水温变化对EBPR系统除磷效果响应机制的数值模拟研究

大量研究表明,水温变化会影响聚磷菌和聚糖菌之间的竞争关系,是造成EBPR系统除磷效果波动的重要因素.温度的逐步升高导致聚磷菌在强化生物除磷(EBPR)系统中逐渐失去优势直至系统崩溃.然而,有关如何利用物理模拟和数值模拟手段恢复升温破坏后的EBPR系统除磷效果及其响应机制的研究甚少.本文基于全耦合活性污泥数学模型(FCASM3),对EBPR系统进行数值建模和模拟试验,研究温度变化对EBPR系统的影响,旨在用模型预测及验证水温变化对EBPR系统除磷效果响应机制及适宜聚磷菌生存的极限条件,通过升温破坏及温度恢复的试验与模拟研究,进一步分析不同温度对EBPR系统中聚磷菌和聚糖菌的影响.通过对比FCASM3与国际水协的除磷代谢模型ASM2d在不同运行温度(20℃,25℃,30℃,35℃)下,对EBPR系统出水COD、PO43--P等污染物质的模拟变化趋势,结果表明FCASM3能更好地模拟EBPR系统中聚磷菌和聚糖菌的行为,且随着温度的升高,EBPR的除磷效率下降.在水温升高和恢复的过程中发现,温度升高到35℃,会导致EBPR的崩溃,短时间内不能恢复升温前的除磷效率.     

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.     

低温低溶解氧EBPR系统的启动、稳定运行及工艺失效问题研究

试验采用交替厌氧/好氧(An/O)SBR反应器,在温度为13~16℃的条件下启动并运行EBPR系统.研究表明,进水磷浓度20 mg·L-1,控制DO浓度为2 mg·L-1,低温条件下即可在短期内(6 d)实现EBPR系统的成功启动并获得高效稳定的除磷性能,出水磷浓度低于0.5 mg·L-1.降低DO浓度会影响EBPR系统的稳定运行效果,反应器好氧阶段DO浓度由2mg·L-1降为1 mg·L-1,系统仍可以稳定运行,磷的去除率均大于97.4%,但厌氧释磷量略有下降;DO浓度进一步降至0.5mg·L-1时,EBPR系统除磷性能迅速恶化且出水磷浓度超标.通过提高溶解氧浓度以恢复EBPR除磷性能的试验发现,低DO导致的系统失效在短期内不可逆.研究还发现,以NO-2及NO-3为电子受体的缺氧除磷小试对EBPR系统的稳定运行具有冲击作用,但由此产生的不利影响可在6个周期内得以恢复;此外,长期低温运行的EBPR系统内MLSS基本保持恒定且SVI略有降低,说明低温低DO条件有利于系统内污泥的沉降.     

影响EBPR系统运行效果的主要因素研究进展

结合国内外对生物除磷的最新研究进展,在阐述生物除磷机理的基础上,分析了主要因素对EBPR系统除磷效果的影响。结果表明:EBPR系统运行的最适温度为15~25℃;当EBPR系统p H为7~8时,总磷去除率可达最高,且聚磷菌所占生物量的比例及种类达到最大;污泥龄(SRT)为8~10 d时可得到长期稳定运行的EBPR系统,SRT为2~3.5 d时,短期内可获得高效的处理效果,但若维持系统的长期稳定运行,还需克服污泥膨胀的问题;当丙酸或葡萄糖/乙酸混合物(50%/50%)为基质时,更易获得高效稳定的除磷系统,丙酸为基质时负荷不易过高,应维持在200~400 mg/L左右;溶解氧(DO)仍是主要的电子受体,且O2浓度应保持在0.5~2 mg/L之间。     

纳米氧化锌对EBPR系统的长期作用机制研究:从宏观到微观

研究了纳米氧化锌(ZnO NPs)对强化生物除磷(EBPR)系统的长期作用机制,系统分析了EBPR系统在ZnO NPs长期抑制下宏观运行性能与微观结构的变化.结果发现,当进水开始添加ZnO NPs后,系统沉降性能随之降低.厌氧释磷速率与好氧吸磷速率均出现显著降低并降至0 mg·g~(-1)·h~(-1)(以每g MLSS释(吸)P量(mg)计,下同),从而使得系统丧失除磷效果.同时,厌氧段COD开始积累.ZnO NPs浓度增加至10 mg·L~(-1)时,多糖与蛋白质含量在抑制条件下均开始减少.通过高通量技术对微观层面进行分析发现,ZnO NPs将会严重抑制聚磷菌的正常生长.ZnO NPs对系统内不同细菌有截然不同的作用,Proteobacteria门在试验过程中比例减小,而Bacteroidetes门却受到促进作用.恢复阶段,较低浓度(2 mg·L~(-1))抑制条件下,EBPR系统恢复速度与程度均优于高浓度(6、10 mg·L~(-1))抑制条件.然而,即使系统得到一定程度恢复也难以恢复到初始水平.     

低浓度Cr(Ⅵ)对颗粒化强化生物除磷(EBPR)系统的影响及系统恢复研究

低浓度Cr(Ⅵ)对颗粒化强化生物除磷(EBPR)系统长期暴露的试验结果表明,Cr(Ⅵ)投加浓度≤0.3 mg·L-1时,系统磷酸盐及COD去除率基本不受影响;而当Cr(Ⅵ)浓度高于0.3 mg·L-1时,系统除磷及除COD能力逐渐丧失.聚磷菌(PAOs)对Cr(Ⅵ)的毒性敏感性大于聚糖菌(GAOs)和其他菌.当Cr(Ⅵ)浓度高于0.3 mg·L-1时,聚磷菌占系统全菌的比例从84.26％下降到38.40％,聚糖菌比例则从8.04％上升为28.16％,其他菌的比例从7.70％上升到33.44％.这说明在Cr(Ⅵ)毒性作用下,聚磷菌的减少是导致颗粒化EBPR系统除磷能力丧失的主要原因.相关性分析结果表明,系统菌体内Cr浓度与系统磷去除及COD去除效率均呈显著负相关关系,说明Cr在菌体内累积是导致颗粒化EBPR系统磷酸盐和COD去除效率下降的重要原因.此外,受到Cr(Ⅵ)冲击的颗粒化EBPR系统,其磷酸盐和COD去除率在15d之内均可恢复至毒性试验前水平,且最终聚磷菌能够重新成为系统内的优势菌群.     

进水氨氮浓度对强化生物除磷(EBPR)系统除磷特性及微生物群落结构的影响

以富集聚磷菌的活性污泥为基础,研究了不同进水氨氮浓度对强化生物除磷(EBPR)系统的除磷效果、微生物胞内聚合物(PHA)代谢过程及微生物群落结构的影响.结果表明,SBR反应器运行6 d后,进水氨氮浓度为1、5、10、15和20 mg·L-1的系统除磷效率最终分别稳定在0、4%、80%、98%和65%左右.试验前后各系统...     

游离氨对强化生物除磷系统除磷效能及菌群结构的影响

为探究游离氨(FA)影响强化生物除磷(EBPR)系统除磷效能的生物学机制,采用SBR反应器,以EBPR系统的活性污泥为研究对象,探究了FA浓度分别为0,0.2,1,4,10,15,25,50 mg/L对EBPR系统除磷效能及菌群结构的影响。结果显示,FA浓度为0.2 mg/L时,对EBPR系统除磷产生促进作用,当FA浓度为1～50 mg/L时,对EBPR系统除磷产生抑制作用;门水平下,变形杆菌门Proteobacteria的丰度随着FA浓度的升高而升高;纲水平下,γ-变形菌纲Gammaproteobacteria的丰度与FA浓度呈正相关;属水平下,聚磷菌Ca.Accumulibacter与Tetrasphaera相比,Tetrasphaera的丰度变化趋势更符合FA对除磷性能的影响;LEfSe分析显示低、中、高浓度样品的微生物标记物分别为绿弯菌门Chloroflexi、拟杆菌门Bacteroidetes及β-变形菌纲Betaproteobacteriales。研究结果明确了FA对EBPR系统影响的过程,加深了对EBPR系统除磷过程菌群结构的认识,可为深入研究生物除磷的抑制机理提供借鉴。     

侧流磷回收对低溶解氧EBPR系统性能的影响

实验采用交替厌氧/好氧(An/O)模式运行SBR反应器,考察控制DO=1 mg·L~(-1)条件下提取侧流比为0、1/4、1/3、1/2的厌氧放磷上清液后EBPR系统的脱氮除磷效果及其对应的磷回收性能.整个实验阶段中NH_~+4-N去除率较为稳定,但系统后期COD出水的残余量达到81.3 mg·L~(-1).在未提取侧流比阶段中,平均除磷率为89.4%,提取1/4、1/3侧流比后除磷率不断上升,分别为98.5%、99.0%,但在1/2侧流比之后,除磷性能开始波动,除磷率最低为65.4%.提取侧流比各阶段中,1/3侧流比条件下仅实验初期第一天出水磷浓度未达到一级A标准,该阶段出水达标率93.3%远远大于1/2侧流比的45.5%,但侧流磷回收率随着侧流比的增大而不断升高.实验还发现,提取1/2侧流比后,TN去除率迅速下降至50.9%.因此,提取放磷上清液强化低好氧EBPR系统除磷性能的最优值为1/3侧流比,此时低好氧EBPR系统与侧流磷回收结合可以大大提高经济与环境效益.     

超低溶解氧条件下的EBPR系统除磷性能

实验采用两个交替厌氧/好氧(An/O)模式运行的SBR反应器,对不同溶解氧(DO)浓度梯度下EBPR系统除磷效果及工艺性能进行了为期127 d的研究.在未控制DO的对照组反应器R1中,好氧段DO≥6 mg·L~(-1),运行的前65 d内工艺除磷性能稳定,除磷率95.9%,出水总磷0.5 mg·L~(-1),但由于系统长期处于过曝气状态,65 d后除磷性能逐渐恶化,直至97 d后系统彻底失效,整个运行阶段(1~127 d)出水总磷一级A达标率为39.4%.对于实验组反应器R2,控制好氧段DO浓度分别为2、1、0.5、0.2、0.1 mg·L~(-1),各工况初期除磷性能均有小幅波动,但除磷率迅速回升,继而反应器达到稳定运行.统计发现,实验组反应器R2在整个运行阶段出水总磷一级A的达标率为94.6%,127 d内仅有6 d不达标,工艺性能远优于R1.DO=2 mg·L~(-1)系统的比吸磷速率接近最大值,而低DO条件对比吸磷速率影响较大.实验还发现,尽管由超低DO(0.1 mg·L~(-1))引起的有机物降解速率低导致系统发生污泥微膨胀,但出水总磷仍能100%达标排放,微好氧EBPR的节能除磷具有可行性.     

剩余污泥中磷的回收利用

基于我国磷资源的短缺和城市污泥处理处置的现状,针对磷元素的流动特性,分析了城市污泥中磷回收的必要性。探讨了污泥中磷由固相释放至液相的厌氧消化法、臭氧氧化法、热处理法、超声波溶胞法和焚烧溶出法等方法,并对回收污泥中磷的化学沉淀法、吸附解析法、焚烧热处理法、纳滤法等的原理和研究现状进行了综述,对城市污泥中磷释放与回收技术的研究、开发与应用前景进行了展望,为城市污泥中磷的资源化回收利用提供指导。     

废水除磷技术及进展分析

介绍了磷污染的危害,指出磷是产生水体富营养化的最主要因素.全面阐述废水除磷的技术,分析了各种工艺的特点,指出了生物除磷技术的发展趋势.     

城市污泥中磷的释放与回收

基于我国磷资源和城市污泥的现状,针对城市污泥中的营养元素,分析了城市污泥中磷回收的必要性;探讨了城市污泥中磷由固相释放至液相的微生物消化法、热处理法和药剂溶出法等;综述了回收液相中磷的磷酸铵镁、磷酸镁钾、磷酸钠钾镁结晶法和磷酸钙盐沉淀法的原理和研究现状;展望了城市污泥中磷释放与回收技术的研究、开发与应用前景。     

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.     

沉积物磷形态空间分布特征及释放风险评估——以沱江流域为例

为阐明沉积物磷赋存形态的空间分布特征及潜在释放风险,提供更准确合适的风险评估指标, 分析了沱江干流及其支流12个样点表层沉积物的磷赋存形态,测定了水溶性磷(WSP)及磷平衡浓度(EPC0),计算沉积物磷吸附指数(PSI)、磷吸附饱和度(DPS)及其衍生的磷释放风险指数(ERI).结果表明,沉积物5种形态磷含量顺序为:铁/铝结合磷(CDB-P,60.63%)>钙磷(Ca-P,30.84%)>有机磷(OP,3.92%)>亚铁磷(Fe(Ⅱ)-P,3.48%)>松散态磷(Loosely-P,1.13%).CDB-P是沉积物磷的主要存在形态(0.468~2.287mg/g),由上游至下游逐渐降低,这主要与上游工业污染有关.DPS、EPC0和PSI在空间分布上均呈现由上游至下游逐渐增大的趋势,变化范围分别为44.28%~80.39%、0.012~0.084mg/L和0.153~1.526L/g;上游大部分采样点ERI均超过了25%;各指标综合表明:上游存在较高的磷释放风险.回归分析与相关性表明,EPC0与上覆水磷、CDB-P、OP、有机质(OM)以及粒径均呈极显著相关性,且相关性远高于其他指标(ERI,DPS,PSI,WSP).因此,EPC0是评估沱江流域沉积物磷释放风险潜力更准确高效的指标,Fe/Al含量、粒径的增加以及有机质的减少会增加磷释放风险,因此应控制工业污染以及农业面源污染的输入.     

石灰法处理磷化废水的试验研究

采用生产废水和模拟废水为处理对象，系统探讨了石灰法处理磷化废水的反应时间、投药量、搅拌强度和沉淀时间等因素对废水处理的影响。试验结果表明，混凝反应时间达到2h，石灰投加量理论用量的2．5倍才可使废水中的磷、钙充分反应生存羟基磷酸钙，从而使含磷废水出水达标。搅拌强度和沉淀时间对除磷效果影响不大。     

镧改性膨润土对底泥内源磷控制效果

以商业化的锁磷材料—镧改性膨润土(Phoslock®)为对象,研究了Phoslock®对磷的吸附动力学和等温线,同时研究了材料对上覆水体以及底泥内源磷释放的控制效果.结果表明,Phoslock®对磷的吸附可以用Langmuir模型拟合,相关性达到0.96,模型计算磷的最大吸附量为10.4mgP/g,且磷吸附符合拟一级和拟二级动力学模型.室内模拟培养结果表明,当锁磷剂投加剂量为1553g/m2时,70d(好氧17d和厌氧53d)内,对上覆水中的磷酸盐去除率达到90%以上,沉积物内源磷释放削减83.1%,但会引起上覆水体中总氮、氨氮以及硝氮的增加,磷形态分析结果表明,表层(0~2cm)底泥中有超过50%的Mobile-P和Al-P转化为稳定态的Ca-P和Res-P,且控磷效果随着投加量的增加而增加.研究表明,Phoslock®对底泥内源磷具有较好的控制效果,但长期效果需加强研究.     

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.     

A~2O-MBR工艺的脱氮除磷特性研究

将传统的脱氮除磷工艺(厌氧/缺氧/好氧,A2O)与膜分离技术相结合,构建具有强化脱氮除磷作用的A2O-MBR工艺。以某城市污水处理厂的A2O-MBR工程为研究对象,通过长期的跟踪监测和实验研究,结果表明,该工艺具有非常好的脱氮除磷效果,出水总氮、氨氮及总磷的平均浓度分别为5.69 mg/L、1.32 mg/L和0.18 mg/L,去除率分别达到85%、94%和97%,优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。另外,硝化速率随温度的降低而降低。释磷/吸磷效果较好,趋势明显。     

强化生物除磷体系中反硝化聚磷菌的选择与富集

采用SBR反应器 ,对以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌的选择和富集作了研究 .结果表明 ,反硝化聚磷菌存在于传统的强化生物除磷体系之中 .经过 3个阶段的选择和富集 ,反硝化聚磷菌在聚磷菌中的比例从 15 %上升到 73% .稳定运行的强化反硝化生物除磷体系具有良好的强化生物除磷和反硝化脱氮性能 ,缺氧结束时体系中磷浓度小于 1mg L ,除磷和脱氮效率分别大于 94 %和 95 % .