剪切应力对好氧颗粒污泥形态结构和微生物活性的影响机制研究

对不同剪切应力(0.189、0.267、0.327和0.377 N/m2)下4个序批式反应器(SBR)中好氧颗粒污泥的形态结构、比耗氧速率(SOUR)以及胞外聚合物进行了对比分析.结果表明,好氧颗粒污泥具有稳定的基本形态特征,其微生物主要由杆菌、球菌和丝状菌组成;其中杆菌能承受高剪切作用.是剪切应力为0.377 N/m2时的优势菌群.4个反应器中污泥粒径分布范围分别为0.2-0.5、0.5-1.5、0.5-1.5和0.3-0.5 mm;SOUR分别为34.54、40.08、46.26和46.42 mg/(g·h),胞外多聚糖分别为59.71、66-81、80.88和109.99 mg/g,胞外蛋白质分别为9.29、9.80、12.35和17.02 mg/g.好氧颗粒污泥比耗氧速率SOUR和胞外聚合物与剪切应力有很好的正相关性.确定了好氧颗粒污泥微生物活性与剪切应力的响应关系.     

SBR加载不同粒径磁性活性炭对其污泥颗粒化进程的影响机制

在相同序批式活性污泥反应器(SBR)中分别加载1.5 g·L~(-1)的80、140、200、和300目不同粒径的磁性活性炭(反应器编号依次为2、3、4、5号),同时以不投加磁性活性炭的SBR反应器(1号)作为对照组,研究各反应器污泥体积指数(SVI)、粒径分布特征、胞外聚合物(EPS)中胞外蛋白(PN)、胞外多糖(PS)的含量变化规律以及除污性能.结果表明,不同粒径磁性活性炭对污泥颗粒化进程有一定的影响,粒径过大、过小对促进污泥颗粒化进程的强化作用不明显,当磁性活性炭的粒径为140目和200目时,活性污泥很容易以其作为"成核"载体快速形成好氧颗粒污泥,并且形成的颗粒污泥结构紧密,沉降速率快.采用高斯函数分析污泥粒径分布和标准偏差发现,反应器运行的第50 d,3号和4号反应器内污泥平均粒径均达到了780μm以上,明显高于其他反应器,标准偏差分别为318.9μm和362.3μm,两反应器内形成的颗粒污泥粒径较均匀,处理系统较稳定.与此同时,投加不同粒径的磁性活性炭均有利于促进污泥胞外蛋白质PN含量的增加,对胞外多糖PS的含量影响不大;但合适的磁性活性炭粒径(140目和200目)越有利于污泥PN的分泌,颗粒化程度明显的3号和4号反应器的PN/PS比值均高于其他3个反应器.磁性炭基好氧颗粒污泥的形成符合"惰性内核模型".此外,3号、4号反应器对废水TN和TP的去除率分别达到50%和60%以上,均高于其他反应器.     

碳源胁迫下脱氮除磷颗粒污泥性能变化及其机制

在SBR反应器中,逐步提高颗粒污泥反应器进水葡萄糖比例(醋酸钠/葡萄糖比分别为1∶0、3∶1、1∶1、1∶3和0∶1,以COD计)研究碳源胁迫下,5个阶段污泥的物理性能、生化反应性能、胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)、磷组分以及反应器脱氮除磷等变化.反应器运行705 d结果表明,阶段Ⅳ污泥结构松散,平均粒径仅为0.5 mm,污泥释/吸磷速率、反硝化速率及总磷(total phosphorus,TP)含量最低,系统脱氮除磷效果最差;阶段Ⅰ和Ⅱ,污泥释/吸磷速率和反硝化速率较快,TP在72.36 mg·g~(-1)以上,EPS高达350 mg·g~(-1)左右,系统氮和磷去除率在94%以上;阶段V中,生化速率略慢于阶段Ⅰ和Ⅱ,污泥TP 69.60 mg·g~(-1),糖原高达224.18 mg·g~(-1),EPS约为200 mg·g~(-1),系统表现出良好的脱氮除磷性能.各阶段污泥中,与Ca结合态磷(Ca-P)是污泥中磷的主要构成,无机磷(inorganic phosphorus,IP)对颗粒污泥除磷有重要影响.     

EGSB反应器中颗粒污泥床工作状况及污泥性质研究

研究了处理低浓度有机废水的EGSB反应器中颗粒污泥床状况及颗粒污泥的性质,结果表明,液体表面上升流速(V_up)是影响EGSB反应器效能的重要参数,当进水COD为600～800mg/L时,较佳的液体表面上升流速(V_up)为1.5～4.5m/h,在此条件下,EGSB反应器COD负荷为24.5～25.7kg/(m3·d),COD去除率大于85%;同时还发现,经过一定时间的运行后,反应器中颗粒污泥粒径分布、沉降速度、胞外聚合物(ECP)等性质都发生了明显变化,颗粒污泥的平均粒径由0.85mm增加到1.78mm,平均沉降速度由41.2m/h提高到83.2m/h,而胞外聚合物(ECP)的含量则由接种污泥的32.5mg/g增加到57.8mg/g。      

接种好氧颗粒污泥快速启动硝化工艺的过程研究

中温(28～30℃)条件下,以自配无机氨氮废水为研究对象,在柱形SBR反应器中接种好氧颗粒污泥,通过逐步提升进水NH4+-N浓度(100～1 000 mg·L-1)和缩短水力停留时间(8～4 h),快速启动硝化颗粒污泥工艺.系统运行约30 d时,进水NH4+-N负荷达3.9 kg·(m3.d)-1,NH4+-N平均去除率在95%以上;后续高负荷运行阶段,氨氧化速率达5.0 kg·(m3.d)-1左右;反应器中出现亚硝酸盐持续积累的现象,25～70 d期间,NO2--N积累速率达2～4.5 kg·(m3.d)-1;尽管进水组分发生变化(COD/N),且进水负荷波动频繁,但整个运行过程中污泥始终保持良好的颗粒结构,SVI为30～40 mL·g-1,36 d时粒径大于0.21 mm的颗粒污泥约占污泥的93%(质量分数);颗粒污泥由接种时的浅黄色逐渐变为棕黄色,部分变为棕色.结果表明,以好氧颗粒污泥接种是快速启动硝化工艺和形成硝化颗粒污泥的关键.     

SFBR中好氧颗粒污泥的培养及特性研究

接种自行培养的活性污泥,以模拟废水为基质,采用连续进水、间歇出水及厌氧/好氧交替的运行模式,尝试了在SFBR中进行好氧颗粒污泥的培养,并研究了好氧颗粒污泥的特性及反应器对污染物的去除效果.结果表明,通过逐步缩短沉降时间,28 d时成功培养出好氧颗粒污泥,所形成的好氧颗粒污泥呈黄色、形状不规则,且粒径较小(平均粒径0.56 mm),正常情况下的SVI保持在70 mL·g-1以下,EPS在59 d时达到最大值(以MLVSS计)373.24 mg·g-1,较培养初期增加了约2.5倍,运行后期由于颗粒出现解体,导致EPS急剧下降;反应器在运行过程中未能保持较高的污泥量,中后期MLSS始终在3 000mg·L-1以下;在63 d的运行时间里,除异常波动外,反应器对COD的去除率基本维持在90%左右,正常情况下出水COD小于100 mg·L-1,反应器对NH+4-N、TIN的去除效果波动较大,去除率分别为44.45%~94.72%及43.87%~93.13%,反应器对TP的去除率在44.50%~97.40%之间,正常情况下TP去除率可维持在60%以上;限于自动控制水平,夜间长时间的好氧饥饿期容易造成丝状菌过度生长,使得AGS在生长竞争中处于劣势,最终导致了AGS的解体.     

不同颗粒龄的好氧颗粒污泥性能的研究

在SBR反应器中,分别以絮状活性污泥培养的好氧颗粒污泥和直接接种的已稳定运行1 a的好氧颗粒污泥为对象,对2种颗粒龄不同的颗粒污泥的形态、理化特性、对有机物降解能力以及微生物活性进行了比较研究.结果表明,小颗粒龄好氧颗粒的平均湿密度、污泥的比重和表示物理强度的完整系数(IC)分别为1.066 g.cm-3、1.013 g.cm-3和98.7%,各指标均高于大颗粒龄好氧颗粒的1.026 g.cm-3、1.010 g.cm-3和98.4%,两者的平均粒径分别为1.9 mm和2.2 mm.小颗粒龄好氧颗粒和大颗粒龄好氧颗粒的沉降速度分别为0.005～0.032 m.s-1和0.003～0.028 m.s-1,前者的SVI较低,且两体系中好氧颗粒的沉降速度均随粒径的增大而增大.两者对COD、NH4+-N的去除率都保持在90%以上和85%左右,从出水COD浓度、NH4+-N浓度和周期试验来看,小颗粒龄好氧颗粒对COD、NH4+-N的去除效果更好,两者对TP的去除率分别维持在40%～90%和32%～85%,但两者对TN的去除效果相差不大,去除率都在80%左右.同时,小颗粒龄好氧颗粒的异养菌比耗氧速率(SOURH)、亚硝酸菌比耗氧速率(SOURNH4)、硝酸菌比耗氧速率(SOURNO2)分别为26.4、14.8和11.2 mg.(h.g)-1,均大于大颗粒龄好氧颗粒的25.2、14.4和8.4 mg.(h.g)-1.综上所述,好氧颗粒污泥由于颗粒龄的不同会具有明显不同的理化性质,颗粒龄小的好氧颗粒具有更好的有机物降解能力、更高的微生物活性和更好的稳定性.     

SBR反应器中全自养硝化颗粒污泥的特性研究

在SBR反应器中接种硝化污泥,研究了污泥颗粒化过程中某些性能的变化,包括沉降性能、胞外聚合物、氧利用速率等.结果表明,当SBR沉淀时间由39min缩短至10min时,污泥SVI由接种时的110mL/g降低至24～42mL/g.EPS(以VSS计)中蛋白质含量由接种时的163mg/g增长到250～270mg/g;而EPS中多糖变化不大,基本在20～30mg/g;硝化颗粒污泥中EPS的蛋白质/多糖的比例基本在9～13左右.反应器中污泥浓度(以VSS计)约2.5g/L,VSS/SS基本保持在85%～90%.在反应器运行初期,污泥中氨氧化菌的活性(SOUR-A)和亚硝酸氧化菌的活性(SOUR-N)不断升高,在第17d,SOUR-A和SOUR-N分别达到259mg/(g·h)和119mg/(g·h);为接种污泥的2.4和5.3倍.当硝化颗粒形成且粒径不断增大后,污泥的SOUR-A和SOUR-N开始降低.污泥中异养菌的活性(SOUR-H)和内源呼吸活性(SOUR-E)在颗粒化过程中都保持在10mg/(g·h).     

厌氧氨氧化-羟基磷灰石颗粒污泥系统的快速启动

为研究厌氧氨氧化-羟基磷灰石（Anammox-HAP）颗粒污泥系统的启动方法,采用厌氧氨氧化膨胀床反应器（AAFEB）,接种少量厌氧氨氧化污泥,通过调控基质浓度和水力停留时间,考察系统内污泥粒径及胞外聚合物（EPS）的变化,同时监测系统的脱氮除磷性能.结果表明,在低上升流速0.213~1.066m/h、Ca/P=5.5物质的量比的条件下,不断提高进水氮负荷,实现了Anammox颗粒污泥系统的启动.总氮、正磷酸盐去除率分别为（78.0±9.8）%、（63.8±9.9）%,总氮容积负荷达2.74kg/（m³·d）,在150d内培养出平均粒径为0.4mm的微颗粒污泥.颗粒的形态特征和元素分布检测表明其为Anammox-HAP颗粒污泥.随着颗粒污泥粒径的增加,EPS中的PS含量基本不变,PN从54.43mg/g增加到137.40mg/g,PN/PS从6.63提高到7.71.EPS中PN占比与粒径之间存在正相关,对污泥颗粒的形成起主要作用.     

连续进水对好氧颗粒污泥稳定维持的影响

为了考察连续进水对好氧颗粒污泥稳定维持的影响,在SBR反应器中接种成熟的好氧颗粒污泥,采用连续进水、间歇出水的方式运行.在反应器运行过程中,部分好氧颗粒污泥解体,完整存在的好氧颗粒污泥表面附着生长树枝状污泥和少量丝状菌.SVI在最初的13d内逐步上升,随后趋于稳定.同时,考察了好氧颗粒污泥在连续进水运行过程中EPS含量的变化以及EPS的空间分布变化:胞外多糖的含量在运行过程中呈下降趋势;胞外蛋白的含量整体呈先上升后下降的趋势;反应器运行15d后,胞外蛋白和胞外多糖的含量趋于稳定.连续进水运行30d后,EPS空间分布最大变化是β-D吡喃葡萄糖,它大量聚集在颗粒的表层及颗粒中伸出的树枝状污泥及丝状菌的表层.本研究表明,连续进水的运行方式不利于好氧颗粒污泥的稳定维持,底物浓度梯度为好氧颗粒污泥稳定维持的重要因素之一;EPS的分泌量以及空间分布对好氧颗粒污泥的形成及其稳定维持起着至关重要的作用.     

好氧颗粒污泥处理市政污水性能与微生物特性研究

以成熟好氧颗粒污泥（AGS）为接种污泥,在序批式反应器（SBR）中考察其对低浓度市政污水的处理效能、污泥特性及微生物多样性的变化.结果表明,在低有机负荷（进水COD为179~212 mg·L^-1）、高溶解氧（DO>5 mg·L^-1）条件下,系统出水COD低于50 mg·L^-1,NH₄⁺-N浓度稳定在0.7~0.8 mg·L^-1,但脱氮除磷效能有待优化.体系中0.2~0.6 mm的污泥颗粒最为稳定,运行期间污泥SVI₃₀值始终保持在32~40 mL·g^-1,呈现出良好的沉降性能.系统中少量絮状污泥的存在对AGS的稳定性是有利的,本试验条件下,<0.2 mm污泥体积占比约为30%时AGS体系稳定运行.胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）含量增加与AGS的稳定性呈正相关,可见PN对AGS稳定运行起着重要作用.微生物高通量测序结果表明,Proteobacteria和Bacteroidetes为主要菌门;运行过程中有利于硝化作用的Gammaproteobacteria逐渐成为优势菌纲;系统中存在促进EPS分泌和有机污染物去除的黄杆菌属（Flavobacterium）和陶厄氏菌属（Thauera）,这有利于AGS的稳定运行,同时也存在硝化螺旋菌属（Nitrospira）、陶厄氏菌属（Thauera）、副球菌属（Paracoccus）、梭菌属（Fusibacter）、变形菌属（Proteocatella）等脱氮除磷功能菌属,但需优化运行参数强化同步脱氮除磷效能.本研究结果对AGS系统处理实际市政污水的稳定运行具有重要的指导意义.     

连续流好氧颗粒污泥系统处理低COD/N实际生活污水的工艺优化

在连续流合建式反应器中接种成熟好氧颗粒污泥处理低碳氮比(COD/N)的实际生活污水,研究了曝气量和水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对连续流好氧颗粒污泥系统脱氮除磷和颗粒污泥稳定性的影响.结果表明,当曝气量为300 m L·min-1(表观气速为1.2 cm·s-1)、HRT为7.5 h时,反应器对化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、总氮(total nitrogen,TN)和总磷(total phosphorus,TP)去除率达到最高,分别为76.34%、51.23%和53.70%.整个系统在此条件下能够稳定运行,污泥浓度(mixed liquor suspended solids,MLSS)为2 000 mg·L-1左右,污泥体积指数(sludge volume index,SVI)保持在50 m L·g-1以下,好氧颗粒污泥形态完整,沉降性能良好.低COD/N的实际生活污水促进了好氧颗粒污泥胞外多聚物(extracellular polymeric substance,EPS)的增长,蛋白质(protein,PN)和多聚糖(polysaccharide,PS)的比值高达17.9,相对于PS,PN对颗粒污泥的稳定性有更大的促进作用.     

低DO下AGS-SBR处理低COD/N生活污水长期运行特征及种群分析

本研究在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),构成AGS-SBR系统,研究其在低DO(0.5~1.0mg·L~(-1))条件下,处理低COD/N比(4.0)生活污水同步脱氮除磷的长期稳定运行特性,并解析反应器的主要菌群构成.结果表明,在反应器运行的180d里,AGS-SBR系统表现出了良好且稳定的除污能力,反应器对水体中COD、NH~+_4-N、TN和TP平均去除率分别达到87.17%、95.21%、77.05%和91.11%.好氧颗粒污泥沉降性能一直很好,污泥始终保持着完整的颗粒外观和密实紧凑的结构,并没有出现明显的颗粒污泥解体的现象.同时,高通量测序结果表明,变形菌门、厚壁菌门、绿菌门、绿弯菌门和拟杆菌门为SBR-AGS反应器中主要优势菌群.Denitratisoma、Planctomycetaceae、Thauera、Comamonas、Nitrosomonas和Nitrospira是反应器中与脱氮有关菌群;Clostridium和Anaerolinea是除磷相关细菌.     

间歇梯度曝气下缩短SRT强化短程SNEDPR系统脱氮除磷

为了探究间歇梯度曝气下污泥龄对氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）的影响,研究短程硝化内源反硝化除磷系统对于处理低C/N比生活污水的优势作用,本文采用SBR反应器培养好氧颗粒污泥,实验进水采用实际生活污水.结果表明,在SRT由50 d逐渐降低至30 d过程中,比氨氧化速率由3.16 mg·（g·h）^-1增加至4.38 mg·（g·h）^-1,比亚硝酸盐氧化速率由3.4 mg·（g·h）^-1降为1.8 mg·（g·h）^-1左右,可知NOB活性降低约44%,从而使系统实现了短程硝化.当SRT为30 d时,由典型周期实验可知亚硝酸盐最大积累量可达6.93mg·L^-1.由于系统中污泥浓度随SRT的减少而略有降低,因此在反应进行至40 d左右时根据DO曲线采取降低曝气量的策略,最终SRT为30 d时系统出水COD浓度为40.76 mg·L^-1,TN浓度为12.4 mg·L^-1,TP浓度为0.31 mg·L^-1,强化了系统中C、N和P的同步去除,最终得到了稳定运行的短程硝化内源反硝化除磷系统.同时好氧颗粒污泥EPS含量与SRT呈现负相关性,蛋白质含量由污泥龄为50 d的66.7 mg·g^-1升为30 d的95.1mg·g^-1,多糖保持在12.1~17.2 mg·g^-1的范围内,说明SRT的降低对蛋白质含量的影响较多糖大,当SRT为30 d时,PN/PS值保持在6.2左右,好氧颗粒污泥在该条件下仍能保持较好的结构稳定性.     

高浓度基质冲击后厌氧氨氧化菌活性恢复研究

试验研究了阶段式负荷提高法对高浓度基质抑制后反应器中厌氧氨氧化(Anammox)菌的活性恢复特性的影响,考察了活性恢复过程反应器各阶段的脱氮性能、胞外聚合物(EPS)组分及Anammox菌丰度的变化.结果表明,通过逐步提高氮负荷率,反应器中Anammox菌活性于57d内即可恢复至受损前状态,最终氮去除负荷达2.21 kg·m-3·d-1;Anammox泥中的EPS含量、紧密型EPS和松散型EPS中蛋白质与多糖的比例均呈现先降低后上升的趋势,当进水总氮(TN)为500 mg·L-1时,EPS含量及二者的比例均最低;Anammox菌丰度对废水中氮浓度的敏感度较高,在活性恢复过程中,TN浓度为700 mg·L-1时丰度最高,达2.4×1010copies·g-1VSS.     

好氧颗粒污泥系统中溶解性微生物代谢产物的特征及主要组分

采用SBR反应器以絮状活性污泥为接种污泥培养好氧颗粒污泥,主要考察好氧颗粒污泥系统中溶解性微生物代谢产物(SMP)的产生、相对分子质量分布以及主要组成物质.结果表明SMP是出水COD的主要组分,浓度为71~85 mg·L-1,SMP的产生与微生物对基质的利用、微生物衰亡和胞外聚合物(EPS)的水解有关.相对分子质量分布表明大部分SMP相对分子质量小于3×103,所占比例为54.8%~71.7%,而相对分子质量大于100×103的组分只占总SMP的一小部分,所占比例为9.3%~14.5%.三维荧光光谱分析表明,出水SMP具有4个峰,分别属于类芳香蛋白质、类色氨酸蛋白质、类腐殖酸物质和类富里酸物质.气质联用(GC-MS)分析表明SMP主要成分为酯类、短链烷烃、烯烃和醇类,所占质量分数分别为39.0%、14.9%、11.7%和7.6%.其中邻苯二甲酸二酯是出水SMP中主要组成物质,所占质量分数为32.0%.     

厌氧氨氧化污泥恢复过程中的颗粒特性

目前运行容易失稳已成为制约厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺应用的因素之一.在保证底物不抑制的条件下,通过对实验室前期运行失稳的连续流全混反应器(CSTR)中的厌氧氨氧化污泥进行活性恢复,研究了滞留的基质浓度对ANAMMOX污泥恢复过程中颗粒化及活性的影响.结果表明,经过126d运行,ANAMMOX污泥活性获得恢复且脱氮能力明显提升.控制高、低基质浓度水平的2个反应器均能实现污泥的颗粒化及氮素的高效去除,NRR最大分别达到16. 97 kg·(m~3·d)~(-1)和14. 43 kg·(m~3·d)~(-1).随着反应器脱氮能力的提高(污泥颗粒粒径增大),R1、R2两个反应器内污泥的胞外聚合物EPS含量(以VSS计)均增大,分别由接种时的34. 45 mg·g~(-1)增大至77. 52 mg·g~(-1)和94. 18 mg·g~(-1),PN/PS由1. 89分别增大到6. 25和6. 84.在一定范围内,PN/PS比值增大有利于ANAMMOX污泥颗粒化,但PN/PS过大会导致颗粒污泥结构失稳上浮,加剧污泥流失现象.     

实际污水培养好氧颗粒污泥及其特性研究

采用实际城市污水在序批式反应器(SBR)中试装置中成功培养出好氧颗粒污泥.颗粒污泥的沉降速率>21 m·h-1,显示了良好的沉降性能.颗粒污泥对化学需氧量(COD)、氮(N)、磷(P)具有同步去除的能力.在3 h的运行周期中,反应器出水COD<50 mg·L-1,氨氮(NH+4-N)<5.0 mg·L-1,总氮(TN)<15 mg·L-1,对TN和总磷(TP)的去除率达到50%.采用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)对好氧颗粒污泥的结构分析表明,好氧颗粒污泥的胞外多聚物(EPS)在整个颗粒污泥中均匀地分布,构成颗粒污泥的骨架.对颗粒污泥的X射线衍射(XRD)分析显示,在好氧颗粒污泥的内部存在许多无机矿物质,在颗粒污泥形成初期,废水中的无机成分可能具有"晶核"的作用.     

污泥停留时间对餐厨垃圾与剩余污泥中温厌氧混合发酵系统的影响

采用连续搅拌釜式反应器(CSTR)成功启动了餐厨垃圾与剩余污泥混合发酵平行系统,重点探究了不同污泥停留时间(SRT)缩减幅度对于餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统的影响.结果表明,较大幅度地缩减SRT( 8. 3 d)提升反应器运行负荷,不利于反应器的稳定运行;随着反应器运行负荷的增加,SRT缩减幅度应逐渐降低(5～0. 9 d),能够取得餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统的高负荷稳定运行.经过282 d的运行,CSTR混合发酵系统能够在SRT为9. 1 d,进料负荷(以COD计)为(12. 9±1. 5) g·(L·d)~(-1)的条件下稳定运行,相应的甲烷产量为3. 94～4. 25 L·(L·d)~(-1),甲烷产率(以COD计)为288～302 m L·g-1,p H和挥发性脂肪酸(VFA,以COD计)分别稳定在7. 80～7. 83和0. 32～0. 39 g·L-1.此外,还探究了高负荷条件下餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵污泥特性,结果表明,餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统甲烷转化途径以乙酸转化途径为主,具有较高的乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的产甲烷活性和辅酶F420的质量摩尔浓度.