好氧/除磷颗粒对亚硝化颗粒污泥启动的影响

在室温下,采用R1、R2、R3三组相同的SBR反应器接种污水厂回流污泥,比较了添加好氧颗粒、除磷颗粒对亚硝化颗粒污泥启动及稳定运行的影响.结果表明,在S1(0~22 d)阶段,R1、R2、R3均用了19 d启动亚硝化.在S2阶段(23~56d),R1不添加颗粒污泥,R2、R3分别添加20%好氧颗粒和20%除磷颗粒诱导亚硝化絮状污泥颗粒化,R1、R2和R3分别在76、42 d和56 d平均粒径达到412、468、400μm,均成功实现颗粒化.在S3阶段(57~108 d),进水氨氮负荷和COD负荷分别由0.4 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.5 kg·(m~3·d)~(-1)和0.2 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.5 kg·(m~3·d)~(-1),R1、R2反应器中颗粒粒径增加明显,但R3发生了污泥膨胀.在运行末期(108 d),R1和R2的平均粒径分别达到689μm和893μm.接种好氧颗粒和除磷颗粒均能快速实现亚硝化污泥的颗粒化,并且接种好氧颗粒的亚硝化颗粒污泥系统能适应较高C/N比进水,耐冲击负荷,能长期稳定运行.     

基于新型反应器的好氧颗粒污泥的稳定性控制

为避免好氧颗粒污泥随着粒径和密度的变化屡次出现其稳定性失去控制,导致好氧颗粒污泥系统运行失败的状况发生,开发了一种新型反应器能够很好地控制好氧颗粒污泥的粒径和密度.新反应器结合旋流器的使用提供了2种排泥方式,其一是短的沉淀时间,将大粒径和高密度的颗粒污泥存留在反应器中;其二是一种专有的污泥排除工艺,选择出反应器内潜在的可能存在进一步粒径增长和密度扩大从而破坏反应器运行稳定的大粒径和高密度的颗粒,并将其排除.以上2种方式保证了反应器内颗粒污泥的粒径长期维持在300～1 000μm,进而维持整个系统的稳定性.对新型反应器生成的颗粒污泥进行动力学参数的测定,该工艺所形成颗粒的能量维持系数为0.08～0.10,就新陈代谢活动的代谢途径而言,相比传统颗粒污泥系统发生较大改变,维持新陈代谢活动所消耗COD较传统工艺偏高.另外,出水水质COD的降解率平均达到92%,氨氮降解率平均达到60%.     

AUSB中置曝气对CANON颗粒污泥工艺的影响

常温(25±1)℃下,向中置(R1)、底部曝气(R2)的AUSB反应器中接种絮状厌氧氨氧化(ANAMMOX)污泥,研究AUSB不同曝气位置对连续流CANON颗粒污泥工艺启动及运行的影响.结果表明,R1、R2分别于第43 d、56 d成功启动CANON颗粒污泥,平均粒径分别为214.79μm、205.27μm,特征值(ΔNO-3-N/ΔTN)为0.128、0.129.低氨氮(90 mg·L-1)下,逐步增大氮负荷(NLR),AUSB中置曝气更利于CANON颗粒粒径的持续增长及脱氮负荷(NRR)的提高,R1于第88 d颗粒平均粒径即增至507.46μm,NRR达0.277 kg·(m3·d)-1;R2污泥颗粒历时108 d,粒径增长至467.72μm,NRR仅为R1的87.73%.底部曝气AUSB全程好氧模式下长期运行,亚硝酸盐氧化菌(NOB)显著增殖,第125 d后特征值增至0.136±0.004,NRR仅(0.231±0.015)kg·(m3·d)-1;而中置曝气AUSB特定的缺氧/好氧模式有效抑制了NOB活性,特征值维持在0.127±0.003,NRR为(0.262±0.019)kg·(m3·d)-1.AUSB中置曝气可促进絮状ANAMMOX污泥演变至CANON颗粒污泥,且系统脱氮性能及运行稳定性均优于底部曝气AUSB.     

提高有机负荷对好氧颗粒污泥形成与稳定过程的影响

本研究在柱形SBR反应器中接种市政污水厂活性污泥,以乙酸钠为碳源,考察了逐步提高进水有机负荷(OLR)对好氧颗粒污泥(AGS)形成的影响,并分析了污泥外观形态、微生物活性与胞外聚合物(EPS)组成的演化规律.结果表明,当进水OLR在3.20~4.84 kg·(m3·d)-1时,污泥粒径的增长速率最快.更高的OLR将导致絮状污泥的大量出现,需辅以应急性排泥,才能保持AGS在反应器中的主导地位.成熟AGS的污泥浓度(MLSS)、污泥体积指数(SVI30)、平均粒径、沉降速率和比耗氧速率(SOUR)分别达到23.9 g·L-1、20 m L·g-1、1.4 mm、102 m·h-1和50.2 mg·(g·h)-1.污泥颗粒化过程不仅使污泥形态发生了根本变化,也显著增强了微生物活性.在此期间,胞外聚合物中PN、PS含量的变化对生物量累积、颗粒生长表现出良好的响应关系.充分发挥EPS组分的指示功能,将有助于优化现有AGS的培养方法.     

好氧颗粒污泥中丝状微生物生长研究

通过在序批式摇床反应器(SSBR)中分别接种絮状活性污泥与厌氧颗粒污泥来处理含盐及淡水2种废水并培养好氧颗粒污泥,研究好氧颗粒污泥中丝状微生物的过度生长及可行的控制措施.结果表明,进水水质与接种污泥类型都会影响颗粒污泥中丝状微生物的生长.同是接种好氧絮状污泥的R1、R3,由于R1进水为含盐废水而R3为淡水,R1中颗粒污泥丝状化程度低于R3,而接种厌氧颗粒污泥并处理含盐废水的R2颗粒污泥丝状化程度最低.当好氧颗粒污泥外部出现明显丝状微生物过度生长时,各反应器中颗粒污泥平均丝状化程度△分别达到△R1=1.4、△R2=1.2及△R3=2.0.对各反应器颗粒污泥中丝状微生物进行鉴定,R1颗粒中丝状微生物主要为Eikelboom 0092及Nocardia spp.,R2中主要为.Fungi spp.及Nocardia spp.,R3中主要为S.natans 及H.hydrossis,这几种类型丝状微生物一般出现在污泥龄长、溶解氧浓度低及基质易降解的环境中,但由于好氧颗粒污泥结构不同于传统活性污泥,试验通过控制污泥负荷、污泥龄及曝气量等并不能有效控制颗粒中丝状微生物的过度生长.试验将各反应器进水基质由易降解的葡萄糖配水换为难生物降解废水时,能快速有效地控制颗粒污泥中丝状微生物的过度生长.     

旋流选择作用及K_La对污泥颗粒化的影响研究

采用3个结构不同的SBR反应器R1、R2和R3,研究了旋流选择作用和体积溶解氧系数(KLa)在低负荷条件下对絮体污泥颗粒化过程的影响。试验结果表明,3个反应器内的污泥颗粒化的时间与颗粒污泥的孔隙率依次为53 d、41 d、25 d和82%~95%、92%~97%、60%~75%;3个反应器的化学需氧量(COD)平均去除率都在92%以上;R1和R2中氨氮(NH3-N)的平均去除率都在97%以上,而R3中氨氮的平均去除率从反应器启动初期的99%下降到完全颗粒化后的56%。说明旋流选择作用延缓了好氧污泥颗粒化的时间并对出水水质影响不大;较高的KLa促进了好氧颗粒污泥的形成并对于COD的处理基本没有影响,但对于氨氮去除效果的负面影响较大。     

机械搅拌对CANON污泥快速颗粒化的影响

采用单纯依靠曝气的SBR反应器(R1)与曝气和机械搅拌联合的SBR反应器(R2),研究了不同控制方式对CANON污泥颗粒化的影响.结果表明,R2仅用40d即成功实现颗粒化,比R1用时减少三分之一;颗粒化期平均总氮去除率为83.07%,平均总氮容积负荷为0.26kgN/(m3·d),比R1脱氮效果更加稳定高效,证实了机械搅拌有利于提高粒径增长速率及脱氮能力.采用曝气和机械搅拌联合方式可有效缩短CANON污泥颗粒化的时间,并能实现稳定高效的总氮去除,是CANON污泥颗粒化的有效手段.     

有机负荷条件对间歇式气提内循环反应器中好氧颗粒污泥形成的影响

在R1、R2和R3共3组气提式内循环序批式反应器中启动好氧颗粒污泥工艺,探讨在无选择压作用下有机负荷对好氧颗粒污泥的形成及稳定性的影响.其中,R1、R2分别以7 kg.(m3.d)-1和3 kg.(m3.d)-1的目标COD负荷直接启动,R3以1.5kg.(m3.d)-1逐步增加至3 kg.(m3.d)-1的递增COD负荷方式启动.结果表明,3组反应器在启动期中均能快速形成好氧颗粒污泥,但以目标负荷启动方式易使好氧颗粒污泥反应器产生丝状菌污泥膨胀.通过对颗粒形成过程、粒径、性质以及胞外多聚物等指标分析,认为递增负荷的启动方式可有效抑制启动初期丝状菌污泥膨胀,且形成的颗粒更为稳定,生物降解效率更高.     

粒径控制对好氧颗粒污泥处理高含氮废水的影响

采用序批式反应器(SBR),以不同的缺氧搅拌时长来控制颗粒污泥粒径,探究不同粒径的好氧颗粒污泥系统对高浓度氨氮废水的处理特性。研究表明不同控制策略下的4个反应器(R1~R4)分别得到的主要粒径分布为0.4~0.6,0.6~0.8,0.6~0.8,1.0~1.2 mm;系统稳定阶段氨氮平均去除率分别为83.6%、79.4%、77.7%和73.1%。此外,好氧颗粒污泥系统处理高氨氮废水时,颗粒粒径最小的反应器(R1)在氨氮、总氮和磷酸盐方面具有较好的去除效果,但其颗粒污泥的物化性能并没有体现出较高优势。     

实际污水培养好氧颗粒污泥及其特性研究

采用实际城市污水在序批式反应器(SBR)中试装置中成功培养出好氧颗粒污泥.颗粒污泥的沉降速率>21 m·h-1,显示了良好的沉降性能.颗粒污泥对化学需氧量(COD)、氮(N)、磷(P)具有同步去除的能力.在3 h的运行周期中,反应器出水COD<50 mg·L-1,氨氮(NH+4-N)<5.0 mg·L-1,总氮(TN)<15 mg·L-1,对TN和总磷(TP)的去除率达到50%.采用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)对好氧颗粒污泥的结构分析表明,好氧颗粒污泥的胞外多聚物(EPS)在整个颗粒污泥中均匀地分布,构成颗粒污泥的骨架.对颗粒污泥的X射线衍射(XRD)分析显示,在好氧颗粒污泥的内部存在许多无机矿物质,在颗粒污泥形成初期,废水中的无机成分可能具有"晶核"的作用.     

气升流速变化对SBR污泥颗粒化的作用及机理

采用两个相同的SBR反应器:R1保持恒定气升流速3.0 cm·s~(-1),R2气升流速由3.0 cm·s~(-1)逐渐降低至1.0 cm·s~(-1),对比研究了气升流速变化对絮体污泥凝聚和颗粒化的作用.结果表明:R1中35 d后絮体污泥全部转变成均值粒径为564.59μm的颗粒污泥;R2中24 d后絮体污泥全部转变成均值粒径978.71μm的颗粒污泥.R2气升流速由3.0 cm·s~(-1)逐渐降至2.0 cm·s~(-1)时,污泥的分形维数(D2)增大;气升流速由2.0cm·s~(-1)逐渐降到1.6 cm·s~(-1)时,D2先下降后上升,污泥粒径比增长率为0.16±0.01,微生物颗粒表面所受的剪切解吸附率随粒径的增长由调整前的1.35×10~(-2)mg·cm~(-2)·d~(-1)(以VSS计,下同)略微降低后升高至1.88×10~(-2)mg·cm~(-2)·d~(-1),颗粒结构变得更加致密;气升流速小于1.6 cm·s~(-1)之后,旋涡尺度作用减弱,D2持续减小.总体上,当气升流速递减后,R2中污泥混合液流变特性发生了变化,形成的漩涡尺度大于R1,促使更多体积分数的污泥分布在漩涡尺度的耗散范围内,加剧耗散对应范围粒径大小的污泥剪切凝聚,加快了污泥颗粒化进程.     

采用体积信息熵表征颗粒污泥系统稳定性及其稳定机制

SBR反应器中培养自养硝化颗粒污泥,在絮体转化为颗粒过程中,颗粒的体积信息熵从2.05(27 d,初见颗粒)降低为1.85(95 d),熵值降低的主要动力来自于松散的絮体在较快沉速选择压条件下被淘洗出系统.当絮体被淘洗出系统即完成颗粒化过程,在129 d时测得系统中颗粒沉速分布的中位数为6.27 m.h-1,因此颗粒体积熵值的变化不再受沉速选择压(6m.h-1)的控制.颗粒的粒径、沉速及体积熵值分布均呈现周期性变化,其中信息熵的均值为2.16,最小值为1.79,最大值为2.63.在这种周期性变化过程中,系统总是表现为粒径均值先增大后减小.熵值的波动的驱动力来自于颗粒的破碎与破碎体的成长,体积分布信息熵的大小可以很好地表征系统的稳定性及其稳定机制.     

低基质颗粒污泥反应器中亚硝化的实现过程及其污泥变化特征

在CSTR反应器中接种硝化颗粒污泥处理低氨氮浓度废水,研究其亚硝化的实现过程,并基于对颗粒污泥理化性质、功能菌群的空间分布规律及活性的分析,系统阐述了影响亚硝化稳定的关键因素.结果表明,通过协同调控进水氨氮负荷（NLR）和溶解氧（DO）水平等参数,亚硝化成功实现并可维持稳定,亚硝积累率达80%以上.所得亚硝化颗粒污泥为棕黄色,呈现出光滑、饱满的椭球形或球形,颗粒表面微生物以球菌为主;颗粒平均粒径1.3 mm,平均沉降速率为71.3 m·h^-1.批次试验显示,颗粒污泥（粒径>0.8 mm）中存在明显的成层分布结构,氨氧化细菌（AOB）主要占据颗粒表层空间,而亚硝酸盐氧化细菌（NOB）主要分布在颗粒内部;絮体或小粒径污泥（粒径<0.8 mm）与颗粒污泥（粒径>0.8 mm）呈现出不同的微生物空间分布特征.在颗粒污泥反应器中,良好的硝化菌群分层结构、较高的出水氨氮浓度（15~33 mg·L^-1）或较低的DO/NH₄⁺-N （0.08~0.15）是亚硝化实现过程中的关键影响因素.     

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.     

厌氧氨氧化污泥恢复过程中的颗粒特性

目前运行容易失稳已成为制约厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺应用的因素之一.在保证底物不抑制的条件下,通过对实验室前期运行失稳的连续流全混反应器(CSTR)中的厌氧氨氧化污泥进行活性恢复,研究了滞留的基质浓度对ANAMMOX污泥恢复过程中颗粒化及活性的影响.结果表明,经过126d运行,ANAMMOX污泥活性获得恢复且脱氮能力明显提升.控制高、低基质浓度水平的2个反应器均能实现污泥的颗粒化及氮素的高效去除,NRR最大分别达到16. 97 kg·(m~3·d)~(-1)和14. 43 kg·(m~3·d)~(-1).随着反应器脱氮能力的提高(污泥颗粒粒径增大),R1、R2两个反应器内污泥的胞外聚合物EPS含量(以VSS计)均增大,分别由接种时的34. 45 mg·g~(-1)增大至77. 52 mg·g~(-1)和94. 18 mg·g~(-1),PN/PS由1. 89分别增大到6. 25和6. 84.在一定范围内,PN/PS比值增大有利于ANAMMOX污泥颗粒化,但PN/PS过大会导致颗粒污泥结构失稳上浮,加剧污泥流失现象.     

微膨胀对好氧颗粒污泥脱氮过程中N2O产生量的研究

采用控制低溶解氧(DO)在SBR反应器内,研究了好氧颗粒污泥微膨胀的实现;考察了微膨胀颗粒污泥对COD和氨氮去除效能以及温室气体N2O产生量.结果表明,在低DO条件下可以获得微膨胀颗粒污泥,污泥容积指数(SVI)大都在150～250 mL.g-1之间.微膨胀颗粒污泥对COD和氨氮去除量影响不大,COD去除率从89.45%上升到90.99%;氨氮去除率从77.29%降至68.29%;硝化速率从38.95×10-3 mg.(g.min)-1降至33.46×10-3 mg.(g.min)-1.微膨胀颗粒污泥对N2O产生量影响很大,微膨胀颗粒污泥N2O产生量为2.42 mg.m-3是没有发生微膨胀颗粒污泥N2O产生量的1.26倍.微膨胀颗粒污泥N2O释放速率由3.63×10-3mg.(L.min)-1上升到4.72×10-3mg.(L.min)-1.     

Identical full-scale biogas-lift reactors (BLRs) with anaerobic granular sludge and residual activated sludge for brewery wastewater treatment and kinetic modeling

Two identical full-scale biogas-lift reactors treating brewery wastewater were inoculated with different types of sludge to compare their operational conditions, sludge characteristics, and kinetic models at a mesophilic temperature. One reactor （R1） started up with anaerobic granular sludge in 12 weeks and obtained a continuously average organic loading rate （OLR） of 7.4 kg chemical oxygen demand （COD）/（m3.day）, COD removal efficiency of 80%, and effluent COD of 450 mg/L. The other reactor （R2） started up with residual activated sludge in 30 weeks and granulation accomplished when the reactor reached an average OLR of 8.3 kg COD/（m^3·day）, COD removal efficiency of 90%, and effluent COD of 240 mg/L. Differences in sludge characteristics,biogas compositions, and biogas- lift processes may be accounted for the superior efficiency of the treatment performance of R2 over R1. Grau second-order and modified StoverKincannon models based on influent and effluent concentrations as well as hydraulic retention time were successfully used to develop kinetic parameters of the experimental data with high correlation coefficients （R2 〉 0.95）, which further showed that R2 had higher treatment performance than R1. These results demonstrated that residual activated sludge could be used effectively instead of anaerobic granular sludge despite the need for a longer time.     

厌氧氨氧化微生物颗粒化及其脱氮性能的研究

利用厌氧颗粒污泥作为种泥,启动SBR反应器,旨在培养厌氧氨氧化颗粒污泥以及研究其脱氮性能.结果表明,水力停留时间(HRT)是富集厌氧氨氧化微生物的1个重要控制因素,以HRT为30 d,第58 d时,SBR反应器就出现厌氧氨氧化现象,与此同时,颗粒污泥由灰黑色变为棕褐色,粒径减小.到第90 d时,成功培养出厌氧氨氧化颗粒污泥,NH⁺₄-N和NO^-₂-N同时被去除,最大去除速率分别达到14.6 g/(m³·d)和6.67 g/(m³·d).从第110　d开始,逐步降低HRT,以提高基质负荷促进厌氧氨氧化菌生长.到目前t＝156　d,HRT降到5　d,氨氮和亚硝酸氮的去除率分别达到60.6%和62.5%,亚硝酸氮/氨氮的比率为1.12.污泥也由棕褐色变为红棕色,形成红棕色的具有高厌氧氨氧化活性颗粒污泥,总氮负荷达到34.3 g/(m³·d).     

表层附着累枝虫的好氧颗粒污泥特性

在序批式反应器(SBR)中处理实际生活污水,并接种城市污水处理厂活性污泥,培养出表层附着大量累枝虫的好氧颗粒污泥.运行120 d时,颗粒污泥浓度可达4482 mg·L-1,污泥容积指数(SVI)为55 m L·g-1左右,颗粒的粒径主要在1.6~2.5 mm之间,平均沉速为55.4 m·h-1,累枝虫密度可达30450 ind·m L-1.CODCr和NH+4-N的平均去除率分别为87.9%和91.8%.采用直接免疫荧光法证实累枝虫可吞食游离细菌,能有效减少出水SS,且出水SS与累枝虫的密度变化整体呈相反趋势.表层附着生长的累枝虫略微降低了颗粒污泥的沉速.结构分析可看出累枝虫根植于颗粒表层,柄的部分成为颗粒污泥的"骨架",有利于颗粒污泥结构强度和稳定性.