活性污泥絮体粒径分布与分形维数的影响因素

絮体粒径分布和分形维数是活性污泥的重要参数.应用激光粒度仪测量了好氧活性污泥絮体在絮凝过程的粒径分布,研究了速度梯度、VSS/SS、EPS含量及Zeta电位对絮体粒径分布的影响.结果表明,絮体平均粒径与速度梯度显著负相关(R2>0.80),与Kolmogorov尺度数量级基本相当,其间差异性与污泥VSS/SS、絮体强度等有关;相同的速度梯度下,絮体平均粒径与VSS/SS或EPS含量显著正相关(R2>0.85),与Zeta电位负相关.有机质和EPS在活性污泥絮凝中作用明显,会增强絮体强度,提升絮凝效果;EPS中蛋白质比多糖对絮凝的促进作用更明显.基于显微图像分析方法,得到了好氧活性污泥絮体二维分形维数为1.28~1.72,三维分形维数为1.70~2.69.絮体分形维数随VSS/SS或EPS含量的增加而减小;对于相同的活性污泥,絮体三维分形维数随粒径增大而减小,符合幂函数关系式.     

自养菌和异养菌胞外聚合物对活性污泥絮凝特性的影响

为探讨自养菌和异养菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的差异及其对活性污泥表面及絮凝特性的影响,研究了有机负荷为0、0.30和0.74 kg·kg-1·d-1时,污泥松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密粘附胞外聚合物(tightly bound EPS,TBEPS)的组分含量、形态、表面特性以及絮凝性能的差异,并就LB-EPS与TB-EPS对污泥絮凝特性影响的作用机理进行了探讨.结果表明,有机负荷越高,多糖含量越高,EPS总量及蛋白质含量越低.由三维荧光光谱测定结果可知,类富里酸物质为异养菌而非自养菌的代谢产物,且有机负荷越高,TB-EPS中的类富里酸荧光峰强度越大.自养和异养污泥的絮凝机理不同,自养活性污泥通过自养菌菌体自身生物絮凝作用形成密实的污泥絮体,LB-EPS与TB-EPS对其絮体形态、表面及絮凝特性影响较小;异养活性污泥絮体形态在TB-EPS提取后发生明显改变,TB-EPS在异养活性污泥絮体聚集时发挥着主要作用.包裹着LB-EPS的污泥表面负电荷多且疏水性差,不利于异养污泥生物絮凝.有机负荷越高,污泥表面Zeta电位负电性越强,相对疏水性(relative hydrophobity,RH)越小,污泥稳定性越差.     

NaCl盐度对A2/O工艺缺氧区胞外聚合物及生物絮凝性的影响

为了提高含盐废水的生物脱氮除磷效率和生物絮凝性,考察NaCl盐度对A~2/O工艺缺氧区脱氮除磷效率的影响,结合傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)与X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)分析缺氧区活性污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)组分与结构变化,以期揭示盐度对生物絮凝性的影响.结果表明,当NaCl盐度为0~5 g·L~(-1)时,A~2/O缺氧区生物絮凝性良好,重絮凝性(flocculation ability,FA)约为44%,污泥粒径约为45.5μm,EPS含量为52.3~62 mg·L~(-1),PN/PS维持在2.1左右;当NaCl盐度由10 g·L~(-1)增加至40g·L~(-1)时,A~2/O缺氧区生物絮凝性显著降低,FA由40%下降至22%,污泥粒径由43.7μm减小至32.1μm,EPS含量由76.5 mg·L~(-1)增加至101.0 mg·L~(-1),PN/PS由1.5下降至1.3.随着NaCl盐度的增加,通过FTIR分析可知,EPS主要组成基团未发生明显变化,以氨基、酰胺Ⅰ和羧基为主;由XPS分析可知,EPS和Na+相互作用过程中部分基团(如C、O、N基团)发生电荷转移,但其存在形态未发生变化.     

聚合铝铁对A2/O系统 EPS及生物絮凝性能的影响

通过向实验室构建的A2/O模型好氧池末端投加聚合铝铁(PAFC)来强化系统的生物除磷,使得出水总磷达到《城市污水处理厂污染物排放标准GB 18918-2002》中的一级A标准,并重点分析投加的PAFC对A2/O系统中活性污泥胞外聚合物(EPS)和活性污泥生物絮凝性能的影响.结果表明,随着PAFC投药量的增加,A2/O系统活性污泥EPS总量变化不大,但EPS组分中蛋白/多糖含量的比值逐渐降低,由投药前的3.30降低至投药后的2.30;EPS中金属离子含量逐渐增加,在厌氧-缺氧-好氧的运行周期内,各处理单元污泥的EPS中金属铝离子含量增加.投加PAFC后,活性污泥颗粒变大,二沉池出水的Zeta电位明显降低,由投药前-15.83 mV降低至-21.20 mV,污泥产量增加.因此,适量投加PAFC后,生物絮凝性能得到改善,出水中悬浊颗粒减少,出水水质变好.     

活性污泥胞外聚合物(EPS)的分层组分及其理化性质的变化特征研究

针对活性污泥的胞外聚合物(EPS),采用阳离子交换树脂(CER)法和离心/超声波法对总EPS和分层EPS(由外至内依次为slime,LB-EPS,TB-EPS)分别进行提取,测定EPS中多糖(PS)、蛋白质(PN)和DNA的含量,并对各EPS溶液的理化特性随溶液条件的变化特征进行了探讨.结果表明,EPS的化学组分(PS、PN和DNA)在TB-EPS层中含量最高,其亲水性组分的含量高于疏水性组分,但PN的疏水比高于PS.各层EPS中PS/PN的值对其Zeta电位和等电点有重要的影响.其中,PS/PN越高,各层EPS的Zeta电位越小,分层EPS的等电点越高.各种EPS溶液pH的增加导致其Zeta电位基本呈下降趋势,对应的等电点分别为pH总EPS=2.9、pHslime=2.2、pHLB-EPS=2.3、pHTB-EPS=1.3.离子强度的增加可以导致EPS溶液的电导率呈直线上升,对应的Zeta电位却迅速增加然后趋于稳定,但并未出现电位逆转现象.此外,升高温度(<40℃)可以降低各种EPS溶液的表观黏度,并在40～60℃之间时逐渐趋于稳定.     

颤蚓对活性污泥沉降性能的影响

系统考察了低、中、高3种不同污泥浓度下(TSS≈4 g·L-1、6 g·L-1和8 g·L-1),一定的颤蚓投加比例对活性污泥沉降性能的影响,并同时考察了颤蚓对污泥特性的影响.研究结果表明,投加颤蚓后60min内,活性污泥沉降速率明显加快,60min时的污泥容积相对于未投加颤蚓前可减少8%～42%;而且.这种效应对污泥浓度高的活性污泥更为显著和有效.然而.通过对污泥特性的分析表明,颤蚓在短时间内(1～3h)对污泥平均粒径、Zeta 电位并无多少影响;此时污泥容积指数(SVI)和胞外聚合物含量(EPS)却反而略有增加.     

Fe(Ⅲ)对活性污泥絮体结构和生物絮凝作用的影响

采用序批式活性污泥法系统研究了Fe(Ⅲ)对活性污泥絮体结构和生物絮凝作用的影响，结果发现Fe(Ⅲ)降低了污泥沉降指数，同时也减弱了污泥的生物絮凝作用．对细胞外高分子(EPS)的电子能谱元素分析表明在EPS中发生了阳离子间的交换作用，Fe(Ⅲ)置换出EPS中一价和二价金属阳离子．污泥絮体的扫描电镜显示Fe(Ⅲ)使活性污泥絮体颗粒变小变密实，但是Fe(Ⅲ)与EPS之间的作用和含磷沉淀物的生成削弱了污泥颗粒形成较大生物聚集体的能力．Fe(Ⅲ)对生物絮凝作用的影响主要是通过架桥机理和藻酸盐理论来实现的，而电中和不起主要作用．     

游离氨(FA)协同曝气时间对活性污泥沉降性能的影响

采用3个序批式反应器(SBR)(R0:硝化结束时停曝气;R_(0-30):硝化结束提前30 min停曝气;R_(0+30):硝化结束延迟30 min停曝气),控制3种游离氨(FA)浓度梯度(0.5,5.1,10.1 mg/L)协同3种曝气时间(t0:硝化结束时停曝气;t0-30:硝化结束提前30 min停曝气;t0+30:硝化结束延迟30 min停曝气)的条件下,研究了FA协同曝气时间对活性污泥沉降性能的影响。结果表明:整个试验过程,在初始FA浓度相同条件下,R0和R_(0+30)系统NH+4-N平均去除率分别为98.6%和99.3%,而R_(0-30)系统NH+4-N平均去除率仅为72.3%。在较低FA浓度(0.5,5.1 mg/L)条件下,随着曝气时间增加,活性污泥的污泥沉降比(SV30)值和污泥体积指数(SVI)值均逐渐降低,污泥沉降性能趋好。在较高FA浓度(10.1 mg/L)条件下,随着运行周期的增加,污泥沉降性能逐步变好,R_(0-30)系统的SVI平均值最大,R_(0+30)系统次之,R0系统最小,其值分别为165.1,152.5,134.5 m L/g,且污泥活性f平均值大小顺序fR_(0-30)>fR0>fR_(0+30),其值分别为0.77、0.70和0.65。这表明在较高FA浓度(10.1 mg/L)条件下,曝气时间延长,导致污泥活性降低。     

胞外聚合物EPS组成及对污泥特性的影响研究

综述了进水基质、溶解氧(DO)、pH、污泥停留时间(SRT)和污泥负荷(Ns)对EPS组成的影响,分析了EPS对污泥的表面特性(污泥混合液疏水性、Zeta电位等)、生物絮凝沉降性、脱水性及吸附再生性能的影响,并通过控制适当的条件,改善EPS组成,形成良好的活性污泥,能使之更好的发挥作用.     

胞外聚合物、Ca2+及pH值对生物絮凝作用的影响

应用阳离子交换树脂从活性污泥中提取了胞外聚合物(EPS),考察了EPS、Ca2 及pH值对生物絮凝作用的影响.结果表明,当pH≥7.5, EPS≥70mg/L,[Ca2 ]≥300mg/L时,有利于生物絮体的形成.通过正交试验,得出pH值、EPS和[Ca2 ]对生物絮体形成综合影响的回归方程: h浊度= -901.70 97.35pH 1.96[Ca2 ] 9.08EPS-0.11pH[Ca2 ]-0.91pHEPS-0.02[Ca2 ]EPS 0.0021pH[Ca2 ]EPS.回归分析表明,pH值对生物絮体形成影响最显著,其次是EPS和Ca2 .     

过氧化钙预处理对活性污泥脱水性能的影响机制

本研究采用过氧化钙对活性污泥进行预处理,深入分析了调理过程中污泥过滤脱水性能、絮体结构以及反应动力学的变化特性,探讨了亚铁离子协同过氧化钙处理对污泥特性的影响.结果表明,经过CaO_2处理后,污泥的过滤脱水性能先改善后恶化,当投加量(以TSS计)为20 mg·g~(-1)时,污泥的过滤脱水效果达到最佳.同时,污泥絮体结构变得疏松破碎,其上清液有机物浓度出现了明显的上升,污泥得到了有效裂解.污泥溶解反应过程遵循零级反应动力学模型,反应速率常数为15.2mg·L~(-1)·h~(-1).此外,亚铁离子和CaO_2协同处理可以进一步强化污泥中大分子有机物的裂解释放,同时,反应过程中形成铁离子的絮凝作用可以实现污泥絮体结构的重建,从而改善污泥过滤脱水性能.该研究成果为CaO_2及其联用处理技术在污泥处理过程中的应用提供了必要的理论依据.     

污泥预处理对微生物絮凝剂制备及性能的影响

试验研究了不同污泥预处理方法对微生物絮凝剂的制备及其絮凝性能的影响.结果表明,污泥经碱热预处理后释放的有机物质量最大,SCOD/TCOD可达到0.56.以碱热预处理污泥作为基质制备的微生物絮凝剂,其产量为2.3 g·L-1,高于热预处理的1.6 g·L-1,酸热预处理的0.6 g·L-1,以及未接种污泥絮凝剂的18 mg·L-1.采用响应面分析法对碱热预处理污泥制备的微生物絮凝剂与PAM复配改善污泥脱水的过程进行了优化,实验分别拟合了关于污泥比阻(SRF)和干污泥量(DS)的二次模型,决定系数(R2)分别为0.9057和0.9171,表明拟合情况良好.实验中最佳的污泥脱水条件为微生物絮凝剂投加量12.6 g·kg-1,PAM投加量1.0 g·kg-1,Ca Cl2投加量59.7 mg·L-1,p H值6.7,搅拌速度185r·min-1.在此条件下,DS和SRF分别为29.1%和2.2×1012m·kg-1,表明碱热预处理污泥制备的微生物絮凝剂与PAM的联合使用有助于改善污泥脱水性能.     

厌氧铁氨氧化处理模拟垃圾渗滤液的影响因素研究

厌氧条件下,微生物将NH~+_4-N氧化和Fe~(3+)还原的反应称为厌氧铁氨氧化(Feammox).试验以处理垃圾渗滤液的厌氧氨氧化污泥(ANAMMOX)为接种污泥驯化Feammox污泥,研究了不同NH~+_4-N及Fe~(3+)浓度对Feammox系统的影响,并采用扫描电镜(SEM)分析了Feammox系统不同运行阶段的污泥形态特征.结果表明:在厌氧序批式反应器中,在常温条件下控制进水NH~+_4-N浓度为50 mg·L~(-1)、pH在7.4～7.6之间,经过88 d厌氧富集培养后NH~+_4-N最大转化率达到52.73%,最大转化量为28.37 mg·L~(-1),出水Fe~(2+)浓度随着运行时间的增加逐渐增加,最高浓度为2.87 mg·L~(-1).高浓度NH~+_4-N(400 mg·L~(-1))和Fe~(3+)(500 mg·L~(-1))条件下,氨氮转化量分别达到了40.69 mg·L~(-1)和29.23 mg·L~(-1),说明高进水基质条件下仍然有Feammox反应发生.低浓度NH~+_4-N(100 mg·L~(-1))和Fe~(3+)(50 mg·L~(-1))条件下,NH~+_4-N转化量与Fe~(2+)生成量的线性关系较强,R~2分别为0.86544和0.86034.通过SEM分析可得,Feammox污泥表面附着有不规则矿物,这些矿物沉积在微生物细胞表面阻碍传质,从而降低微生物代谢效率.     

气升流速变化对SBR污泥颗粒化的作用及机理

采用两个相同的SBR反应器:R1保持恒定气升流速3.0 cm·s~(-1),R2气升流速由3.0 cm·s~(-1)逐渐降低至1.0 cm·s~(-1),对比研究了气升流速变化对絮体污泥凝聚和颗粒化的作用.结果表明:R1中35 d后絮体污泥全部转变成均值粒径为564.59μm的颗粒污泥;R2中24 d后絮体污泥全部转变成均值粒径978.71μm的颗粒污泥.R2气升流速由3.0 cm·s~(-1)逐渐降至2.0 cm·s~(-1)时,污泥的分形维数(D2)增大;气升流速由2.0cm·s~(-1)逐渐降到1.6 cm·s~(-1)时,D2先下降后上升,污泥粒径比增长率为0.16±0.01,微生物颗粒表面所受的剪切解吸附率随粒径的增长由调整前的1.35×10~(-2)mg·cm~(-2)·d~(-1)(以VSS计,下同)略微降低后升高至1.88×10~(-2)mg·cm~(-2)·d~(-1),颗粒结构变得更加致密;气升流速小于1.6 cm·s~(-1)之后,旋涡尺度作用减弱,D2持续减小.总体上,当气升流速递减后,R2中污泥混合液流变特性发生了变化,形成的漩涡尺度大于R1,促使更多体积分数的污泥分布在漩涡尺度的耗散范围内,加剧耗散对应范围粒径大小的污泥剪切凝聚,加快了污泥颗粒化进程.     

外源Ca2+对SBR启动期活性污泥胞外多聚物的动态影响

利用无机物如Ca~(2+),加快活性污泥反应器启动,强化活性污泥絮体性能和结构稳定性,受到越来越多的重视.采用序批式反应器,研究进水中添加Ca~(2+)对反应器启动期活性污泥沉降性能和胞外多聚物的影响.结果表明运行至28 d,与进水中不添加Ca~(2+)的反应器(对照反应器)相比,进水中添加150 mg·L~(-1)外源Ca~(2+)的反应器中活性污泥MLSS和MLVSS值分别高出了89.6%和75.6%,SVI值则降低了47.9%;活性污泥胞外多聚物总量增加了76.4%,多糖增加了28.8%,蛋白质减少了31.6%,添加150 mg·L~(-1)外源Ca~(2+)的反应器中污泥胞外多聚物中多糖/蛋白质值为68.8,对照反应器的活性污泥胞外多聚物多糖/蛋白质值仅为36.6.三维荧光光谱和红外光谱分析表明外源Ca~(2+)导致活性污泥胞外多聚物组分发生了变化.实验结果为进水中添加外源Ca~(2+)改善活性污泥沉降性能提供了基础数据.     

纯氧曝气活性污泥培养过程中絮体结构变化

采用纯氧曝气序批式反应器(SBR)直接培养、驯化培养活性污泥,运用显微技术分析絮体当量直径(Deq)、规则度(Rd)、孔隙率(Po)和单位悬浮固体内总细丝长度(Ftl)在培养不同时期的变化规律,采用Pearson相关性分析法分析絮体结构参数的相关性.结果表明:污泥直接培养过程中絮体Deq不断增大,驯化培养初期絮体Deq减小,中后期不断增大,驯化培养污泥絮体颗粒较大;污泥直接培养过程中絮体Rd不断减小,驯化污泥絮体Rd变化不大,在0.400~0.520内波动,两种方式培养的絮体规则度值相当;直接培养初期、中期絮体Po随絮体粒径增大而增大,驯化污泥絮体Po初期、后期呈减小趋势,中期呈增大趋势,直接培养法的絮体Po较小;污泥直接培养中、后期出现大量丝状菌,但很快又减少,污泥驯化整个过程中系统内均无大量丝状菌出现.污泥直接培养初期絮体Deq与Po显著正相关,Rd与Deq、Po显著负相关;中期丝状菌作用较大,Ftl与Po、Rd都显著负相关.污泥驯化初期,絮体Deq与Rd、Po均显著正相关,驯化后期Rd起较大作用,与其他参数均显著相关.     

污泥厌氧产酸发酵液作碳源强化污水脱氮除磷中试研究

为研究城市污泥厌氧产酸发酵液作为补充碳源强化生活污水脱氮除磷系统的效果和可行性,建造了一个总有效体积为4 660 L的A2/O中试反应系统,以实际城市污水为研究对象,考察了添加污泥产酸发酵液后的污水脱氮除磷效果并和单纯添加乙酸作碳源的效果进行了比较.结果表明,在进水COD为243.7 mg·L-1、NH+4-N为30.9 mg·L-1、TN为42.9 mg·L-1、TP为2.8 mg·L-1、硝化液回流比为200%和污泥回流比为100%的条件下,向缺氧池中投加乙酸能增强系统脱氮除磷效果,反应器的最佳进水流量和投加碳源SCOD增量分别为7 500 L·d-1和50 mg·L-1.污泥发酵液代替乙酸作为外加碳源时的平均出水COD、NH+4-N、TN和TP去除率分别为81.60%、88.91%、64.86%和87.61%,相对应的出水浓度分别为42.18、2.77、11.92和0.19 mg·L-1,满足我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002所规定的一级A标准.结果表明,投加污泥产酸发酵液作为脱氮除磷碳源可达到和乙酸同样的效果,具有实际可行性,这为城市污泥处理处置实现资源化提供了一条新的可行途径.     

处理BPA模拟废水的SBR工况参数对污泥有机毒性的影响研究

在处理双酚A(BPA)模拟废水的序批式活性污泥系统(SBR)反应器中,保持进水COD含量均为300 mg·L-1左右,通过改变水力停留时间HRT从12~8 h,污泥龄SRT从20~10 d,考察污泥有机毒性和其他水质指标的变化.试验分析了空白组和40 mg·L-1初始浓度BPA对照组在不同工况条件下周期末出水COD值、污泥有机毒性分布规律以及稳定期单周期内COD值和污泥有机毒性的变化趋势.结果表明,缩短水力停留时间和污泥龄有利于活性污泥降解BPA,并消减稳定期污泥的有机毒性;出水COD稳定在50 mg·L-1左右,且水相和泥相均无BPA残留.在应用PCR-DGGE技术分析SBR系统内微生物菌群多样性和不同样品间的相似性过程中,得出污泥总毒性抑制率与微生物多样性呈负相关性关系,进水成分的不同和运行参数改变是导致污泥总毒性差异的主要原因.     

盐度对中试厌氧氨氧化脱氮特性的影响及其恢复动力学

采用中试ASBR反应器(530 L),以逐步提高Cl~-浓度的方式考察了厌氧氨氧化菌(An AOB)处理高盐废水的脱氮特性.结果表明,采用逐步盐度驯化的方式,An AOB可适应高盐度(Cl~-浓度10 000 mg·L~(-1))环境进行高效脱氮(TN去除率高达92. 3%).其中,在Cl~-浓度6 000 mg·L~(-1)和10 000 mg·L~(-1)两个梯度内,反应器脱氮性能受到了较大影响,但随着驯化过程的持续进行可逐步恢复.修正的Boltzmann模型能较为准确地拟合An AOB受到不同盐度抑制后的活性恢复过程,相关系数R~2均在0. 96以上.得到的Cl~-浓度6 000 mg·L~(-1)和10 000 mg·L~(-1)时的恢复中间值tc分别为28. 765 d和44. 495 d,NRRmax分别为0. 145 kg·(m~3·d)~(-1)和0. 212 kg·(m~3·d)~(-1),NRRmin分别为0. 021 kg·(m~3·d)~(-1)和0. 085 kg·(m~3·d)~(-1).高盐度驯化后,厌氧氨氧化菌仍主要为Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia(其丰度分别是14. 76%和2. 7%),且污泥颗粒化程度和污泥密度均有不同程度的提高,污泥呈红褐色.