多模式厌氧/缺氧/好氧污水处理工艺的稳态与动态模拟

数学模拟是污水处理系统教学科研、工艺评估、运行优化和自动控制的重要工具,在污水处理厂中得到了广泛应用.利用过程数据对ASM2d模型进行校正,并分析评估了校正模型在多模式厌氧/缺氧/好氧(AAO)工艺3个模式15个工况下稳态模拟及AO模式下动态模拟的可靠性.15个工况的稳态模拟表明,校正模型能准确模拟污泥浓度和出水水质;在AO模式的动态模拟中,模拟曲线与出水水质以及污泥浓度的变化趋势相一致,模拟结果具有较高的准确度.     

基于数学模型的多模式AAO系统运行优化研究

构建了综合考虑出水水质、污泥产量和系统能耗的运行成本指数CPI,并利用数学模型对多模式厌氧/缺氧/好氧(AAO)系统的AAO、倒置AAO(RAAO)和缺氧/好氧(AO) 3种模式进行对比优化研究.在处理成本相近的前提下,在污泥龄5~25d范围内AAO模式的污染物去除效率和聚磷菌浓度明显高于RAAO和AO模式.在运行模式筛选的基础上,通过回流比优化确定了排放标准约束下AAO工艺的达标运行区域和最佳运行工况.动态模拟结果表明,优化工况能够显著改善出水水质,出水高于一级A的时间由78.4%下降至37.7%,CPI降低3.9%.     

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.     

好氧段碳源浓度对同步去除和富集磷酸盐生物膜的影响

利用聚磷菌以循环交替O/A模式运行,对生活污水处理厂的主流工艺中实现磷酸盐的同步去除和富集,探究了好氧段碳源浓度对聚磷生物膜去除和富集磷酸盐性能以及生物膜中微生物种群结构的影响.结果表明,好氧COD质量浓度从200 mg·L~(-1)降低到0 mg·L~(-1),吸磷速率提升1. 29倍,出水磷质量浓度稳定在0. 5 mg·L~(-1)以下;释磷速率提升3. 56倍,富集液磷酸盐质量浓度从27. 125 mg·L~(-1)升高到55. 91 mg·L~(-1).微生物群落变化中,鉴定为聚磷菌的变形菌门(Proteobacteria)的含量增加约2倍,红环菌科(Rhodocyclaceae)和厌氧绳菌科(Anaerolineaceae)的富集效果分别提高了2. 28和5倍.降低好氧段碳源浓度,有利于聚磷菌的筛选和富集,强化了好氧段磷酸盐的去除以及厌氧段磷酸盐的释放,获得了更高的磷酸盐富集液,并且为以资源回收为目的的未来城市污水处理厂提供降低好氧段碳源需求的理论基础.     

AAO工艺低氧条件下的运行及其模拟

利用厌氧-缺氧-好氧(AAO)工艺探讨了在好氧池低溶解氧(DO)浓度条件下的水质指标变化情况.结果表明,当好氧池DO浓度从2.00 mg·L~(-1)降低到1.00 mg·L~(-1)和0.50 mg·L~(-1)时,系统仍然具有良好的除磷脱氮效果,出水水质指标均满足我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级A标准.在此基础上,基于Bio Win 4.1软件建立了AAO工艺的活性污泥模型,对模型参数进行了灵敏度分析,并利用动态模拟对模型参数中的聚磷菌吸收乙酸或丙酸的聚羟基烷酸(PHA)产率系数(YP/PHA,seq)、聚磷菌好氧氧化PHA的储磷率(YP/PHA,aerobic)、氨氧化菌的最大单位生长速率(μmax,A)和亚硝酸盐氧化菌的最大单位生长速率(μmax,N)进行了校验.此外,对系统的曝气能耗进行了模拟评估,结果表明,与好氧池DO浓度为2.00 mg·L~(-1)时相比,好氧池DO浓度为1.00 mg·L~(-1)和0.50 mg·L~(-1)时的空气流量可分别节省23.8%和38.1%,氧转移效率可分别提高7.2%和11.7%.     

分散染料neocron black(NB)的生物降解特性

在好氧、厌氧、好氧/厌氧交替条件下,采用活性污泥系统生物处理分散染料neocron black(NB),研究分散染料NB在需氧或者厌氧状态下的生物降解特性以及外加碳源对其生物降解特性的影响,并全波段扫描和气相色谱-质谱联用(GC-MS),初步探讨该染料的生物降解过程.结果表明,NB染料在好氧条件下降解效率最高,厌氧/好氧交替条件次之,厌氧条件下染料降解效率最低.随着NB染料浓度的增加,由于染料和中间代谢产物的抑制作用,微生物对染料的降解效率逐渐下降.添加易生物降解碳源可以促进NB染料的生物降解过程,并改变生物降解过程的动力学特征.全波段扫描和GC-MS测定结果显示,NB染料经过生物降解作用后,发色基团得到较彻底降解,NB染料生物降解中间产物有2,4-二硝基苯胺、2-氰基-4-硝基苯胺、对硝基苯胺等.     

甲烷氧化耦合污水脱氮研究进展

污水处理厂厌氧池或污泥厌氧消化系统存在着溶解态甲烷(DCH₄)外溢风险，不仅会造成直接碳排放，也形成资源/能源的浪费.另一方面，污水处理厂常常需要外加碳源来满足脱氮需要，导致运行成本增加和间接碳排.若转换思路，利用CH4作为脱氮碳源，则有可能一箭双雕地解决问题.基于此，首先综述了好氧与厌氧甲烷氧化形式、发现/发展路径，并剖析它们的代谢途径及相关微生物.以此为基础，重点总结以NO₃^-、NO₂^-、甚至强温室气体N₂O作为电子受体的厌氧甲烷氧化途径，并从经济性和碳减排等方面论述甲烷厌氧氧化耦合反硝化(DAMO)工艺的潜在应用前景.最后，从接种微生物、培养环境等方面剖析DAMO工程应用的技术限制与瓶颈.综述表明，好氧甲烷脱氮技术功能微生物所需生存环境相左，致使工艺在实践中难以应用；相形之下，厌氧甲烷反硝化技术则较具应用潜力，但仍需深入研究，以提高功能微生物的鲁棒性.     

基于数学模型的AAO系统阶跃响应特性分析

以厌氧/缺氧/好氧(AAO)工艺数学模型为基础,利用灵敏度分析和响应速度从幅度和动力学两方面进行了AAO工艺操作变量的阶跃响应特性分析.结果表明,在AAO系统中,进水流量(Qf)、剩余污泥排放量(WAS)、污泥回流量(RAS)和混合液回流量(MLR)对出水水质的灵敏度较高.其中,WAS的响应速度较慢,适用于系统的长期调整.好氧区溶解氧(DO)适合于出水氨氮的短期调整,RAS和MLR对于出水总氮均是灵敏、快速的变量,RAS会显著影响出水总磷,而MLR对出水总磷影响很小.AAO系统功能性菌群受Qf影响很大.除Qf外,WAS和RAS是对异养菌和自养菌浓度影响较大的变量,聚磷菌浓度对操作变量的灵敏度大小顺序为WAS>MLR>RAS>DO.     

延长缺氧水力停留时间对A-AAO工艺氮磷去除影响的研究

相比传统厌氧-缺氧-好氧(简称AAO)脱氮除磷工艺,改良AAO工艺(定义为A-AAO)增加了回流污泥的硝酸盐反硝化区并对进水多点分配,氮磷去除能力得到显著提高。为进一步优化A-AAO的除污染能力,本研究以A-AAO工艺后2部分缺氧和好氧段(AO段)为对象,研究AO段水力停留时间改变对A-AAO工艺脱氮除磷的影响。试验采用两套小试规模A-AAO工艺(定义为1#和2#反应器)开展研究,1#反应器缺氧段及好氧段停留时间分别为5.5 h和10 h,2#反应器缺氧段及好氧段停留时间分别为2.5 h和13 h。研究结果表明:总停留时间不变,缩短好氧停留时间而延长缺氧停留时间有助于氮磷的去除。1#和2#反应器总氮和总磷平均去除率分别为61.36%、57.08%和85.72%、82.0%。     

不同温度下高温好氧消化工艺的溶氧特性

为探索ATAD(自热式高温好氧消化)污泥系统中ρ(DO)及其对污泥稳定化的影响,分别考察了在不同消化温度下不同成分污泥(初沉泥、二沉泥和混合泥)的E_h(氧化还原电位)、污泥溶胞效果和污泥稳定化效果. 结果表明:在消化的24 d中,尽管曝气充足,但消化前期E_h仍处于0 mV以下,并且随着消化时间的延长,E_h逐渐升至0 mV以上,说明ATAD工艺系统并不是全程好氧状态,消化前期处于兼氧或厌氧状态,后期才呈好氧状态. 65 ℃下容易使细胞破裂发生分解,污泥上清液中ρ(SCOD)(SCOD为可溶性化学需氧量)和ρ(TP)维持较高值,至消化结束时,ρ(SCOD)仍高达13 708 mg/L,ρ(TP)为126.4 mg/L,ρ(PO₄3+-P)为106 mg/L. 尽管消化前期E_h较低,但在15 d时VSS去除率仍超过38%,满足US EPA(美国国家环境保护局)A级污泥VSS去除率的标准. 消化初期的兼氧和厌氧状态没有减缓污泥达到稳定化,因此在合适范围内减少曝气量有利于ATAD工艺的工程化应用.