水力剪切力对厌氧反应器启动的影响

升流式厌氧反应器以絮状污泥为种泥启动,启动过程主要关注COD去除率的提高以及污泥颗粒化的情况.污泥颗粒化过程包括"成核"以及"在核基础上成熟"2个步骤,"成核"作为颗粒化的起点尤为重要.本实验运用课题组建立的定量方法,研究了在低、中、高水力剪切力条件下的絮状污泥的成核过程.在成核过程中,污泥平均粒径(average sludge diameter,ASD)、含核率(nucleus ratio,NR)都与运行时间明显线性相关,ASD的增长速率分别为0.40、0.51和0.41μm.d-1.中等水力条件下污泥的成核速度最快,相应的剪切速率为8.28 s-1,液相和气相上升流速分别为2.66和0.24 m/h.高水力剪切力下,污泥的COD去除率增长快.同时污泥去除能力与污泥性质密切相关,在试验条件下,ASD的增长速率与COD去除率达到92%的快慢是一致的.     

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.     

利用好氧颗粒污泥持续增殖启动高性能亚硝化反应器

为了考察亚硝化颗粒污泥(NGS)的持续增殖能力,向柱状序批式反应器(SBR)内接种极少量种污泥,在130 d内,将氨氮容积负荷(NLR)从0.74 kg·(m~3·d)~(-1)提高到6.66 kg·(m~3·d)~(-1),成功使反应器内污泥浓度(MLSS)从0.1 g·L~(-1)增长至11.8 g·L~(-1),对应的亚硝态氮累积负荷从0.4 kg·(m~3·d)~(-1)升至4.9 kg·(m~3·d)~(-1).当NLR低于4.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,反应器内粒径200μm的污泥数量明显增多,颗粒平均粒径大幅减小.当NLR继续提高时,颗粒平均粒径的增长过程遵循修正的Logistic模型,其比增长速率k值约为0.022 9 d-1.在运行期间,较高的游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)浓度能够对亚硝酸盐氧化菌(NOB)起到联合抑制作用,这使得出水中亚硝态氮累积率(NAR)始终高于80%.上述实验结果将为工业化高效NGS反应器的启动操作提供重要参考.     

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。      

全自养硝化污泥的颗粒化过程研究

利用SBR反应器,以浓度(以N计,下同)120～650 mg/L的自配氨氮废水,在0.48～3.60 kg/(m3.d)的氨氮负荷下,探讨了自养硝化颗粒污泥的形成过程.结果表明,以硝化污泥接种,氨氮负荷为0.48 kg/(m3.d),温度为30℃±2℃,逐渐缩短沉淀时间至10 min的条件下,硝化颗粒可以在第22 d形成,并在第43 d进入相对稳定期,平均粒径达到500μm左右.颗粒污泥的平均粒径变化经历了迟滞期、快速增长期和稳定期3个阶段.污泥平均粒径由接种污泥的127μm增长到稳定期的500μm左右.在快速增长期,平均粒径增长速度可达12μm/d.成熟颗粒污泥的形状规则、分界清晰,分布有大量杆菌,粒径300μm的颗粒污泥所占比例达74.6%,污泥相中已基本没有絮状污泥.污泥在颗粒化过程中,颜色由接种污泥的灰褐色转变为颗粒污泥的黄红色.硝化颗粒污泥表面分布有大量杆菌和块状的EPS结构.     

气升装置对厌氧氨氧化污泥形态及性能的影响

通过接种粒径小于0.9 mm的厌氧氨氧化污泥,启动具有气升装置的上流式厌氧反应器.利用厌氧氨氧化过程产生的氮气作为动力,研究了气升回流系统在厌氧反应器中对厌氧氨氧化污泥形态和性能的影响.结果表明,在反应器启动初期,反应器脱氮速率较低,产气量很小,导致厌氧氨氧化污泥易于凝聚.当脱氮速率达到3.4 kg·(m3·d)-1时,气升产生的回流量明显,反应器自回流系统形成.经过183 d运行,污泥颗粒中MLVSS含量随着污泥粒径增加而不断增长,粒径分布主要集中在1.6~2.5 mm,占污泥总体积的53.2%.与外置回流泵相比,气升装置具有同样功能,产生的回流有利于厌氧氨氧化反应器内污泥的颗粒化,同时减少回流泵所需要的动力消耗和设备费用.     

EGSB反应器快速培养厌氧颗粒污泥

在EGSB反应器中接种取自UASB反应器的絮状污泥(占总接种污泥量的4/5)和少量厌氧颗粒污泥(粒径<0.8mm,占总接种污泥量的1/5),对用该反应器快速培养厌氧颗粒污泥进行了试验研究,结果显示:经过35d运行,反应器中的污泥出现明显的颗粒化现象,平均粒径达1.4mm,且粒径分布均匀,中间粒径(1～2mm)的质量分数达61.84%。当进水COD浓度为7500mg/L,容积负荷为52kg/(m3.d),水力停留时间约3.2h,回流比为12,上升流速为3.4m/h时,反应器仍可稳定运行,COD去除率达95.4%,且在此运行条件下,通过排泥维持反应器内的MLSS为45g/L时,污泥的增长最为迅速,经过4～5d,MLSS可达65g/L。     

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.     

利用填料式EGSB反应器启动厌氧氨氧化研究

对EGSB反应器进行改型,采用填料覆盖式出水富集培养厌氧氨氧化菌,并考察了反应器的脱氮能力,厌氧氨氧化现象,污泥颗粒化情况以及微生物变化情况。从第80天开始,反应器运行稳定,出现厌氧氨氧化现象,经过160多天的连续培养,总氮容积负荷达到0.88 kg/(m3·d),氨氮、亚硝酸氮去除率均在85%以上,污泥颗粒化明显,大部分污泥颗粒粒径在0.2~2 mm。反应器富集培养物中厌氧氨氧化菌含量明显增长,优势菌种为Candidatus_Brocadia属。     

硝化微颗粒污泥快速培养及其亚硝化功能快速实现

在连续流气提内循环反应器中接种絮体硝化污泥,研究硝化颗粒污泥快速培养及其亚硝化功能快速实现过程.结果表明,通过逐步缩短HRT(由5 h降至2.5 h),3周内基本实现污泥微颗粒化;污泥微颗粒化过程中污泥颜色先由黄褐色转为米白色最后变成浅黄色;污泥沉降性能经历了由好变差再转好的变化过程,试验末期污泥SV_(30)=SV_5为4%～5%且SVI_(30)=SVI_5为12～13 mL·g~(-1);所得硝化微颗粒污泥平均粒径在134μm(第27 d时)其中近70%的微颗粒污泥粒径在59～163μm狭窄范围,即微颗粒污泥粒径分布均匀性高.随后,逐步提升反应器进水氨氮浓度(由50升至200 mg·L~(-1)),微颗粒污泥在1周内实现亚硝化率达90%以上且亚硝化负荷达1.34 kg·(m~3·d)~(-1);分析认为出水中较高的剩余氨氮浓度(27～50mg·L~(-1))或较低的DO/NH_4~+-N(0.03～0.09)是该微颗粒污泥反应器快速实现亚硝化的主要原因.