低碳源废水培养的好氧颗粒污泥常温储存后活性恢复研究

通过考察好氧颗粒污泥特征、比耗氧速率（SOUR）、处理效果和菌群的变化,探索常温储存实际低碳源废水培养出的好氧颗粒污泥的可行性.试验结果表明,常温清水储存60d后颗粒结构未出现明显解体;污泥浓度由4960mg/L小幅降低至4740mg/L,但沉降性能保持良好（SVI为24.2mL/g）;SOUR整体下降较小（16%）,尤其是硝化菌的SOUR;污泥菌群在门和属水平上的相对丰度均发生了变化.在恢复运行后,颗粒形态恢复快且良好,粒径在长期运行后明显增大（200~250μm）;污泥沉降性能始终保持良好（SVI<20mL/g）,SOUR在运行20d后既能恢复;运行11d后COD处理效果完全恢复（平均出水COD为53mg/L）,运行5d后NH₄⁺-N处理效果完全恢复（平均出水NH₄⁺-N为0.7mg/L）.常温清水储存好氧颗粒污泥不仅操作方便,而且反应器能快速恢复稳定运行,具有显著的实际应用价值.     

SBR中厌氧颗粒污泥向好氧颗粒污泥的转化

在SBR反应器中以醋酸钠为碳源,UASB厌氧颗粒污泥作为接种污泥,在好氧曝气条件下运行.通过观察污泥颗粒形态、结构等的变化,发现在运行中污泥颗粒经历了形态保持,成分置换的过程.污泥浓度先增加后降低,在运行35 d后逐渐稳定在5g/L,SVI值稳定在30～40mL/g的水平.在40～60d内反应器中颗粒污泥一直占主体成分,悬浮相浓度低于0.5g/L.在好氧条件下最终颗粒污泥形态、大小稳定,表明好氧颗粒污泥已经成功获得,好氧颗粒污泥与接种污泥相比在粒径、沉降速度、含水率以及惰性成分的含量上都有一定的变化.电镜观察还表明,原厌氧颗粒污泥中的微生物以球菌为主,而获得的好氧颗粒污泥中的微生物以丝状菌和杆菌为主.     

信号分子在好氧颗粒污泥形成过程中的作用

采用人工配水成功培养好氧颗粒污泥,针对絮状污泥颗粒化过程中污泥的理化性质、污染物去除效率、胞外聚合物和信号分子变化进行相关分析.结果发现,在好氧颗粒污泥的形成过程中,污泥对污染物去除能力明显提高.与接种污泥相比,成熟的好氧颗粒污泥对COD、NH₄⁺-N和PO₄^3--P去除率分别提高20%、36%和57%.好氧颗粒污泥中胞外蛋白质和多糖含量分别增加了116和31mg/gMLVSS.采用激光共聚焦扫描显微镜对接种污泥和好氧颗粒污泥进行空间表征,发现后者蛋白质含量明显增加,说明蛋白质在污泥颗粒化过程中具有重要作用;磷酸二酯酶活性总体呈现上升趋势,第二信使环二鸟苷酸（cyclic diguanylic,c-di-GMP）含量先增加后降低,与胞外聚合物中蛋白质和多糖的变化规律相似.通过SPSS软件进一步分析得知,c-di-GMP与蛋白质相关系数R²=0.92871,呈极显著相关性;与紧密结合型胞外聚合物中蛋白质相关系数R²=0.89025,呈显著相关性,推测c-di-GMP可能是通过指导紧密结合型胞外聚合物中的蛋白质合成以促进好氧颗粒污泥的形成.     

连续流好氧颗粒污泥系统的稳定运行——通过调控回流比及有机负荷

室温下接种成熟的好氧颗粒污泥于由独立的厌氧池和好氧池组成的交替厌氧/好氧连续流系统中,成功通过控制混合液回流比和有机负荷实现了连续流好氧颗粒污泥工艺的稳定运行.结果表明,通过调控较低进水有机负荷（300mg/L）及较低回流比（200%）使连续流系统有较好的脱氮除磷性能,出水COD,TN和TP平均浓度分别为18.78,5.79和0.49mg/L,平均去除率分别为93.76%,84.3%和83.12%.在COD浓度为500mg/L时,长期运行的连续流系统缺乏饱食饥饿的环境胁迫,导致丝状菌的生长,系统性能的恶化.用平行因子模型对不同阶段的颗粒污泥和系统出水进行表征,结果表明,有机负荷对外源底物利用相关中间产物的产生有较大影响,进水COD为300mg/L时既能有较好的脱氮除磷性能,亦能有效降低出水中基质代谢中间产物的生成量,避免了为后续消毒工艺产生消毒副产物.因此在实际的城镇污水处理厂应用中,交替厌氧/好氧连续流长期在排放限额的有机浓度（500mg/L）下运行需要增加预处理设施降低进水有机负荷,以实现连续流好氧颗粒污泥的稳定运行.     

c-di-GMP在低温好氧颗粒污泥形成过程中的作用

在低温条件下运行好氧颗粒污泥反应器,絮状污泥颗粒化过程中信号分子可通过传导作用引起各层物质之间的组分变化,通过研究胞外聚合物及污泥相关疏水性的变化规律,并观察此过程中微生物菌群的群落演替特点,揭示环二鸟苷酸（c-di-GMP）在低温好氧颗粒污泥形成过程中的变化规律与影响作用.结果表明：接种污泥在颗粒化过程中,胞外聚合物含量从48mg/gMLVSS增长至139mg/gMLVSS,其中以TB层蛋白质增长为主,在颗粒化过程中,c-di-GMP含量由62μg/gMLVSS增至600μg/gMLVSS,始终影响微生物运动及生物膜形成,促使具备胞外聚合物分泌功能的菌群加快分泌胞外聚合物,促进好氧颗粒污泥的形成.各个阶段污泥中微生物种群存在较大差异,在反应器运行初始阶段与c-di-GMP合成相关的菌群占据优势,同时在后期表现出较好的脱氮除磷能力,在低温条件下好氧颗粒污泥微生物菌群发生演替并最终形成稳定的菌群结构.     

乙醇共代谢降解MTBE好氧颗粒化的实验研究

以絮状活性污泥为接种污泥,乙醇为共代谢基质,通过逐步缩短沉降时间、洗脱沉降性能较差的絮状污泥,在SBR中成功地培养出降解MTBE的好氧颗粒污泥。成熟的好氧颗粒污泥平均粒径为400.5μm,SVI 41.39mL/g,MLVSS 2896mg/L,颗粒表面分布有丰富的球菌、短杆菌及少量丝状菌。好氧污泥实现颗粒化后,反应器进水MTBE浓度为300mg/L时,其出水浓度可维持在10mg/L以下,去除效率高达90%以上(其中挥发部分约占15%)。好氧污泥颗粒化后MTBE的降解速率也明显增加,相比启动初期,一个运行周期内MTBE的降解速率可提高4倍。一个运行周期内pH值的明显降低也表明了好氧颗粒污泥对MTBE的降解。     

Ca~(2+)在好氧颗粒污泥形成中的作用

通过运行序批式生物反应器与摇瓶实验相结合方法,在进水中投加不同数量Ca2+(0～200mg/L),考察了Ca2+在好氧颗粒污泥形成中的作用.当SBRⅠ、Ⅱ进水Ca2+含量分别为30、100mg/L,运行20d后,两反应器中均出现了好氧颗粒污泥.运行前50d,SBRⅠ中颗粒污泥浓度MLSS与污泥沉降指数SVI指标明显好于SBRⅡ;运行80d后,SBRⅠ、Ⅱ中污泥浓度MLSS均稳定在7.5g/L,SVI分别为46～48mL/g、45～47mL/g,差异很小.反应器运行90d后,SBRⅠ、Ⅱ中污泥Zeta(ζ)电位为-12.5～-12.6mV;摇瓶实验中,当进水Ca2+为0～200mg/L,运行至60d时,摇瓶中污泥Zeta电位为-14.1～-14.4mV;进水中Ca2+含量的增加对污泥Zeta电位影响很小,没有引起好氧颗粒污泥Zeta电位的明显差异,电中和在颗粒污泥形成过程中并不起重要作用.随着进水Ca2+浓度增加,颗粒污泥中的微生物数量与种类都逐渐丰富,Ca2+有助于促进污泥中微生物多样性.接种污泥及SBR中颗粒污泥的元素含量分析表明,好氧颗粒污泥Ⅰ、Ⅱ与接种污泥相比,颗粒污泥中Ca、Mg、K、Na含量均有所减少,Fe含量分别增加了4.42%、7.82%.具有良好絮凝作用的金属离子与EPS间形成的高分子生物聚合体可能是促进好氧颗粒污泥形成的主要原因.反应器运行期间,SBRⅡ对污染物的去除性能始终高于SBRⅠ,运行70d后,SBRⅠ、Ⅱ中颗粒污泥对NH4+、COD去除率较高达到90%以上,对TN、TP的去除率为65%～70%.     

同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥的储存与恢复

针对好氧颗粒污泥颗粒化时间慢等问题,进行了同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥常温储存及活性恢复实验研究.结果表明,好氧颗粒污泥经过60d的常温储存后,颗粒的结构基本能保持稳定,但是颗粒污泥的活性大幅度降低,污染物去除率仅有储存前的30%～40%.将常温储存的颗粒污泥接种到反应器中,经过一定的调控手段,可以在60d内恢复好氧颗粒污泥的功能及活性.此外,经过储存与恢复,好氧颗粒污泥的群落结构也发生了明显变化.大部分的微生物的相对丰度变化可逆,经过储存和恢复可以恢复至储存前的状态(包括Defluviicoccus (GAOs)和Flavobacterium (PAOs)),重构同步脱氮除磷的微生物群落结构.     

溶解氧对单级颗粒污泥自养脱氮系统影响的模拟

为了研究溶解氧对SBR单级颗粒污泥自养脱氮系统的影响,基于活性污泥ASM3模型和短程硝化-硝化-反硝化模型,将颗粒污泥传质过程与氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AAOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、反硝化菌（DNF）的生长过程、好氧内源呼吸及缺氧内源呼吸过程等耦合,建立了单级自养脱氮颗粒污泥动力学模型,并对颗粒内部基质浓度分布进行预测.结果显示,当DO为0.4mg/L时,好氧区和缺氧区（厌氧区）的比例为0.4：1;当DO为0.6mg/L时,颗粒污泥好氧区与缺氧区（厌氧区）的比例为3：1.同时,根据基质反应速率方程,建立了颗粒污泥的单级自养脱氮系统动力学模型,对SBR系统运行效果进行预测,结果显示,DO为0.6mg/L时,氨氮反应完全,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在5mg/L以下,总氮去除率模拟值为89%左右,略低于实际测量脱氮率95%.     

好氧颗粒污泥膜生物反应器脱氮特性

好氧颗粒污泥膜生物反应器（GMBR）连续运行71 d,对模拟生活污水表现出良好的有机物去除及同步硝化反硝化(SND)能力.进水TOC浓度为56.8～132.6mg/L时,膜出水TOC去除率为84.7%～91.9%;进水氨氮浓度为28.1～38.4mg/L时,稳定运行阶段氨氮去除率为85.4%～99.7%,总氮去除率为41.7%～78.4%.结合反应器中污泥生长形态,对不同粒径污泥的同步硝化反硝化研究表明,好氧条件下絮状污泥几乎没有反硝化能力,SND能力来源于颗粒污泥,并且随着污泥粒径的增大,反硝化速率以及总氮去除效率提高.通过扫描电镜对颗粒污泥外观以及沿传质方向剖面内部特征的观察分析,对颗粒污泥同步硝化反硝化的作用过程进行了探讨.     

Re-activation characteristics of preserved aerobic granular sludge

IntroductionThecapacityofawastewatertreatmentplantultimatelydependsupontwofeatures :themetaboliccapabilitiesofthemicroorganismsinthesystemandtheeffectivenessofsolid liquidseparationatthelaststageofthetreatmentprocess(Shwarzenbeck ,2 0 0 4 ) .Granularsludg…     

苯酚对厌氧颗粒污泥的毒性研究

通过改变苯酚的浓度,研究厌氧颗粒污泥的产甲烷比活性(SMA)、胞外多聚物(EPS)产生量和组分多糖、蛋白质以及辅酶F420的变化情况,以明确苯酚对厌氧颗粒污泥的毒性作用影响,并采用红外光谱分析了不同浓度苯酚作用对EPS分子结构的影响.结果表明,苯酚浓度<100 mg/L时,对厌氧颗粒污泥的影响很小,污泥的产甲烷活性、辅...     

pH和DO对好氧颗粒污泥去除高氨氮废水的影响研究

研究使用SBR成功培养的结构紧密、外形规则,具有良好脱氮性能的成熟好氧颗粒污泥处理高浓度氨氮废水,并探讨pH和DO对其处理效果的影响,旨在为工程实践提供理论依据。通过人工模拟废水,以蔗糖作为唯一碳源,NH4Cl为氮源,将进水NH4+-N浓度由300 mg/L逐步提高至900 mg/L,相应的NH4+-N负荷由0.6 kg/(m3.d)提高至1.8 kg/(m3.d),考察pH和DO对其处理效果的影响。研究结果表明:当控制反应器pH为8.0,曝气量为75 L/h时,好氧颗粒污泥脱氮的效果最好,氨氮去处率分别为96.70%9、2.33%。由于运行过程中每隔15 min监测每个反应器pH值,使其维持在各自pH值7.0±0.1范围内。这种酸碱度环境对异养菌等微生物并没有产生抑制作用;因此在各pH条件下,COD去除的所需时间和去除率基本没有差别。在不同的DO下,COD在初始的60 min里降解速度有明显区别。曝气量为150 L/h时,COD的降解速度最快,但是曝气量过大颗粒污泥内部厌氧区被压缩,因此选择最佳的曝气量为75 L/h。     

流体流速对好氧颗粒污泥快速培养的影响

针对好氧颗粒污泥的快速培养,研究了流体流速对好氧颗粒污泥形成特性的影响机制.由于反应器构型的差异,造成水力剪切力与流体特性的不同,从而对好氧颗粒污泥的形成产生较大影响.研究表明,在圆筒式SBR反应器中接种厌氧活性污泥,在36d时培养得到了成熟的颗粒,与挡板式反应器相比提前了4d左右,且MLSS提高了16.2%,达到5023mg/L;颗粒也更加致密,SVI达到45mL/g,远好于挡板式SBR反应器（序批式反应器）的SVI 63mL/g.原因是与挡板式SBR反应器相比,圆筒式SBR反应器的平均液相流速更高,气泡分布更均匀,水力剪切力更强.因此圆筒式SBR反应器培养好氧颗粒污泥的时间较短,污泥颗粒化的速度提高,得到的颗粒污泥更加紧凑密实.     

16S rDNA克隆文库方法分析好氧颗粒污泥细菌组成

采用构建16S rDNA克隆文库方法对好氧颗粒污泥的细菌种群多样性进行研究. 随机测定了82个克隆子序列(700 bp),Blast比对结果表明,好氧颗粒污泥中微生物群落具有高度多样性,可分为7个主要类群,其中,β变形菌(β-Proteobacteria)类群和鞘脂杆菌(Sphingobacteria)类群在文库中所占比例最大,分别为34.16%和30.50%;其次是Candidate division TM7类群、黄杆菌(Flavobacteria)类群和γ变形菌(γ-Proteobacteria)类群,分别为9.76%,7.32%和7.32%;放线菌(Actinobacteria)类群和α变形菌(α-Proteobacteria)类群所占比例相对较小,分别为4.88%和1.22%. 序列分析结果表明,好氧颗粒污泥中不仅含有对好氧颗粒污泥形成和稳定运行具有重要作用的食酸菌属(Acidovorax)细菌、假单胞菌(Pseudomonas)等细菌,还含有对CODCr和氨氮具有很好去除能力的Micropruina glycogenica,丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)等细菌.      

鼓泡和鼓泡-搅拌SBR好氧污泥颗粒化能耗分析

在高径比20的鼓泡SBR和高径比1.2的鼓泡-搅拌SBR反应器中,考察了好氧污泥颗粒化过程中,污泥粒径、分形维数、微生物特性的变化.建立流体动力学模型,对鼓泡和鼓泡-搅拌反应器中好氧颗粒污泥形成前后的能耗进行对比分析,从水力学角度分析2个反应器污泥特性出现差异的原因.结果表明,鼓泡反应器内在表观气速2.0cm/s条件下形成了均值粒径0.604mm,平均沉降速度（24±5.8） m/h,SVI 36.33mL/g,MLSS维持在4500mg/L左右,表面光滑的好氧颗粒污泥.鼓泡-搅拌反应器在搅拌速度300r/min、表观气速1.05cm/s的条件下,成功培养以丝状菌为骨架的好氧颗粒污泥,均值粒径可达1.123mm,污泥的平均沉降速度为（19.6±5.1） m/h,SVI为41.33mL/g,MLSS维持在3300mg/L左右.好氧颗粒污泥形成前后的能耗进行对比分析发现：好氧颗粒污泥培养初期,鼓泡-搅拌反应器因搅拌桨的加入,获得的湍动能远大于鼓泡反应器,约为100倍左右;而好氧颗粒形成之后,鼓泡反应器中上部位置的湍动能明显增加,且湍动能的大小大于鼓泡-搅拌反应器.相比较而言,鼓泡反应器相对节约能量.