低浓度氨氮废水单级自养脱氮EGSB反应器的快速启动

将单级自养脱氮生物膜污泥作为种泥接种于膨胀颗粒污泥床反应器中,并对该反应器进行启动.在温度为(30±2)℃,p H值为7.8~8.2,DO为0.2~1.1 mg·L~(-1),上升流速为2.0~4.0 m·h~(-1)的条件下,进行了低浓度氨氮(60~100 mg·L~(-1))废水的单级自养脱氮工艺快速启动研究.结果表明,经过83 d的运行,反应器历经适应期、提高期和稳定期后,稳定运行阶段NH_4~+-N、TN去除率分别达到99.4%和80.7%.通过控制回流比和提高进水氨氮负荷维持了稳定的低DO状态,有效抑制了硝化细菌的生长,而部分亚硝化反应和厌氧氨氧化反应为主导反应并能保持高效、稳定的脱氮效果,成功实现了在膨胀颗粒污泥床反应器中单级自养脱氮过程的启动.颗粒污泥平均粒径从174μm增大到296μm.扫描电镜显示颗粒污泥表面光滑,微生物以球菌、短杆菌为主.FISH结果显示亚硝化细菌分布在颗粒污泥表面,厌氧氨氧化菌分布在颗粒污泥内部.反应器中构建了稳定的自养脱氮颗粒污泥系统.     

接种单一/混合污泥对厌氧氨氧化反应器快速启动的影响

在两组SBR反应器R0、R1中分别接种单一类型反硝化颗粒污泥和反硝化颗粒污泥与好氧硝化污泥的混合污泥(体积比为2∶1)来启动厌氧氨氧化,旨在探求不同接种污泥对厌氧氨氧化反应器快速启动的影响.结果表明,R0用时64 d成功启动厌氧氨氧化,总氮去除负荷为0.26 kg·(m~3·d)~(-1),R1用时47 d,总氮去除负荷为0.30 kg·(m~3·d)~(-1),比R0缩短了17 d;在富集培养阶段,R1中红色污泥大量出现,系统厌氧氨氧化特征比R0更加明显;反应器启动成功后,R0的化学计量比为1.20和0.34,R1的化学计量比为1.26和0.21,比R0更接近理论值1.32和0.26,R0中污泥的MLSS和MLVSS分别恢复到初始种泥的51%(4.2 g·L~(-1))和38%(2.3 g·L~(-1)),R1中污泥的MLSS和MLVSS分别恢复到初始种泥的54%(4.4 g·L~(-1))和42%(2.6 g·L~(-1)),高于R0,可以推测,R1驯化过程中厌氧氨氧化菌(AnAOB)增殖速率比R0更快.采用混合污泥作为接种污泥能够加速厌氧氨氧化的启动进程,且启动成功之后系统的脱氮性能更加稳定.     

ABR反应器处理碱减量印染废水的启动研究

对折流板厌氧反应器(ABR)处理碱减量印染废水的启动过程进行了实验研究.ABR接种厌氧颗粒污泥,以模拟碱减量印染废水作为启动进水,在温度为32～35℃,进水pH值为7.8～8.3条件下,采用低负荷方式启动ABR.反应器经过了70 d共6个阶段的连续运行后完成启动,实现了对碱减量印染废水的高效稳定运行.稳定运行反应器的平均容积负荷(以COD计)达到1.93 kg·(m3.d)-1,出水pH值7.3左右,COD平均去除率为78%以上.启动后期ABR各隔室功能分区较为明显并且形成了性能良好的厌氧颗粒污泥,相对于启动前期各隔室内颗粒污泥的粒径增大,沉降性能变好,颗粒污泥的f(MLVSS/MLSS)值均达到0.65以上.启动完成后各隔室内的微生物具有较高活性,ABR中厌氧颗粒污泥的平均DHA浓度(以TF计)和平均辅酶F420浓度分别为88.8μ(g·h)-1和0.18μmol·g-1.     

反硝化抑制硫酸盐还原的工艺特性

本实验通过建立一套两级串联UASB反应器研究油田集输系统及高含盐量废水中反硝化抑制硫酸盐还原的工艺处理特性,并在工艺稳定运行后对形成的颗粒污泥性状及微生物特性进行研究.结果表明,添加Na NO2可促使反应体系中反硝化细菌(denitrifying bacteria,DNB)数量由7.0×103CFU·(100 m L)~(-1)增加至7.3×105CFU·(100 m L)~(-1)并保持稳定,DNB对硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)的竞争抑制作用导致SRB数量由8.0×105CFU·(100 m L)~(-1)减少,稳定至7.6×104CFU·(100 m L)~(-1),同时,硫酸盐还原过程被抑制,硫离子的抑制率不断增加,最终稳定至82%.生物量与亚硝酸盐的质量比为1 200时,反应体系对S2-的抑制率最高,达到92%,可实现较好的硫酸盐还原过程抑制效果;该工艺对其抑制率可保持在92%左右,具有较好的稳定性.形成的反硝化颗粒污泥为棕褐色,基本为椭球形和球形,表面光滑且密实.反硝化抑制前,颗粒污泥的粒径多分布于1.0~1.4 mm,平均粒径为1.17 mm,经反硝化抑制后,粒径多分布在1.2~1.6 mm,平均粒径为1.21 mm,反硝化抑制过程促进污泥粒径的小幅增加;形成的反硝化颗粒污泥平均沉速为47.6 m·h~(-1),沉降性能较好.PCR-DGGE分析结果表明,反硝化抑制作用使微生物菌种由18种减少至14种,优势菌种由4种减至3种,多样性降低,反硝化抑制前后微生物种群相似性为62.6%,种群结构发生较大改变,优势菌群由SRB演变为DNB,SRB优势菌种由4种减至2种,同种菌的丰度明显降低;反硝化抑制过程的主要功能菌为Uncultured Sulfurimonas sp.,是一种自养型反硝化细菌,与SRB抢夺电子并占优势,抑制硫酸盐还原过程及SRB生长繁殖,从而抑制硫化物的产生.     

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.     

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.     

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.     

室温低氨氮基质单级自养脱氮颗粒污泥启动效能与污泥特性

室温低氨氮基质条件下单级自养脱氮工艺的启动和稳定运行是该工艺应用于市政污水处理的前提和基础.本研究在气升式反应器中接种久置的PN/A(partial nitritation and ANAMMOX)颗粒污泥,控制温度在(23±2)℃,pH在7. 7～8. 0,以氨氮浓度为70 mg·L~(-1)的人工无机配水为基质,考察单级部分亚硝化-厌氧氨氧化实现室温启动效能.通过逐级缩短HRT(1. 1 h→0. 9 h→0. 7 h→0. 5 h)提升氮负荷[1. 53 kg·(m~3·d)~(-1)→1. 87 kg·(m~3·d)~(-1)→2. 40 kg·(m~3·d)~(-1)→3. 36kg·(m~3·d)~(-1)],逐步恢复AOB、AMX菌活性以及微生物协同效能.经过95 d运行调控,反应器成功启动,NH_4~+-N和TN去除率达85%和69%.根据各阶段污泥性能,严格控制溶解氧,有效抑制NOB.污泥适应环境后,颗粒粒径随负荷提升逐渐增大,最终平均粒径达1. 30 mm.成熟的自养颗粒污泥轮廓光滑清晰,扫描电镜显示,颗粒污泥内部形成空腔,表面有孔隙,污泥形态以球菌为主,并有少量杆菌及短杆菌. EPS主要成分为蛋白质(81. 48%),泥水分离效果较好.     

IC反应器处理制药废水的颗粒污泥驯化和快速启动

试验研究了厌氧内循环(IC)反应器处理化工合成制药废水时,颗粒污泥的驯化培养启动过程.IC反应器控制在中温条件运行,接种颗粒污泥取自处理味精废水的厌氧上升流式污泥床反应器,驯化开始采用葡萄糖基质与制药废水混合废水,然后很快转化为全部是生物难降解的合成制药废水.结果表明,采用高负荷、高进水浓度的启动控制条件,经历23d的启动运行,IC反应器的容积负荷达到5 kgCOD/(m3·d), COD去除率达到70%~80%.在容积负荷达到7.4kgCOD/(m3·d)时,COD的去除率仍可稳定在70%左右.IC反应器中的成熟颗粒污泥形状规则、密实、粒径大.扫描电镜观察发现,颗粒污泥中古细菌产甲烷鬓毛菌(Methanosaetaceae)占优势. IC反应器处理难降解废水在高负荷、高进水浓度条件下可实现快速培养驯化和启动.     

废水脱氮与沼气脱硫耦联菌株的驯化和分离

在不接种污泥、接种厌氧污泥和接种好氧污泥的条件下,采用鼓泡反应器研究猪场废水脱氮与沼气脱硫耦联反应器的启动及关键微生物.试验前期(第26 d前),接种污泥反应器的脱氮脱硫率为50%～64%,而不接种污泥反应器的脱氮脱硫率只有11%～14%.到驯化结束时(第56 d),3个反应器的脱氮效率为90%左右,脱硫效率达到70%以上.结果表明,不接种污泥反应器经过一段时间驯化后也可以达到同样的脱氮脱硫效果,只是启动时间比接种污泥的反应器稍长.在反应器启动期间,于不同时段分别进行了微生物种群动态变化检测,结果显示微生物种群数量变化与3个反应器的脱氮脱硫效果变化趋势基本一致.在驯化成功的反应器中,分离筛选出氮硫去除率同时达到60%以上的菌株2株,初步鉴定为脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)和假单胞菌属(Pseudomonas)细菌.     

两种接种污泥在MBR中培养好氧颗粒污泥的研究

实验考察两种接种污泥——絮状活性污泥和厌氧颗粒在膜生物反应器(MBR)中培养好氧颗粒污泥过程中理化特性的差异,实验结果表明:好氧颗粒污泥均以丝状菌交织构成网状框架结构,球菌、杆菌穿插其间,并且外围附着一些原、后生动物;由厌氧颗粒污泥形成的好氧颗粒表面结构比由絮状污泥形成的好氧颗粒污泥表面结构更加规则致密。由絮状污泥和厌氧颗粒污泥培养成熟的好氧颗粒污泥平均粒径分别为1.3mm和1.5mm,它们的粒径比较接近,但都小于厌氧颗粒污泥。两种好氧颗粒污泥的SVI值75mL/g,沉降速度都随粒径的增大而增大,范围为25～89m/h,都具有良好的沉降性能。两种接种污泥在MBR反应器中培养好氧颗粒污泥的过程中,MLVSS的增殖率均先为负值,然后逐渐上升变成正值,并且在好氧颗粒成熟后稳定在一定的水平。     

常温处理生活污水微氧高效颗粒污泥反应器内颗粒污泥性能研究

为了分析微氧高效颗粒污泥反应器(EGSB反应器)在环境温度下处理实际生活污水时高效稳定运行的可行性,对15~26℃常温处理实际生活污水微氧EGSB反应器内颗粒污泥活性、沉淀性能、粒径分配、形态等进行研究.结果表明,15~26℃常温处理实际生活污水微氧EGSB反应器稳定运行时颗粒污泥沉速在11~79m·h-1之间,低沉速污泥有少量上浮至三相分离器底部甚至三相分离器上部,但没有出现污泥的流失,污泥浓度达到28g·L-1（以MLSS计）,可获得93.4%、83.8%、74.7%和44.0%的高COD、NH+4-N、TN和TP去除率;污泥产甲烷活性并没有降低,甚至比单纯厌氧时还有所偏高;颗粒污泥的平均粒径增大,主要集中0.63~2.00mm之间,质量分数达到了89%,既能保证反应器内的高污泥浓度,又能保证污染物质向颗粒表面和颗粒内部的高效传质,提高污染物质的转化率.颗粒污泥不同层面上微生物菌群发生了很大变化,外层丝状菌占优势,内层杆菌、丝状菌、球菌混生.微生物菌群排列紧密,细胞间紧密结合,集群协同作用使代谢物质能够以最短距离高效传递,保证了微氧EGSB反应器在常温、低浓度下的高效稳定运行.     

内循环式厌氧反应器启动过程中颗粒污泥的特性

研究了IC反应器的快速启动方法和启动过程中颗粒污泥性质.结果表明,由于反应器成功滞留了大量活性高、沉降性能好的颗粒污泥,反应器初次启动可在20d内完成,二次启动15d内完成,反应器负荷可达12～15kg·(m³·d)^-1,COD去除率85%以上;IC反应器启动结束后,其颗粒污泥的性质发生显著变化,平均粒径由0.88mm增大到1.25mm,平均沉降速度由接种污泥的35.4m·h^-1增加到105.17m·h^-1,最大比产甲烷活性382.98 ml·(g·d)^-1]几乎为初期的4倍,产甲烷优势菌由Methanothrix转变为产甲烷球菌和短杆菌.     

微氧厌氧处理糖蜜废水启动过程中颗粒污泥性质研究

考察中温(35℃～40℃)条件下微氧厌氧处理糖蜜酒精废水中EGSB反应器内颗粒污泥组成元素、泥沉淀性能、粒径分布。结果表明,污泥的颗粒化率随着运行时间的延长逐渐增加,运行至120 d,颗粒污泥的组分主要是K、Na、Ca、Fe、O、P、S这些生物体有机物组成所必须的元素。且随着微氧的稳定运行,粒径主要集中在0.9 mm～1.2 mm,直径大于1.5 mm的颗粒污泥所占比例增长最快,约占15%,与接种时相比,提高了3倍。颗粒污泥的沉降性能进一步提高,沉降速度在20～86 m/h。颗粒污泥表面的微生物以杆菌、球菌为主。     

ABR-MABR耦合工艺处理畜禽养殖废水的同步启动

为评价采用ABR-MABR（厌氧折流板反应器-膜曝气生物膜反应器）耦合工艺处理畜禽养殖废水的可行性,采用模拟畜禽养殖废水,通过在ABR的厌氧格室接种厌氧颗粒污泥和MABR的好氧格室接种活性污泥,逐步升高进水负荷进行反应器的同步启动,并通过PCR-DGGE技术研究了反应器中微生物群落结构.结果表明:48 d后反应器OLR（有机负荷,以COD_Cr计）达到5.0 kg/（m3·d）,此时,耦合反应器对COD_Cr、NH₄+-N的去除率分别可达89%、60%,反应器成功启动;成功启动之后反应器中厌氧颗粒污泥的浓度在14.0~35.0 g/L之间,直径由1.18~1.58 mm增至1.62~2.37 mm.ABR-MABR中的污泥主要由杆状菌和少量丝状菌、球状菌以及胞外聚合物组成;反应器中微生物群落结构丰富,厌氧格室中存在优势的具有产氢、产甲烷功能菌群或反硝化功能的菌群,曝气格室中存在硝化细菌[uncultured Nitrospira sp.、uncultured Nitrospira sp.（Nitrospirae）]与反硝化细菌（Thauera sp.）,同时也发现了与厌氧消化产甲烷相关的菌群.研究显示,采用接种厌氧颗粒污泥与逐步升高进水负荷的方式可以快速实现ABR-MABR的同步启动.      

好氧颗粒污泥快速培养的方法研究

以普通絮状活性污泥为接种污泥,采用人工配制模拟生活污水,利用SBR反应器,研究了系统内分别投加细土和厌氧颗粒对好氧颗粒污泥快速培养的影响。结果表明:2种方法均能促进好氧颗粒的形成,投加细土的反应器运行3周后得到粒径0.4~0.5 mm的颗粒,投加厌氧颗粒的反应器15 d后即获得平均粒径0.8 mm的颗粒,而空白试验运行1个月后颗粒化启动成功,平均粒径仅为0.3 mm。扫描电镜结果显示,培养出的好氧颗粒结构致密,孔隙率高,颗粒外表面存在大量杆菌和丝状菌。     

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.     

CSTR中亚硝化颗粒污泥的变化过程研究

在连续全混反应器(CSTR)中接种SBR培养成熟的亚硝化颗粒污泥,考察反应器构型对亚硝化颗粒污泥生长和运行的影响特性.结果表明,反应器构型和进水模式变化初期部分颗粒污泥解体,污泥平均沉速下降;但随着反应器的进一步运行,CSTR中实现了亚硝化絮体污泥的快速颗粒化过程;整个研究过程中,虽颗粒粒径分布存较大变化,如粒径>2.5 mm颗粒的减少和粒径<0.3 mm颗粒的增加,但颗粒态污泥始终是CSTR中占优势的污泥形态.另外,研究表明反应器构型和进水模式的改变对出水中亚硝酸盐累积率(保持在85%左右)无显著影响,并且新生的小粒径颗粒污泥比大粒径颗粒具有更高的比反应活性,此CSTR中污泥的平均活性亦高于接种污泥平均活性.     

苯酚对厌氧氨氧化工艺耦合反硝化的启动及脱氮性能的影响

研究了ANAMMOX耦合异养反硝化反应器的启动过程,考察了苯酚浓度对耦合反应器脱氮性能的影响.接种2L(占反应器有效容积的20%)挥发性悬浮固体(MLVSS)为6000mg/L的ANAMMOX颗粒污泥,在pH7.8、温度为25℃、HRT为1.5h的条件下经过86d的培养,ANAMMOX耦合异养反硝化启动成功.实验结果表明,在稳定运行阶段,NH4+-N、NO2--N和TN平均去除率分别为85.4%、86.1%和79.9%,TN平均容积负荷和TN平均去除负荷分别为2.63,2.10kg/(m3·d);ANAMMOX颗粒污泥外面包裹着苯酚反硝化菌;系统内异养反硝化与ANAMMOX存在协同和竞争关系.当苯酚浓度≥0.3mmol/L时,ANAMMOX菌的活性受到很大抑制,苯酚浓度的升高加剧了苯酚反硝化菌与ANAMMOX菌之间的竞争;从脱氮效果及系统稳定两方面综合考虑,当苯酚浓度为0.2mmol/L时,耦合效果最好,消耗的NH4+-N、NO2--N与生成的NO3--N之比为1:1.52:0.11.