富磷剩余污泥厌氧消化过程中的水解与生物释磷机制

以某采用A/O生物除磷工艺的污水处理厂排出的富磷剩余污泥为研究对象,设计厌氧消化比较试验,讨论了富磷剩余污泥厌氧消化过程中的磷释放机制.结果发现,剩余污泥消化系统中的SOP(溶解性正磷)释放/PHA(聚羟基烷酸)合成比值大于活性污泥厌氧释磷系统,证实了剩余污泥厌氧消化过程中水解机制是磷释放的主导机制;剩余污泥消化系统中的PHA合成/糖原降解比值小于活性污泥厌氧释磷系统,表明污泥消化系统中的糖原降解不仅仅是生物释磷引起的;厌氧消化系统中抑菌剂的存在对于污泥消化系统的水解释磷机制与生物释磷机制均是不利的.     

富磷剩余污泥厌氧贮存过程中的释磷规律与计量关系

以某采用A/O生物除磷工艺的水质净化厂排出的富磷剩余污泥为研究对象,利用18个棕色消化瓶考察了剩余污泥厌氧发酵过程中P-PO3-4的释放规律;定期测试污泥中TCOD、SCOD、TSS、VSS、PHB等指标,讨论了上清液中P-PO3-4浓度与各指标的变化计量关系.结果表明,发酵过程中P-PO3-4释放随VSS、TCOD呈负相关关系,与SCOD、PHB以及N-NH 4呈正相关关系.计量关系表明,富磷污泥释放P-PO3-4至上清液的同时,PHB指标的变化与活性污泥系统中的厌氧释磷过程有相似之处,认为剩余污泥厌氧释磷过程有活性污泥厌氧释磷的痕迹,但机理更为复杂.     

厌氧、缺氧、好氧环境下富磷剩余污泥的释磷机制

以采用A/O生物强化除磷工艺水质净化厂排出的富磷剩余污泥为研究对象,利用棕色消化瓶设计3组释磷试验,讨论厌氧、缺氧、好氧环境下富磷剩余污泥消化释磷的机制. 结果表明:富磷剩余污泥在厌氧和缺氧环境下均有明显的释磷现象,平均释磷速率分别为1.614和0.998 mg/(L·d);厌氧和缺氧环境下释磷量与聚β-羟基丁酸(PHB)之间的计量关系比较表明,释磷过程中包含有明显的微生物释磷机制,同时还存在着物理化学方面引起的释磷机制,硝酸盐抑制剩余污泥中磷的释放主要是通过影响其微生物学机制完成的.      

活性污泥外循环SBR系统循环污泥释磷能力研究

本试验以HAc作为厌氧释磷的碳源有机物，以SBR系统外循环污泥作为研究对象，探索外循环活性污泥的厌氧释磷能力和获取高浓度富磷污水的途径，试验表明：厌氧过程中聚磷菌吸收HAc和释放PO4^3 的分子比为1：1。即吸收2．06mgHAc-COD将诱导1mgP释放，单位时段比污泥的平均释磷速率Vp=6.54.t^0.76，理想的厌氧时间为60－180min，减少循环污泥释磷系统的反应容积可以提高富磷污水磷酸盐的浓度。     

pH对低温除磷微生物种群与聚磷菌代谢的影响

在5°C条件下通过运行SBR生物除磷反应器和静态实验考察pH对低温生物除磷系统的影响。pH不仅影响生物除磷反应器的性能,而且也会影响生物除磷系统的微生物种群结构。在pH为6的条件下长期运行的生物除磷系统中聚糖菌大量存在;而在中性(pH=7)和弱碱性(pH=8)条件下,聚磷菌在活性污泥中占有优势地位。静态实验结果表明,当pH在6⁸.5之间变化时,聚磷污泥的厌氧释磷能力随pH的升高而提高。pH在68.5之间变化时,聚磷污泥的厌氧释磷能力随pH的升高而提高。pH在6⁸之间变化时,乙酸吸收和PHB的合成能力随着pH升高而加强,当pH升高到8.5时,PHB合成能力下降,从而抑制了好氧段磷酸盐的吸收。pH为8时,生物除磷系统实现了充分的释磷和吸磷,并取得了最好的除磷效果。     

纳米ZnO浓度对EBPR系统除磷性能的影响

采用SBR工艺接种成熟的强化生物除磷(EBPR)絮状污泥,研究了不同浓度纳米ZnO(ZnO NPs)对颗粒化EBPR系统性能的影响。结果表明:低浓度(≤1 mg/L)ZnO NPs可促进厌氧释磷和好氧吸磷作用;随着ZnO NPs浓度的增加,磷酸盐及COD去除能力受到明显抑制;在厌氧释磷过程中,PAOs对ZnO NPs的毒性更为敏感;与未受ZnO NPs污染的系统相比,ZnO NPs浓度为15 mg/L条件下的释磷速率与吸磷速率分别下降了0.1 mg/(gVSS·min)和0.15 mg/(gVSS·min)。     

倒置AAO工艺聚磷微生物的吸磷行为

采用人工配水和市政污水研究了“缺氧-厌氧-好氧”(倒置AAO)脱氮除磷工艺中,聚磷微生物(PAOs)在低碳源、高硝酸盐环境下的释磷和吸磷行为.结果表明,在低碳源、高氮和磷环境中,尽管PAOs在缺氧厌氧段释磷程度低,如果适当延长厌氧段和好氧段的HRT、且好氧曝气较充分,仍能超量吸收磷.PAOs过量吸磷的能量来源不仅仅是厌氧段吸收与合成的胞内聚合物在好氧段的氧化,还来自好氧环境正常代谢过程中多余的能量.外加碳源的投加时间点对PAOs吸磷的影响不显著.PAOs在厌氧段后期出现过量吸磷现象,推测是细胞内有机物厌氧降解产生的ATP通过某种代谢途径被用于无机磷的吸收.     

强化生物除磷系统除磷特性对水温变化响应的试验研究

以富集聚磷菌(Phosphorus Accumulating Organisms,PAOs)的活性污泥为基础,研究了强化生物除磷(Enhanced Biological Phosphorus Removal,EBPR)系统的磷酸盐去除特性对温度升高和恢复的响应.结果表明,水温从20℃分别上升到25、30和35℃3种状态持续运行8d后,EBPR系统厌氧释磷和好氧吸磷受到明显抑制,系统磷酸盐去除率显著下降.20℃对照处理系统的磷酸盐去除率约为80.3%,而35℃的升温处理其磷酸盐去除率为0,说明此系统处于崩溃状态.当所有处理系统水温恢复到20℃运行后,25℃处理系统经过1d的恢复,磷酸盐去除率可恢复至80%,30℃处理系统经过5d的恢复,磷酸盐去除率可达80%,而35℃处理系统则无法恢复到原来的状态.此外,水温上升到25、30和35℃分别运行8d后,系统内厌氧胞内聚合物(PHA)的合成量和好氧PHA的消耗量随着反应器内水温的升高而增加.20℃对照处理系统的厌氧PHA合成量约为0.03mg·mg-1(以污泥计,下同),好氧PHA消耗量约为0.06mg·mg-1;35℃升温处理系统的厌氧PHA合成量约为0.11mg·mg-1,好氧PHA消耗量约为0.12mg·mg-1.当所有处理水温恢复到20℃运行后,升温处理的反应器内厌氧PHA合成量和好氧PHA消耗量都明显降低.     

高效聚磷菌TP16强化除磷

采用SBR反应器,以合成废水作为反应器进水,研究高效除磷菌TP16厌氧聚PHB及释磷,好氧分解PHB和吸磷能力。试验结果表明:TP16好氧培养时,可以好氧聚集PHB,PHB浓度上升与乙酸的浓度下降呈负相关,乙酸吸收量与PHB/VSS的比值呈明显负相关关系;TP16厌氧培养时,底物乙酸浓度下降与菌体PHB的上升呈显著的负相关关系。磷释放试验表明,以乙酸作为底物,TP16厌氧培养时上清液中乙酸浓度的下降与磷浓度的增加呈负相关关系。     

市政污水处理厂生物除磷运行效能与机理分析

选取浙江北部10个污水处理厂,调研污水厂生物除磷的运行效能并开展污泥活性以及微生物分布特征及其除磷机理的研究.通过活性污泥批试验表明,厌氧释磷率和好氧聚磷率(以P计)平均为2.4mg/(g·h)和2.2mg/(g·h);反硝化聚磷菌(DPAOs)占聚磷菌(PAOs)的比例为0.0%～80.1%.荧光原位杂交法(FISH)对活性污泥微生物群落结构分析表明,聚磷菌(PAOs)比例为2.0%～8.7%,聚糖菌(GAOs)比例为1.3%～22.4%.根据调查结果和生物除磷性能研究,可通过调整污水营养成分和设置独立前置反硝化池等方法改善除磷效果.     

不同乙酸浓度对聚磷菌厌氧释磷的影响

采用SBR工艺培养生物强化除磷活性污泥,通过厌氧批式试验对反应器中的高效除磷好氧颗粒污泥进行厌氧乙酸吸收动力学研究。结果表明：聚磷菌对乙酸吸收速率不受乙酸浓度影响,但受胞内聚磷浓度影响。当胞内聚磷浓度低于60mg—P／g—VSS时,乙酸吸收速率与聚磷浓度呈Monod关系。进而求出了聚磷菌吸收乙酸的动力学方程,其中最大乙酸吸收速率为3mg—HAe／g—VSS·min,胞内聚磷的饱和系数为20mg—P／g—Vss。另外,在pH为中性条件下,每吸收1mg乙酸,聚磷菌释放约0．5mg磷。     

pH值对化学－生物混合污泥厌氧发酵释磷的影响

以污水处理厂化学除磷工艺产生的常见化学磷(AlPO4和FePO4)沉淀为研究对象,考察了两种化学磷分别与剩余活性污泥(即生物污泥)混合厌氧发酵过程中化学磷和生物磷的释放情况.结果表明:在纯水中,AlPO4在强酸强碱条件下均能释出部分磷,FePO4只在强碱条件下才能溶解释磷.在(35±1)℃,不同pH值下将含AlPO4的混合污泥厌氧发酵时,强酸性厌氧发酵能释出较多的化学磷,但微生物活性被抑制,不利于发酵产酸;碱性发酵(pH=10~11)能释出28%~55%的化学磷,43%~49%的生物磷,总释磷量比中性条件下高17.5%~62.7%,同时利于发酵产酸,维持pH 10和11时产酸量分别比中性条件高233%和117%;对于含FePO4的混合污泥厌氧发酵,中性条件下即能释放FePO4中40%的磷和生物污泥中50%的磷,释磷量高于pH=11的碱性厌氧发酵释磷量.     

脉冲SBR工艺短程脱氮的实现及对除磷的强化

采用脉冲进水缺好氧交替工艺(SAOSBR)处理低C/N实际生活污水,考察了短程脱氮对于低碳源生活污水同步脱氮除磷效果的强化作用,并分析了短程脱氮强化生物除磷的机理.结果表明,通过短时的饥饿处理配合缺好氧交替的运行方式实现了系统的短程硝化,亚硝酸盐积累率稳定在95%以上.短程的实现还强化了系统的同步脱氮除磷效果,总氮和磷的平均去除率相比于全程脱氮过程分别提高了约6%和36%.分析表明短程强化生物除磷的原因主要是由于残留的NO2-对聚磷菌厌氧释磷的影响较小.静态试验也证实,在碳源不足的条件下,以NO2-为电子受体的反硝化作用相比于NO3-可以减弱反硝化菌与聚磷菌之间的碳源竞争,从而提高聚磷菌的厌氧释磷量和聚羟基烷酸(PHA)的合成量.因此,在处理低C/N生活污水时,短程脱氮的实现更有利于系统的生物除磷.     

EBPR工艺污泥中聚磷菌多样性与除磷潜力评价方法

自1970年代研究者发现聚磷菌(polyphosphate accumulating organism, PAO)并提出经典的强化生物除磷(enhanced biological phosphorus removal, EBPR)工艺“厌氧释磷-好氧摄磷”机理以来,随着EBPR工艺中PAO新菌株的不断发现和生理生化特征研究的不断深入,研究者们对EBPR机理的认识一直在不断更新. 及时总结近40年来EBPR机理的研究进展,基于活性污泥中PAO菌株信息全面归纳PAO多样性特征,以此为依据客观评价目前活性污泥中PAO除磷潜力评价方法的不足并展望未来重点研究方向,对于推动EBPR工艺优化升级将具有非常重要的理论与实际意义. 本文全面调研了1980—2021年国际期刊相关文献,发现传统EBPR机理中厌氧内碳源合成、厌氧释磷意义等受到了较多质疑,反硝化聚磷新机理已获得广泛认同;活性污泥中PAO具有异常丰富的多样性,包含Acinetobacter(29%)、Pseudomonas(15%)、Tetrasphaera(4%)、Alcaligenes(4%)等42个菌属,部分PAO具有反硝化聚磷和异养硝化能力. 在目前主流的活性污泥PAO除磷潜力评价方法中,荧光原位杂交和定量PCR技术只以Accumulibacter或Acinetobacter属PAO为检测对象,高通量测序和变性梯度凝胶电泳技术基于片面的PAO多样性信息作为分析依据,在此基础上PAO丰度所反映的PAO除磷潜力的准确性尚存在疑问,未来需要加强面向活性污泥PAO多样性的探针或特异性引物的研发. 与传统方法相比,EDTA法胞内多聚磷酸盐颗粒含量检测技术较为先进,但需要以PAO和非PAO菌株为参照深入阐明检测结果的边界.      

硝酸盐作为生物除磷电子受体的研究

研究了以硝酸盐作为电子受体进行生物除磷的可能性,并比较了硝酸盐和氧作为电子受体的差异.结果表明:聚磷菌能以硝酸盐作为电子受体替代氧进行生物除磷,但若存在有机碳源会抑制缺氧段磷的吸收.缺氧条件下磷的摄取速率与硝酸盐的质量浓度有关,浓度越高速度越快.硝酸盐的连续稳定加入有利于磷的去除.与以氧为电子受体的系统相比硝酸盐系统利用PHA的效率低,缺氧系统中去除磷和消耗PHA的比例为0.63,比好氧系统中的0.83低24%;缺氧时每摩尔电子转移所吸收的磷为0.14 mol,比氧为电子受体时的0.23 mol低39.1%.      

侧流污泥返送到缺氧池对A2/O系统效能影响研究

为了探究侧流化学磷回收后生物污泥返送对主流系统的影响,连续85d对A²/O系统厌氧池混合液中的磷进行侧流化学回收,并将侧流生物污泥回流到缺氧池,考察了系统整体的磷、氮、有机物的去除,及生物除磷途径与污泥性能的变化.结果表明,刚开始系统除磷效果有所提高,出水PO₄^3-浓度为（0.07±0.04） mg/L;20d后污泥沉降性能开始变差,除磷性能恶化,但对氮和有机物去除一直无显著影响;厌氧释磷速率和好氧吸磷速率下降,但缺氧吸磷速率却增加,缺氧反硝化聚磷和好氧聚磷的除磷比例由43.20%上升为53.38%,反硝化聚磷除磷得到了加强;污泥微生物胞内PHA和糖原的代谢模式无变化,但厌氧段合成的PHA量逐步下降;侧流磷最大回收量占进水磷量的24.75%,能够实现可观的磷回收效果;系统发生崩溃后,停止侧流化学磷回收,系统各功能就会逐渐得到恢复,可实现系统连续运行.     

不同碳源对EBPR启动期聚磷菌的影响研究

以实验室序批式反应器(SBR)为强化生物除磷工艺(EBPR)载体,接种具有初步除磷功能的污泥后,以乙酸∶丙酸=1∶1(按各自折算的COD计)为混合碳源(以下简称混酸),厌氧初始pH 7.6±0.1,富集聚磷菌(PAO)。启动30 d后,EBPR反应器中为PAO和聚糖菌(GAO)的混合菌属,此时从反应器中取泥样进行批式试验,分别考察乙酸、丙酸及混酸对聚磷菌的富集和厌氧释磷的影响。结果表明:在EBPR启动期内,乙酸作为单一碳源时释磷量最大,但混酸碳源释磷效率最高,最有利于PAO富集;丙酸作为单一碳源时降解率最大而释磷量最小,不适合EBPR启动期的PAO富集。     

磷酸铁污泥的生物还原释磷及其影响因素研究

以污水处理厂化学除磷工艺产生的磷酸铁(FePO4)污泥为研究对象,在厌氧条件下,考察了铁还原细菌(IRB)还原FePO4释放磷的可行性,并探讨了不同碳源、C/Fe摩尔比、添加蒽醌-2,6-二磺酸盐(AQDS)对IRB利用FePO4还原释磷的影响.研究结果表明,通过驯化可从普通活性污泥富集IRB,且利用IRB可对难溶性沉淀FePO4进行生物还原.IRB能够利用葡萄糖、乙酸钠及丙酸钠作为唯一电子供体,使FePO4发生异化还原,产生Fe(Ⅱ)并释放磷酸盐,且泥水混合液中Fe(Ⅱ)累积量与上清液中磷累积量变化趋势一致.在等摩尔碳量前提下,葡萄糖为碳源时释磷率可达51.6%,比乙酸钠和丙酸钠分别高13.8%和20.3%;以葡萄糖为碳源,C/Fe摩尔比为5:1时释磷率最大;添加电子穿梭体AQDS可使FePO4污泥释磷率提高12.6%.