ABR耦合CSTR一体化工艺好氧颗粒污泥形成机制及其除污效能研究

本研究通过对厌氧折流板反应器(ABR)改进,使其成为厌氧与好氧组合一体化工艺,实现耦合运行.对连续流条件下其好氧颗粒污泥形成机制进行了研究.将ABR末端隔室分别改为曝气池与沉淀池,并分别在厌氧区和好氧区接种厌氧颗粒污泥和普通活性污泥,保持好氧区C/N为2,COD容积负荷逐渐由1.5 kg·(m3·d)-1提高至2.0 kg·(m3·d)-1,沉淀池HRT逐步由2.0 h缩短至0.75 h.研究表明,经110 d的运行,在好氧区中成功培养结构致密、沉降性能良好(平均沉降速率为20.8m·h-1)的淡黄色颗粒污泥.在好氧区沉淀时间为0.75 h、COD容积负荷为2.0 kg·(m3·d)-1的条件下,系统稳定运行时具有较好的脱氮除磷效果,COD、NH+4-N、TP和TN的去除率分别为90%、80%、65%和45%.研究表明,因沉淀时间缩短而不断提高的选择压、维持较高的有机负荷是好氧颗粒污泥形成的主要驱动力.     

缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥反应器的启动及稳定运行

在室温下(17~19℃),通过接种成熟的亚硝化颗粒污泥于缺氧-好氧连续流反应器中,研究连续流亚硝化颗粒污泥的启动及稳定运行.结果表明,在启动阶段,颗粒污泥系统的亚硝态氮积累率(NAR)平均超过95%,成功启动了缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥系统.将好氧区溶解氧(DO)由(3±0.2) mg·L~(-1)提高到(4.5±0.2) mg·L~(-1),探究DO对于该连续流系统的影响.结果表明,在较高DO下,缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥系统仍能保持良好的亚硝化性能,平均NAR大于95%.另外,通过改变进水的水力停留时间(HRT),探究HRT对于该连续流系统的影响.较短的水力停留时间(8.4 h)会加快污泥颗粒在系统中的循环,使破碎的颗粒污泥不能及时重组,致使污泥颗粒沉淀性变差,造成污泥颗粒的流失.HRT增加到12.2h时,颗粒污泥系统得到了恢复,并且可以稳定运行.在运行末(166 d),氨氮去除率和NAR分别为86.7%和96.2%.     

异养硝化好氧颗粒污泥培养条件研究

以具有好氧反硝化功能的异养硝化菌剂作初始接种物,粉末状活性炭对该菌剂进行预固定,批次进水的方式培养出了异养硝化好氧颗粒污泥,研究了颗粒污泥的培养条件.结果表明,有机负荷、进水水质、曝气量和沉降时间都对异养硝化好氧颗粒污泥的形成发育起着重要作用.模拟废水和猪场废水都可以培养出异养硝化好氧颗粒污泥.在COD负荷4.0 g·(L·d)~(-1),氨氮负荷0.212 g·(L·d)~(-1),曝气量为200 L·h~(-1),沉降时间为2.0～4.0 min条件下可形成颗粒污泥.采用葡萄糖为碳源的模拟废水培养颗粒污泥容易引起丝状菌的增殖,导致颗粒污泥沉降性能变差和脱氮功能减退.采用猪场配水能够将丝状菌有效地淘汰出反应器,恢复颗粒污泥沉降性能和脱氮功能,并促进颗粒污泥发育成熟.成熟的颗粒污泥性状稳定,当COD负荷为6.6～8.6 g·(L·d)~(-1),总氮负荷为0.409～0.474 g·(L·d)~(-1),氨氮负荷为0.285～0.304 g·(L·d)~(-1)时,颗粒污泥对以葡萄糖为补充碳源的猪场废水的总氮去除率为84.75%～88.33%,氨氮去除率为99.9%以上,COD去除率为97.29%～98.62%.     

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.     

好氧反硝化SBR工艺启动研究

该文以人工模拟的高C/N比(10)废水为处理对象,利用缺氧/好氧交替和高曝气的运行方式,以城市生活污水处理厂污泥作为接种污泥,研究了好氧反硝化序批式活性污泥反应器(SBR反应器)的启动过程。结果表明:在SBR反应器启动45 d后,出现明显的好氧反硝化过程;继续培养25 d,好氧反硝化SBR反应器的脱氮效率达到稳定。当反应器污泥负荷为0.11 kg COD/(kg MLSS·d)时,好氧反硝化SBR反应器对COD、总氮和氨氮的去除效率分别为(94.97%±0.53%)、(90.37%±5.89%)和(99.18%±0.34%)。城市生活污水处理厂污泥可用于好氧反硝化生物脱氮工艺的启动,缺氧/好氧交替和高曝气的方式可以加速好氧反硝化工艺的启动。     

缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥反应器的启动及稳定运行

在室温下(17~19℃),通过接种成熟的亚硝化颗粒污泥于缺氧-好氧连续流反应器中,研究连续流亚硝化颗粒污泥的启动及稳定运行。结果表明,在启动阶段,颗粒污泥系统的亚硝态氮积累率(NAR)平均超过95%,成功启动了缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥系统。将好氧区溶解氧(DO)由(3±0.2)mg·L-1提高到(4.5±0.2)mg·L-1,探究DO对于该连续流系统的影响。实验表明,在较高DO下,缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥系统仍能保持良好的亚硝化性能,平均NAR大于95%。另外,通过改变进水的水力停留时间(HRT),探究HRT对于该连续流系统的影响。较短的水力停留时间(8.4 h)会加快污泥颗粒在系统中的循环,使破碎的颗粒污泥不能及时重组,致使污泥颗粒沉淀性变差,造成污泥颗粒的流失。HRT增加到12.2 h时,颗粒污泥系统得到了恢复,并且可以稳定运行。在运行末(166 d),氨氮去除率和NAR分别为86.7%和96.2%。     

除磷亚硝化颗粒工艺启动及性能恢复

针对生活污水低碳氮比的水质特点,采用SBR反应器接种低温储存的强化生物除磷颗粒污泥,来启动除磷亚硝化颗粒工艺,通过控制曝气强度及污泥龄实现除磷亚硝化的稳定运行,为后置CANON或厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX)提供进水.污泥龄为30 d的条件下实现了出水TP小于0. 5 mg·L~(-1),COD浓度小于50 mg·L~(-1),亚硝酸盐氮积累率达到了90%以上.实验还得出,过高的曝气强度使除磷亚硝化性能恶化,可采用降低曝气强度和减小污泥龄的方式来改善除磷性能.污泥龄为40 d可以实现生活污水除磷亚硝化中的亚硝化性能进一步恢复,最终实现出水磷浓度保持在0. 5 mg·L~(-1)以下,COD及TP去除率分别稳定在80%及95%,亚硝酸盐积累率保持在90%以上,SVI值从初始的63 m L·g~(-1)降低到35 m L·g~(-1),颗粒污泥沉降性能良好,颗粒粒径在整个运行过程中保持在1 000μm以上.     

同步硝化反硝化耦合除磷工艺的快速启动及其运行特征

以低COD/N生活污水(C/N为3∶1~4∶1)为进水基质,在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),通过逐步降低溶解氧(DO)浓度的方式快速实现同步硝化反硝化耦合除磷.反应器运行20 d后(DO浓度为0.50~1.0mg·L-1),系统出现同步硝化反硝化耦合除磷的现象.在随后运行的40 d里,反应器对废水COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分别为84.84%、93.51%、77.06%和85.69%;出水NO-3-N和NO-2-N平均浓度分别为4.01 mg·L-1和3.17 mg·L-1.反应器启动运行后期,污泥体积指数(SVI)为55.22 m L·g-1,沉降性能良好,颗粒结构较完整.不同氮源的周期曝气阶段结果表明,对TN的去除率为NH+4-NNO-2-NNO-3-N;对TP的去除率为NO-3-NNO-2-NNH+4-N,反应器主要以同步硝化反硝化脱氮和反硝化方式除磷.     

连续流态下以实际低基质生活污水培养好氧颗粒污泥及其脱氮性能

研究了连续流系统污泥颗粒化过程中COD、氨氮和TN的去除效果以及成熟好氧颗粒污泥的物理性质和脱氮动力学.结果表明40 d内连续流系统内能形成好氧颗粒污泥.随着颗粒化程度的提高,系统脱氮除碳性能有所增加;第41~60 d稳定运行期间,系统对COD、氨氮和TN的平均去除率分别到达到85.54%、95.5%和65.56%,且反应过程中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的积累不高.成熟颗粒污泥有较多的空隙结构,含有大量的胞外聚合物,相比于接种絮状污泥,其含水率、湿密度、沉降速度、机械强度、SVI值等都体现出了明显的优势.成熟好氧颗粒污泥同步硝化反硝化效率为81.69%,硝化速率(以NH+4-N计)和反硝化速率(以NO-x-N计)分别为5.78 mg·(L·h)-1和4.90 mg·(L·h)-1.     

连续流间隙曝气前缺氧生物反应器处理分散污水的生产性试验研究

针对一种用于小流量分散型污水处理的连续流间隙曝气前缺氧生物反应器进行生产性试验.在持续近1年的运行监测和工况优化过程中,考察了不同曝气时间比、混合液回流比、水力停留时间(HRT)等组合工况下该生物反应器去除COD、氮、磷的效果.结果表明,反应器可以维持高的污泥浓度,进而高效去除污水中的COD.脱氮效率可通过调节工艺运行参数来提高:在进水流量一定时,减少曝气时间比(即增加停曝时长);在曝气强度一定时,调低混合液回流比;当进水流量升高时,同时增加曝气时间比与循环时长.当反应器达到稳态运行后,在水温17.4~28.6℃、曝气时间比0.5、曝气阶段平均溶氧浓度约1.0 mg·L~(-1)、总HRT 16.6 h、混合液回流比1.5条件下,COD、氨氮(NH_4~+-N)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除率分别可达90%、90%、70%~80%、80%,出水COD、NH_4~+-N、TN指标均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A排放标准,出水TP指标满足一级B排放标准.     

缺氧/好氧交替连续流的生活污水好氧颗粒污泥运行及污染物去除机制

室温下接种成熟的好氧颗粒污泥于由独立的缺氧池和好氧池组成的缺氧/好氧交替连续流系统中,以实际生活污水为进水基质,探究曝气强度和水力停留时间对连续流系统的影响.研究表明在回流比为2,较小的曝气强度（0.6mL·min^-1）和适当的水力停留时间（9 h）条件下更有利于污染物的去除,此时TP平均去除率为80.43%,TN平均去除率为83.6%,COD平均去除率为90.39%,污泥浓度为2100 mg·L^-1左右,污泥体积指数保持在50 mL·g^-1以下,颗粒粒径在700~800 nm之间.用EEM-PARAFAC模型对不同阶段的EPS表征结果表明,EPS组成成分随着运行参数的改变而改变,水力停留时间对连续流系统有更大的影响.此外通过高通量测序的方法评估连续流系统中的微生物多样性,建立污染物去除模型,并在系统中发现了与脱氮除磷相关的11种主要功能菌.     

好氧颗粒污泥处理市政污水性能与微生物特性研究

以成熟好氧颗粒污泥（AGS）为接种污泥,在序批式反应器（SBR）中考察其对低浓度市政污水的处理效能、污泥特性及微生物多样性的变化.结果表明,在低有机负荷（进水COD为179~212 mg·L^-1）、高溶解氧（DO>5 mg·L^-1）条件下,系统出水COD低于50 mg·L^-1,NH₄⁺-N浓度稳定在0.7~0.8 mg·L^-1,但脱氮除磷效能有待优化.体系中0.2~0.6 mm的污泥颗粒最为稳定,运行期间污泥SVI₃₀值始终保持在32~40 mL·g^-1,呈现出良好的沉降性能.系统中少量絮状污泥的存在对AGS的稳定性是有利的,本试验条件下,<0.2 mm污泥体积占比约为30%时AGS体系稳定运行.胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）含量增加与AGS的稳定性呈正相关,可见PN对AGS稳定运行起着重要作用.微生物高通量测序结果表明,Proteobacteria和Bacteroidetes为主要菌门;运行过程中有利于硝化作用的Gammaproteobacteria逐渐成为优势菌纲;系统中存在促进EPS分泌和有机污染物去除的黄杆菌属（Flavobacterium）和陶厄氏菌属（Thauera）,这有利于AGS的稳定运行,同时也存在硝化螺旋菌属（Nitrospira）、陶厄氏菌属（Thauera）、副球菌属（Paracoccus）、梭菌属（Fusibacter）、变形菌属（Proteocatella）等脱氮除磷功能菌属,但需优化运行参数强化同步脱氮除磷效能.本研究结果对AGS系统处理实际市政污水的稳定运行具有重要的指导意义.     

SFBR中好氧颗粒污泥的培养及特性研究

接种自行培养的活性污泥,以模拟废水为基质,采用连续进水、间歇出水及厌氧/好氧交替的运行模式,尝试了在SFBR中进行好氧颗粒污泥的培养,并研究了好氧颗粒污泥的特性及反应器对污染物的去除效果.结果表明,通过逐步缩短沉降时间,28 d时成功培养出好氧颗粒污泥,所形成的好氧颗粒污泥呈黄色、形状不规则,且粒径较小(平均粒径0.56 mm),正常情况下的SVI保持在70 mL·g-1以下,EPS在59 d时达到最大值(以MLVSS计)373.24 mg·g-1,较培养初期增加了约2.5倍,运行后期由于颗粒出现解体,导致EPS急剧下降;反应器在运行过程中未能保持较高的污泥量,中后期MLSS始终在3 000mg·L-1以下;在63 d的运行时间里,除异常波动外,反应器对COD的去除率基本维持在90%左右,正常情况下出水COD小于100 mg·L-1,反应器对NH+4-N、TIN的去除效果波动较大,去除率分别为44.45%~94.72%及43.87%~93.13%,反应器对TP的去除率在44.50%~97.40%之间,正常情况下TP去除率可维持在60%以上;限于自动控制水平,夜间长时间的好氧饥饿期容易造成丝状菌过度生长,使得AGS在生长竞争中处于劣势,最终导致了AGS的解体.     

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.     

阶梯曝气对城市污水好氧颗粒污泥系统的影响

为实现低C/N城市污水的同步脱氮除磷,采用SBR反应器以厌氧/好氧(A/O)为运行方式,在保持总曝气量900 L不变的条件下调整曝气策略[将均匀曝气2. 81 L·(h·L)-1改为先高强度4. 22 L·(h·L)-1后低强度1. 88 L·(h·L)-1的"高/低曝气"和先低强度1. 88 L·(h·L)-1后高强度4. 22 L·(h·L)-1的"低/高曝气"].试验考察了不同曝气策略下系统的脱氮除磷性能及污泥特性.结果表明,高/低曝气下系统的脱氮除磷效果最佳,出水NH_4+-N、NO_2--N、NO_3--N和TP浓度分别为0、0. 15、8. 12和0. 04 mg·L~(-1),总氮(TN)和总磷(TP)去除率分别为78. 33%和99. 19%,同步硝化内源反硝化(SNED)作用明显,SNED率为77. 08%.且相比于均匀曝气,系统硝化速率及反硝化速率均增加,反硝化速率(以N/VSS计)达到整个运行过程中的最大值,为14. 33 mg·(g·h)-1,同时颗粒污泥密实度、沉降性能及稳定性提高,污泥容积指数(SVI)为23. 49 m L·g~(-1).调整曝气策略为低/高曝气后,系统脱氮除磷性能变差,TN和TP去除率均降至最低,分别为51. 26%和58. 32%,但此时系统硝化性能最佳,氨氧化速率和硝酸盐生成速率均达到整个运行过程中的最大值,分别为14. 92 mg·(g·h)-1和7. 50 mg·(g·h)-1,同时颗粒污泥中丝状菌大量繁殖、结构松散、沉降性及稳定性均变差,SVI升至40. 76 m L·g~(-1).故采取高/低阶梯曝气策略有利于AGS系统高效脱氮除磷及提高稳定性.     

间歇梯度曝气下缩短SRT强化短程SNEDPR系统脱氮除磷

为了探究间歇梯度曝气下污泥龄对氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）的影响,研究短程硝化内源反硝化除磷系统对于处理低C/N比生活污水的优势作用,本文采用SBR反应器培养好氧颗粒污泥,实验进水采用实际生活污水.结果表明,在SRT由50 d逐渐降低至30 d过程中,比氨氧化速率由3.16 mg·（g·h）^-1增加至4.38 mg·（g·h）^-1,比亚硝酸盐氧化速率由3.4 mg·（g·h）^-1降为1.8 mg·（g·h）^-1左右,可知NOB活性降低约44%,从而使系统实现了短程硝化.当SRT为30 d时,由典型周期实验可知亚硝酸盐最大积累量可达6.93mg·L^-1.由于系统中污泥浓度随SRT的减少而略有降低,因此在反应进行至40 d左右时根据DO曲线采取降低曝气量的策略,最终SRT为30 d时系统出水COD浓度为40.76 mg·L^-1,TN浓度为12.4 mg·L^-1,TP浓度为0.31 mg·L^-1,强化了系统中C、N和P的同步去除,最终得到了稳定运行的短程硝化内源反硝化除磷系统.同时好氧颗粒污泥EPS含量与SRT呈现负相关性,蛋白质含量由污泥龄为50 d的66.7 mg·g^-1升为30 d的95.1mg·g^-1,多糖保持在12.1~17.2 mg·g^-1的范围内,说明SRT的降低对蛋白质含量的影响较多糖大,当SRT为30 d时,PN/PS值保持在6.2左右,好氧颗粒污泥在该条件下仍能保持较好的结构稳定性.     

曝气量对SBAR中好氧颗粒污泥特性的影响

采用SBAR反应器对比研究了颗粒化后表观气速为1.8 cm·s-1和0.9cm·s-1时对成熟好氧颗粒污泥形态结构、粒径、强度等物理特性和硝化性能以及胞外聚合物代谢的影响.结果表明,颗粒化后降低曝气量增加颗粒形态不规则程度,空隙增大;55d试验中,与高曝气量下相比,降低曝气量使表观污泥产率提高33%,颗粒粒径平均增长速率提高25%,相对颗粒强度降低6%, EP5含量平均降低12%.两反应器颗粒污泥SVI值均在10～15 mL·g-1,沉降性能良好,且均具有良好硝化性能和降解COD能力.与高曝气量下相比,低曝气量下硝化菌群活性低,而异养菌活性高.     

逆电渗析反应器降解模拟甲基橙染料废水实验

利用逆电渗析（RED）技术可实现"废热治理废水"的目的.为探究RED反应器对染料废水的降解效果,构建了由40对膜构成的RED反应器.以NaCl水溶液作为工作溶液,甲基橙模拟废水作为降解对象,考察了废水流率、Cl^-浓度、Fe²⁺浓度、pH值、曝气流率和输出电流对模拟废水脱色率及COD去除率的影响.结果表明,对于RED反应器阳极回路印染废水,废水流率对其脱色率影响不大,但Cl^-浓度对其脱色率和COD去除率影响较大.对于RED反应器阴极回路印染废水,废水流率、Fe²⁺浓度、pH值和曝气流率均对其脱色率和COD去除率产生影响.当阳极回路废水氯盐浓度为0.5 mol·L^-1,阴极回路废水pH=2、Fe²⁺浓度为0.1 mmol·L^-1、曝气流率为600 mL·min^-1,两回路模拟废水流率均为82 mL·min^-1实验条件下,输出电流为0.25 A时,处理20 min后,阳/阴极回路模拟废水脱色率分别为99.9%和91.71%;处理80 min后,阳/阴极回路模拟废水COD去除率分别可达到52%和62%.