硝化生物膜系统对低温的适应特性:MBBR和IFAS

为探明硝化生物膜系统对低温的适应特性,在不同温度(20、 15和10℃)下长期运行移动床生物膜反应器(MBBR)和生物膜-活性污泥复合工艺(IFAS)并考察温度降低对其硝化性能、生物膜特性及群落结构的影响,以期为生物膜系统在污水处理行业的应用提供理论依据.结果表明,当温度降低至10℃时,MBBR和IFAS的氨氮去除率分别为(90.88±5.73)%和(99.79±0.31)%,表明IFAS比MBBR具有更好的低温适应性.这是由于低温导致胞外聚合物(EPS)含量的增加,进而促使生物膜厚度及干重不断升高,而相同负荷下的MBBR生物膜更容易堵塞,从而影响传质.活性测定结果表明,尽管IFAS中活性污泥的硝化贡献率始终占主导地位,但随着温度降低,生物膜的氨氧化贡献率从30.72%逐渐上升至39.85%,起到了强化硝化的作用.qPCR结果显示,温度的降低使生物膜中硝化细胞拷贝数上升,其与低温下生物膜厚度的增加一定程度上弥补了硝化活性的衰减,从而体现了生物膜对低温较强的适应性.     

生物膜-活性污泥组合工艺处理高氨氮废水工程实例

污泥压滤废水经厌氧消化后仍具高COD与高氨氮的特点,C/N比严重失调,属于典型的高氨氮废水。采用生物膜-活性污泥组合工艺(IFAS)处理污泥压滤废水的厌氧消化液,运行方式为好氧/缺氧反复交替,并向废水中添加磷源。系统运行稳定后,系统进水ρ(COD)为900~1 000 mg/L、ρ(NH3-N)为240~400 mg/L,COD、氨氮去除率分别达88.34%、96.53%。出水各指标达到污水处理厂的接收标准。IFAS系统有利于硝化菌的附着,同时向废水中添加磷源有利于活性污泥与生物膜的增长。     

低温条件生物膜与活性污泥复合工艺强化生物脱氮性能的中试研究

中试采用生物膜与活性污泥复合工艺对中国北方某城镇污水处理厂的污水进行处理,考察其在低温条件下对污水中的有机物及含氮污染物的去除能力.结果表明,当进水COD和NH+4-N浓度分别为53~140 mg/L和21~78 mg/L时,生物膜与活性污泥复合工艺出水COD和NH+4-N浓度分别在24~48 mg/L和0.5~3 mg/L范围内,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准(冬季COD<50 mg/L,NH+4-N<8 mg/L),而该污水处理厂原有工艺出水COD和NH+4-N浓度分别在20~73 mg/L和9~20 mg/L之间.因此,在低温条件下,生物膜与活性污泥复合工艺能够提高对污染物的去除能力.     

IFAS工艺处理实验室废水应用研究

实验室废水由于水质波动大,成分来源复杂,可能含有某些有毒有害物质,而难以有效处理。本研究以某科研机构实验楼排放的实验室废水为研究对象,采用生物膜-活性污泥复合工艺(IFAS)处理的方法,探究不同时间段实验室废水的产排特征,并通过添加化粪池污水调节实验室废水水质水量,考察IFAS工艺对实验废水COD、NH3-N等污染物的去除效果及其抗冲击性能。研究结果表明,当实验室废水COD、NH3-N分别为13. 88～766. 99mg/L,0. 35～5. 76mg/L时,通过调节实验室废水和化粪池污水的比例,实验室废水的可生化性、毒性和冲击负荷得到改善;同时,实验室废水和化粪池污水在2∶1配比条件下,经过IFAS工艺处理后其出水COD、NH3-N浓度均可达到《GB 8978-1996污水综合排放标准》中的一级排放标准。另外,研究发现IFAS工艺具有良好的抗冲击负荷性能。     

复合工艺在城市污水处理厂改造中的应用

水污染控制的主要任务是有机物的降解和氮磷的去除。我国现有污水处理厂大多采用传统活性污泥法 ,对于氮、磷的去除往往不能达到新实施的《城镇污水处理厂污染物排放标准 (GB18918- 2 0 0 2 )》的要求。而生物膜、活性污泥复合工艺为我国城市污水处理厂的扩建和改造提供了一条经济、高效的途径。     

生物膜-活性污泥复合工艺处理养猪废水的中试启动及运行

采用生物膜-活性污泥复合工艺处理养猪废水,研究了该工艺的启动过程,分析比较了不同水力停留时间对污染物的去除情况。研究表明:随着水力停留时间的减少,各污染物的去除效果都有一定程度的降低,而氨氮容积去除负荷从(0.086±0.008)kg/(m3·d)增加到(0.170±0.038)kg/(m3·d),最高可达0.22 kg/(m3·d)。本工艺的最佳进水容积负荷为0.07⁰.12 kg/(m3·d),此时NH+4-N和COD的去除率分别为(94.18±2.78)%和(73.83±9.13)%。稳定运行期间出水NH+4-N和COD基本都能满足GB 18596—2001《畜禽养殖业污染物排放标准》的要求。     

山东省广饶县污水处理厂工艺对比研究

介绍了广饶县污水处理厂一期、二期工艺即淹没式生物膜工艺和改良式A2/O工艺的特点及运行情况,分析了每个阶段对污染物的去除原理,并进行对比。结果表明:1)两个工艺对有机物的去除效果相当;2)改良式A2/O工艺对TN的去除效果优于淹没式生物膜工艺,主要是因为改良式A2/O工艺增加了内回流,增强了反硝化效果;3)两个工艺对TP的去除效果相当。     

IFAS工艺处理南方低碳源污水的泥膜微生物互作规律分析

针对低碳源条件下污水处理问题,开展了活性污泥和生物膜共生系统（IFAS）的实验研究,讨论了低碳源下泥膜两相微生物的赋存特征和互作规律,明确其生态位和对处理效能的影响,通过实际水厂的中试实验,分析生物膜挂膜特性、泥膜活性和菌群的演替规律,对比在不同活性污泥泥龄调控下的泥膜两相中微生物结构和相互作用.结果表明,在变SRT下,反应器内污泥浓度随着SRT的增大而增加;由于SRT-H中微生物浓度远大于SRT-L,因此SRT-H中泥膜之间的竞争关系较SRT-L更激烈,SRT-H中污染物去除效能较SRT-L更低.低碳源进水条件下,IFAS工艺中污泥活性随SRT增大而降低,当低SRT （5 d）条件下,活性污泥硝化、反硝化、聚磷和吸磷速率较高SRT （25 d）分别增加了122%、88%、34%和44%;而SRT对生物膜活性的影响较小,两种SRT下生物膜硝化活性、反硝化活性相差不大.微生物测序分析表明,IFAS工艺功能菌在泥膜两相间会随着SRT的变化而发生富集转移;SRT-L中,因"播种（seeding）"效应而在泥膜两相间发生富集转移的功能菌主要为unclassified_g__Enterobacteriaceae,SRT-H中则主要是Acinetobacter.同时,通过分析优势功能菌分布,发现活性污泥中脱氮菌和聚磷菌之间也存在一定竞争;在进水有机基质匮乏的条件下,脱氮菌的相对丰度明显高于聚磷菌的相对丰度,表明脱氮菌更能适应低碳源条件,所以能在竞争中占据优势地位,这种优势主要体现为好氧反硝化菌相对丰度的增加;此外,泥相的SRT变化会反作用于膜相,使得生物膜的停留时间相应发生改变,从而改变菌群结构,筛选出不同优势菌属,进一步加大差异.     

SPG膜曝气-基因工程菌生物膜反应器处理阿特拉津废水研究

膜曝气-生物膜反应器(MABR)是一种新型的膜-生物废水处理工艺,在MABR中采用基因工程菌生物膜可以强化难降解污染物的生物去除.本研究在SPG膜表面形成基因工程菌生物膜,运行SPG膜曝气-生物膜反应器(SPG-MABR)处理阿特拉津废水,考察了气压、挂膜生物量和液体流速对SPG-MABR运行性能的影响,以及基因工程菌生物膜的变化.结果表明,提高气压可以增大透氧系数,从而提高阿特拉津和COD的去除速率以及复氧速率.提高挂膜生物量能够加快阿特拉津和COD的生物去除,但生物膜厚度增加使得氧传质阻力增大,复氧速率降低.层流状态下减小SPG-MABR中的液体流速,有利于污染物向生物膜扩散传质,从而提高污染物去除速率.气压为300 kPa、生物量为25 g·m-2、液体流速为0.05 m·s-1时,SPGMABR反应器对阿特拉津5 d的去除率可以达到98.6%.在SPG-MABR运行过程中,基因工程菌生物膜呈现微生物多态化趋势.生物膜表面逐渐被其他微生物细胞覆盖,基因工程菌分布减少,生物膜内部仍以基因工程菌细胞为主.     

一体式厌氧氨氧化工艺处理高氨氮污泥消化液的启动

利用新型固定生物膜一活性污泥反应器处理实际污泥消化液,通过接种短程硝化污泥和厌氧氨氧化生物膜填料,逐渐提高进水氨氮浓度并控制溶解氧浓度在0.11~0.42mg/L,系统在65d内实现了短程硝化-厌氧氨氧化反应的启动.反应器系统稳定运行阶段具有良好的污染物去除效果,进水COD和氨氮浓度为921和1120.8mg/L,COD、氨氮和总氮去除率分别为66.8%,99.0%和94.4%,总氮去除负荷为0.27kgN/(m3·d).试验表明采取逐步提高进水中消化液比例的策略,有利于一体式厌氧氨氧化工艺的快速启动.进一步分析发现系统同时存在厌氧氨氧化和反硝化的脱氮途径,对总氮去除的贡献率分别为67.4%~91.1%和8.9%~32.6%.     

部分反硝化耦合厌氧氨氧化IFAS系统脱氮性能

采用部分反硝化活性污泥耦合厌氧氨氧化生物膜处理低碳氮比废水(C/TN=1.63),考察生物膜-活性污泥复合系统(IFAS)进行部分反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)处理低碳氮比废水的可行性及其耦合后两相中功能菌活性与菌群分布变化规律.结果显示,系统耦合运行期间,出水TN为(5.07±0.2)mg/L,去除率为(90.7±0.1)%,厌氧氨氧化途径对TN去除的贡献率高达(86.61±3.4)%;固着相对厌氧氨氧化活性的贡献率为100%,悬浮相上,μ(NO₃^--N)占比为99.32%,μ(NO₂^--N)占比为99.22%;与耦合前相比,悬浮相中硝酸盐还原酶(Nar)活性由(0.43±0.05)μmol/(mg protein·min)增加至(0.49±0.09)μmol/(mg protein·min),亚硝酸盐转化率明显升高[(70±2.2)%~(90.01±2.3)%];Illumina MiSeq结果显示,固着相上的优势菌属为Candidatus_Brocadia,且耦合前后丰度无明显变化(33.61%~33.43%),悬浮相上反硝化菌属Prosthecobacter,Ferruginibacter,OLB8丰度增加.以上结果表明,在IFAS系统中可以实现稳定的PD/A协同脱氮,耦合后部分反硝化由悬浮相主导,厌氧氨氧化由固着相主导,厌氧氨氧化菌(AnAOB)与反硝化菌对NO₂^­--N的竞争强化了悬浮相部分反硝化能力.     

Contributions of biofilm and suspended sludge to nitrogen transformation and nitrous oxide emission in hybrid sequencing batch system

Hybrid system combines the nature of suspended growth and attached growth has been widely applied to wastewater treatment. In this research, the contributions to N transformation and N2O emission by biofilm and suspended sludge in the hybrid sequencingbatch reactor for a simultaneous nitrification, denitrification and phosphorus removal process were investigated. For the hybrid system, nitrification occurred mostly in the suspended sludge, while the biofilm played the major role in denitrification. The interaction of the biofilm and the suspended sludge in the same reactor resulted in a better overall nitrogen removal performance with simultaneous nitrification and denitrification. However, N2O emission was the main end product of nitrogen removal for the hybrid system; while it was N2 for the biofilm. The relative low N2O emissions from the pure biofilm and the pure suspended sludge corresponded to the relatively high nitrate at the end of the aeration period compared with the hybrid system.     

颗粒污泥SBR处理生活污水同步除磷脱氮的研究

采用厌氧-好氧的SBR运行方式,以人工配水培养的好氧颗粒污泥为接种污泥,处理碳、氮、SS浓度均较高的生活污水,研究了系统中颗粒污泥的稳定性及其去除有机物和同步除磷脱氮的效果.经过1个月的驯化培养,颗粒污泥即可呈现出良好的污染物去除性能并趋于稳定,反应器中颗粒污泥含量始终占污泥总量的68%以上.颗粒污泥系统污泥浓度为5 000～6000mg/L,SVI值为20～35 mL/g.经过3个月的运行后,反应器中颗粒污泥由原来以粒径0.6～0.9 mm的中等大小颗粒占主体变为粒径＞1.25 mm的大颗粒占主体.稳定运行阶段颗粒污泥系统对COD、TOC、磷酸盐、氨氮、总氮和SS的平均去除率分别为83.04%、70.41%、94.30%、86.51%、41.82%和85.89%.对反应器运行过程中典型周期的分析,反映出颗粒污泥良好的同步除磷脱氮效果.     

生物膜强化推流式颗粒污泥自养脱氮反应器启动

提出了一种推流式一体化短程硝化厌氧氨氧化颗粒污泥反应器的强化启动策略.第1步，在推流式反应器内接种活性污泥并投加固定生物膜填料，通过逐渐提高进水氨氮浓度和曝气量并控制溶解氧在0.2mg/L以下，自养脱氮反应器成功启动并稳定运行，总无机氮去除负荷达1.7kgN/（m³·d）.运行期间生物膜逐渐生长、成熟并出现脱落，同时悬浮污泥出现红色颗粒.第2步，填料填充比从20%降低至0，系统的总无机氮去除负荷短暂下降至0.85kgN/（m³·d），平均污泥粒径从270μm降低至163μm.但系统脱氮负荷随着曝气量的增加可迅速恢复，且平均污泥粒径逐渐增加至195μm.结果表明，推流式反应器中悬浮絮体污泥与颗粒污泥可稳定存在，且悬浮污泥系统的脱氮负荷可达1.5kgN/（m³·d），与固定生物膜-活性污泥系统相当.本研究为推流式厌氧氨氧化颗粒污泥工艺的启动提供了可行的方案.     

泳动床/好氧颗粒污泥新技术处理生活污水的特性研究

基于生物膜法和活性污泥法的联合工艺技术,开发了泳动床/好氧颗粒污泥污水处理新技术.试验阶段,泳动床/好氧颗粒污泥技术表现出高效处理生活污水和实现污泥减量的显著特性.在水力停留时间HRT为3.2 h, COD负荷与NH⁺₄-Ｎ负荷分别为2.03 　kg/(m^３·d) 和0.52 　kg/(m^３·d)时,分别获得COD 90.9%和NH⁺₄-Ｎ 98.3%的平均去除效果.系统运行16 d开始出现好氧颗粒污泥,颗粒呈球形、椭球形和棒形,试验阶段混合液悬浮固体浓度MLSS最高达5 640 mg/L, MLVSS/MLSS平均高达0.87.此外,镜检表明好氧颗粒污泥与生物膜均聚集大量的原生动物和后生动物,形成较长和较稳定的食物链,有利于污泥减量,运行过程中污泥产率（MLSS/COD_removed）为0.175 5,仅为普通好氧工艺的50%左右.     

悬浮填料活性污泥法影响因素初探

针对传统活性污泥法生物脱氮除磷功能较差，前期试验和中试试验采用投加悬浮填料强化其脱氮能力，进而研究了曝气方式对生物膜量的影响，及低温、填料投配比和生物膜量等因素对系统脱氮效果的影响。结果表明，采用微孔曝气能显著提高填科的生物膜量，而在一定范围内降低填科投配比对系统硝化效果影响不大，冬季通过提高系统的曝气量，可以保证系统的硝化效果基本不变，使出水氨氮较低，出水完全可以达标排放，表明试验投加悬浮填科强化传统活性污泥法的脱氮功能是经济，简便和可行的。     

UASB-A/O耦合工艺处理高含氮印染废水中试

通过现场中试考察了UASB-A/O耦合工艺分类处理印染废水的效果. 在前处理废水UASB进水流量为0.065 m3/h,染色废水UASB进水流量为0.260 m3/h,同时A/O工艺混合液回流比为200%的情况下,该耦合工艺对印染废水中污染物去除效果最好:最终出水ρ(COD_Cr)<200 mg/L,ρ(NH₃-N)<10 mg/L,ρ(TN)<15 mg/L;染色废水和前处理废水在耦合工艺的UASB段都实现了高效厌氧氨化,染色废水厌氧出水ρ(NH₃-N)占ρ(TN)的比例稳定在80%以上,前处理废水稳定在85%以上,并且在常温厌氧条件下也可以实现较好的氨化效果;通过调整前段UASB的运行参数可有效实现对VFAs(挥发性脂肪酸)的调控,使之为缺氧反硝化提供充足的高品质碳源,以达到高效脱氮的目的;耦合工艺对印染废水中的PVA(聚乙烯醇)有较好的处理效果,UASB段对PVA的去除率在10%~40%之间,A/O段对PVA的去除率稳定在60%以上.      

生物膜复合系统脱氮除磷的特征及微生物群落结构分析

试验研究了序批式生物膜复合系统在不同有机负荷下氮磷等营养物质的去除特性.结果表明,复合系统在COD负荷为0.35kg.kg-1.d-1(以MLSS计)时能够很好解决脱氮除磷的泥龄矛盾,TP、TN、NH4+-N去除率分别能达到96%、89%和96%,高于对照组的SBR工艺.复合系统中,悬浮污泥对硝化起主要作用,悬浮态污泥和生物膜的硝化平均贡献比为1.66;附着态生物膜对反硝化和除磷起主要作用,生物膜和悬浮态污泥的反硝化贡献比为2.19,释磷贡献比为3.5,摄磷贡献比为3.76.利用PCR-DGGE技术发现,复合系统中存在丰富的脱氮功能菌和除磷功能菌,且悬浮态与附着态微生物的相似性仅为73%,区别较大,说明两者存在一定的分工协作,与反应器的处理特性相一致.     

上升流速对CANON工艺稳定性及微生物群落的影响

采用膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器作为全程自养脱氮（CANON）工艺启动运行的装置,考察了不同上升流速对CANON工艺脱氮性能的影响,并对固定生物膜-活性污泥（IFAS）系统内颗粒污泥粒径的变化和生物膜上的生物量进行定量分析,同时对颗粒污泥和生物膜上的微生物进行高通量分析,探究在不同聚集体上微生物群落结构的特点.结果表明,在连续运行过程中,上升流速由2m/h增加至6m/h的过程中,总氮去除负荷由0.20kg/（m³·d）逐渐增加至0.66kg/（m³·d）,而ΔNO₃^--N/ΔNH₄⁺-N的比值稳定在0.11,成功实现了CANON的高效稳定运行.当上升流速增加至8m/h时,CANON工艺脱氮性能失稳,总氮去除负荷（NRR）降低至0.42kg/（m³·d）,污泥平均粒径由1.3mm减小到0.9mm.上升流速恢复至6m/h后,CANON脱氮工艺脱氮性能逐渐恢复,最终NRR稳定在0.60kg/（m³·d）以上,污泥平均粒径恢复至1.2mm,生物膜生物量的比生长速率为0.0024d^-1.高通量测序显示,颗粒污泥中主要以氨氧化细菌（AerAOB）功能菌Nitrosomonas（2.45%）,和厌氧氨氧化细菌（AnAOB）功能菌Candidatus Kuenenia（2.38%）为主要菌属;而生物膜中主要是AnAOB功能菌Candidatus Kuenenia（9.78%）、Candidatus Brocadia（4.23%）,同时还检测出少量AerAOB功能菌Nitrosomonas（0.40%）.结果表明两种微生物在不同聚集体上存在一定的差异性.     

基于纯膜MBBR的CANON工艺稳定运行及抗冲击性分析

应用CANON-MBBR系统处理实际污泥厌氧消化脱水液,考察了系统的稳定运行控制策略。结果表明:稳定期间,系统出水ρ（NH₄+-N）稳定低于25 mg/L,去除率>96%;出水ρ（TIN）<70 mg/L,去除率>87%。系统维持纯生物膜运行,无须进行污泥回流与菌种的补投,实现了稳定的自养脱氮过程。运行期间,考察了水量、DO及温度对系统稳定性的影响,结果表明:在进水流量为80 m3/d（为平稳期1.33倍）、ρ（DO）高达2~4 mg/L和24 ℃低温条件下系统依然保持较高的脱氮性能。高通量测序结果表明,系统优势氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（AnAOB）分别为Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia,其相对丰度均值分别为6.5%和30.2%,亚硝酸盐氧化菌（NOB）的相对丰度始终低于0.1%,NOB被成功抑制。悬浮载体生物膜实现了AOB和AnAOB的高效富集,系统较低的AOB丰度限制了系统脱氮能力的进一步提升。