2--n：n-(1-萘基)-乙二胺二盐酸分光光度法(gb7493-87)no3--n：苯酚二磺酸分光光度法(gb7480-87)tp:钼酸铵分光光度法(gb11893-89)。2、abr厌氧折流板反应装置的驯化对养殖废水进行稀释，并加入与nh4+-n浓度相近的no2--n，再采用逐步提高养殖废水浓度的方法对经过沉淀、好氧曝气生化处理过的实际猪场废水通入本发明的abr厌氧折流板反应装置中进行驯化和处理；驯化过程如表10所示。表10逐步提高养殖废水浓度的步骤反应器提高养殖废水浓度的时间(d)养殖废水nh4+-n浓度范围(mg·l-1)1-5686-1010011-1515016-2018021-2522026-3025031-3526036-4527045-60280每个阶段的水力停留时间均为25h，如图10和11所示，当养殖废水nh4+-n浓度为68-250mg·l-1，cod浓度为200-400mg·l-1左右，经过30天左右的运行，nh4+-n和cod平均去除率分别维持在92％和70％。随着废水nh4+-n与cod浓度的分别提高到270mg·l-1、450mg·l-1，又经过30天运行，abr反应器中nh4+-n和cod的去除率下降，但仍维持在一定水平，三者去除率平均值分别维持在71％和65％，且波动范围不大，运行稳定。说明本发明的abr反应器处理养殖废水nh4+-n去除率达到90％以上的最高nh4+-n浓度为250mg·l-1左右。3、养殖废水的处理3.1将nh4+-n浓度范围稀释至180-250mg·l-1左右(并加入与nh4+-n浓度相近的no2--n)的养殖废水通入本发明的abr厌氧折流板反应装置中进行处理，nh4+-n去除率基本都稳定在85-92％左右，cod的去除率基本稳定在65-75％左右。并且反应器可以稳定持续处理该nh4+-n浓度范围的养殖废水120-150天左右，去除率持续稳定在85-92％左右。说明本发明的abr厌氧折流板反应装置能够高效稳定且长时间处理较高氨氮高cod养殖废水。3.2将nh4+-n浓度范围稀释至280-300mg·l-1左右(并加入与nh4+-n浓度相近的no2--n)的养殖废水通入本发明的abr厌氧折流板反应装置中进行处理，nh4+-n去除率基本都稳定在65-75％左右，cod的去除率基本稳定在60-70％左右。并且反应器可以稳定持续处理该nh4+-n浓度范围的养殖废水90-120天左右。以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。当前第1页12