短程硝化颗粒污泥的快速培养与硝化特性研究

以城市污水处理厂剩余污泥为种泥,以2 min沉淀时间为选择压,在序批式反应器(SBR)中快速培养出好氧颗粒污泥。经过60个周期(20 d),反应器内出现砂粒状颗粒,并持续稳定运行120 d。成熟的颗粒污泥平均粒径856.56μm,具有良好的硝化性能。SBR反应器以固定曝气时间方式运行,亚硝酸盐积累率达80%以上,实现了稳定短程硝化。试验结果表明:絮体污泥(即接种污泥)与颗粒污泥的硝化过程相似但略有差异。二者差别在于,氨氮氧化结束后,继续曝气120 min,絮体污泥将亚硝酸盐完全转化为硝酸盐,而颗粒污泥仅将部分亚硝酸盐转化且过程比较缓慢。     

沉淀时间及生物膜对实际生活污水形成好氧硝化颗粒污泥的影响

利用3个间歇式活性污泥反应器（sequencing batch reactor,SBR,命名为R1、R2、R3）和1个间歇气提式内循环反应器（sequencing batch airlift reactor,SBAR,命名为R4）,处理低碳氮比实际生活污水,系统考察改变沉淀时间的方式及器壁生物膜对快速启动硝化好氧颗粒污泥（aerobic granular sludge,AGS）反应器的影响.结果表明,R1、R2、R4的沉淀时间骤降为2、4、2 min,由于一次性施加的沉速选择压过强,造成污泥大量流失,反应器崩溃,而后反应器器壁不断长出生物膜,混合液和出水中出现大量絮状、棒状、颗粒状污泥,经过35～40 d的培养,出水NH⁺₄-N小于1 mg/L,这主要是器壁生物膜的作用.反应器中的松软颗粒状污泥并非AGS,但它和AGS周围都有大量的轮虫等原生动物和后生动物,这表明生物膜和AGS同源.根据污泥沉淀的实际情况,逐步降低R3反应器的沉淀时间为8、6、5、4 min,当沉速达到10 cm/min时,污泥开始颗粒化;沉速达到12 cm/min时,污泥颗粒化基本完成,共经历了33 d.AGS与絮状污泥长期共存,以0.3 mm为界,两者质量比约为2∶1,AGS平均粒径在0.5　mm左右, NH⁺₄-N降解速率是污泥未颗粒化之前的5倍.     

间歇式除磷好氧颗粒污泥反应器的快速启动

以厌氧/好氧方式运行SBR反应器处理实际生活污水,考察沉淀时间对培养具有除磷功能的好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS)的影响。在沉淀时间降低为6min时,出现了AGS;在沉淀时间降低为4min的第6天,AGS培养成熟,肉眼可见。从降低沉淀时间到AGS培养成熟共耗时28d。AGS培养及稳定运行阶段,出水磷含量平均在0.92mg/L左右,最低为0mg/L,最高为3.34mg/L。具有除磷功能的AGS成熟时,其周围有大量的浮游累枝虫。AGS粒径范围为0.0~0.3mm、0.3~0.6mm及>0.6mm的质量分数分别为44.88%,51.61%及3.51%,AGS与絮状污泥共存。与具有短程硝化功能的AGS相比,周期性的厌氧/好氧更有利于AGS的稳定维持,具有除磷功能的AGS远比具有短程硝化功能的AGS密实。试验结果表明在沉淀时间选择压的作用下,具有除磷功能的AGS形成的过程可分为3阶段:筛选-聚集-成熟。     

低温条件下好氧颗粒污泥培养及其脱氮性能研究

为研究在低温条件下好氧颗粒污泥（AGS）的形成及其脱氮性能,在序批式反应器（SBR）中15℃条件下60d内培养出了成熟的具有良好短程硝化功能的AGS,稳定运行阶段亚硝酸盐氮积累率（NAR）可以达到90%以上,扫描电镜显示AGS主要由短杆菌和球菌构成.通过批次实验研究了温度在15℃时,粒径为R1（1.0~2.0mm）、R²（2.0~3.0mm）和R3（>3.0mm）的短程硝化AGS的脱氮特性.其中R1亚硝酸盐氮积累效果最差,R²、R3相差不大,其NAR均可达到90%左右,效果较好.AGS粒径的增大会对基质的传质产生影响,这为氨化细菌（AOB）、硝化细菌（NOB）和反硝化细菌的生长提供了适宜的场所,有利于短程硝化的实现.通过微电极测定,在温度为15℃、水中溶解氧（DO）浓度为6~7mg/L时,AGS中氧气的传质深度为600~700μm.     

基于DO和ORP一阶导数的短程硝化SBR实时控制研究

以序批式生物反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)为基础,研究了短程硝化SBR启动过程中在线监测信号(溶解氧(DO)和氧化还原电位(ORP))的变化规律,考察了不同进水氨氮负荷下DO和ORP一阶导数的变化特征,并对SBR中不同阶段的微生物群落结构进行了对比分析.结果表明,在特定的运行条件下(29～30℃,初始pH8.2,SRT=14),避免硝化阶段的过度曝气,可在第6 d实现短程硝化-反硝化SBR的快速启动.SBR对氨氮去除率维持在97%以上,亚硝化率(NAR)可长期稳定在98%以上.对SBR运行过程中的DO和ORP进行了长期监测,并对它们的一阶导数进行实时计算,结果发现,在短程硝化终点和反硝化终点处,DO与ORP的一阶导数均出现了极值,并且在不同进水氨氮负荷下,极值基本维持稳定.微生物群落分析结果表明,全程硝化阶段的污泥中同时含有氨氧化菌(AOB)和亚硝酸氧化菌(NOB),短程硝化污泥中几乎不含NOB.研究表明,利用DO和ORP的一阶导数极值作为控制参数是稳定可行的,对实现短程硝化SBR工艺的实时控制具有潜在的研究和应用价值.     

实际生活污水短程/全程硝化反硝化处理中试研究

常温条件下,用A/O生物脱氮工艺中试试验装置处理实际生活污水,控制好氧区低DO浓度(0.5 mg/L),实现了短程硝化反硝化反应,亚硝酸氮平均积累率可达85%或更高.研究了低DO短程硝化反硝化、低DO全程硝化反硝化和高DO全程硝化反硝化3种运行方式或状态在总氮去除率、耗氧量、污泥性能和反应机理上的差别.结果表明,短程硝化反硝化是生物脱氮的最优运行方式,它可有效提高系统脱氮率、降低运行费用.短程硝化反硝化过程中缺氧区和好氧区的pH值变化幅度较大;而全程硝化反硝化过程中,缺氧区pH值变化很小或基本不变化,好氧区pH值变化幅度较大.全程硝化和短程硝化的硝化速率相差不大,但短程反硝化速率和全程反硝化速率相比增加了15%.可以应用DO和pH在线控制A/O工艺硝化反应过程.     

短程同步硝化反硝化过程的脱氮与N2 O释放特性

采用气升环流生物反应器建立全程同步硝化反硝化(SND)体系,在此基础上,通过提高进水pH值从而增加反应器中的游离氨(FA)浓度,可以实现全程SND向短程SND的转变.以全程SND过程为参照,分析了短程SND过程的脱氮及N2O释放特性.结果表明,短程SND过程的总氮平均去除率及SND平均效率分别为71.9%和80.9%,比全程SND过程分别提高了18.0和16.8个百分点,短程SND过程的平均总氮去除速率为0.11 mg.(L.min)-1,是全程SND过程的1.4倍.虽然短程SND较全程SND具有更高的脱氮效率,但该过程的N2O平均转化率为57.1%,N2O平均累积释放量约为全程SND过程的5倍.研究还发现,N2O的释放量急剧上升与体系中NO2--N的积累浓度升高密切相关.     

两段式曝气对好氧颗粒污泥脱氮性能的影响

基于4个不同进水条件的小试实验探究,得出所接种好氧颗粒污泥表面异养菌在曝气初期阶段大量消耗碳源,对于NO-2-N和NO_3~--N的反硝化效率较低.为此,实验在常温(20~23℃)条件下,在同一周期内先采用低曝气量曝气之后再用高曝气量曝气的两段式曝气方式运行好氧颗粒污泥SBR反应器,低曝气量时长分别取1、2、3 h这3个阶段分别运行,并运用扫描电镜(SEM)和荧光原位杂交技术(FISH)对颗粒污泥进行分析,结果表明AGS粒径增大,反硝化能力提升,NO-2-N的反硝化速率(以LVSS计)在低曝气时长为2 h时升至最高,达9.66 mg·(g·h)~(-1).亚硝态氮积累率不断升高至77.84%,总氮去除率最高达70%.颗粒污泥内部孔隙增多,且细菌多以球菌、椭球状及杆菌为主,氨氧化菌(AOB)占总菌的比例由13.70%升至15.40%.因此,通过两段式曝气过程实现了短程同步硝化反硝化过程并具有较好的脱氮性能.     

絮状活性污泥颗粒化处理高氨氮废水的研究

以普通的絮状污泥为接种污泥,保持COD不变,通过逐渐提高进水氨氮浓度,同时缩短沉淀时间,在SBR反应器中快速培养出具有短程硝化特性的好氧颗粒污泥。结果表明:保持ρ(COD)为300 mg/L,将进水ρ(NH+4-N)从50 mg/L逐渐提高至500 mg/L,沉淀时间从40 min逐渐缩短至2 min,并控制曝气量为200 L/h,pH值为8.0,温度为30℃,在第50天成功培养出了粒径为1.0~2.0 mm,SVI为20.1 mL/g的好氧颗粒污泥。在ρ(NH+4-N)为500 mg/L,碳氮比为3∶5时,对氨氮和COD去除率分别达到了90%和99%,亚硝态氮的积累率达到了92%,出水COD和氨氮均达到了理想的去除效果。     

SBR反应器中全自养硝化颗粒污泥的特性研究

在SBR反应器中接种硝化污泥,研究了污泥颗粒化过程中某些性能的变化,包括沉降性能、胞外聚合物、氧利用速率等.结果表明,当SBR沉淀时间由39min缩短至10min时,污泥SVI由接种时的110mL/g降低至24～42mL/g.EPS(以VSS计)中蛋白质含量由接种时的163mg/g增长到250～270mg/g;而EPS中多糖变化不大,基本在20～30mg/g;硝化颗粒污泥中EPS的蛋白质/多糖的比例基本在9～13左右.反应器中污泥浓度(以VSS计)约2.5g/L,VSS/SS基本保持在85%～90%.在反应器运行初期,污泥中氨氧化菌的活性(SOUR-A)和亚硝酸氧化菌的活性(SOUR-N)不断升高,在第17d,SOUR-A和SOUR-N分别达到259mg/(g·h)和119mg/(g·h);为接种污泥的2.4和5.3倍.当硝化颗粒形成且粒径不断增大后,污泥的SOUR-A和SOUR-N开始降低.污泥中异养菌的活性(SOUR-H)和内源呼吸活性(SOUR-E)在颗粒化过程中都保持在10mg/(g·h).     

生活污水常温处理系统中AOB与NOB竞争优势的调控

常温（19℃±1℃）条件下,采用SBR工艺处理低碳氮比（C/N）实际生活污水,研究氨氧化菌（AOB）与亚硝酸盐氧化菌（NOB）竞争优势的调控,在接种全程硝化污泥的系统中使AOB成为优势菌群,启动并维持常温短程硝化.通过控制曝气量为40 L/h使系统溶解氧处于较低水平（DO_average<1.0 mg/L）,同时结合好氧硝化时间的优化控制,即在pH值“氨谷"点前及时停止曝气的短周期定时控制,强化AOB的竞争优势.待AOB的竞争优势初步形成后（亚硝酸盐积累率NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N达到50％）,每周期曝气时间随着NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N的提高由3 h逐步延长至4 h、 5 h,从而提高NH⁺₄-N去除率,进一步增强AOB在系统中的竞争优势,短程硝化成功启动,NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N稳定在95%以上.FISH检测结果表明AOB大约占总菌群的9.97％.在线控制好氧硝化时间可以很好地维持短程硝化效果,NH⁺₄-N去除率达到97%以上.研究还表明,对于全程硝化污泥常温下如果不限制溶解氧,单纯依靠短周期定时控制无法使AOB成为优势硝化菌群.     

Community analysis of ammonia and nitrite oxidizers in start-up of aerobic granular sludge reactor

A lab-scale sequencing batch reactor (SBR) was setup and the aerobic granular sludge was successfully incubated by using anaerobic granular sludge as seed sludge. Nitrogen was partially removed by simultaneous nitrification and denitrification (SND) via nitrite with free ammonia (FA) of about 10 mg/L. The denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) method was used to investigate community structure of α-Proteobacteria, β-Proteobacteria, ammonia oxidizing bacteria (AOB), and Nitrospira populations during start-up. The population sizes of bacteria, AOB and Nitrospira were examined using real-time PCR method. The analysis of community structure and Shannon index showed that stable structure of AOB population was obtained at the day 35, while the communities of α-Proteobacteria, β-Proteobacteria, and Nitrospira became stable after day 45. At stable stage, the average cell densities were 1.1×1012, 2.2×1010 and 1.0×1010 cells/L for bacteria, AOB and Nitrospira, respectively. The relationship between characteristics of nitrifying bacteria community and nitrogenous substrate utilization constant was discussed by calculating Pearson correlation. Certain correlation seemed to exist between population size, biodiversity, and degradation constant. And the influence of population size might be greater than that of biodiversity.     

Nitrogen removal via nitrite from municipal landfill leachate

A system consisting of a two-stage up-flow anaerobic sludge blanket (UASB), an anoxic/aerobic (A/O) reactor and a sequencing batch reactor (SBR), was used to treat landfill leachate. During operation, denitrification and methanogenesis took place simultaneously in the first stage UASB, and the e uent chemical oxygen demand (COD) was further removed in the second stage UASB. Then the denitrification of nitrite and nitrate in the returned sludge by using the residual COD was accomplished in the A/O reactor, and ammonia was removed via nitrite in it. Last but not least, the residual ammonia was removed in SBR as well as nitrite and nitrate which were produced by nitrification. The results over 120 d (60 d for phase I and 60 d for phase II) were as follows: when the total nitrogen (TN) concentration of influent leachate was about 2500 mg/L and the ammonia nitrogen concentration was about 2000 mg/L, the shortcut nitrification with 85%–90% nitrite accumulation was achieved stably in the A/O reactor. The TN and ammonia nitrogen removal e ciencies of the system were 98% and 97%, respectively. The residual ammonia, nitrite and nitrate produced during nitrification in the A/O reactor could be washed out almost completely in SBR. The TN and ammonia nitrogen concentrations of final e uent were about 39 mg/L and 12 mg/L, respectively.     

低溶解氧下SBR内短程硝化影响因素试验研究

为了明确低溶解氧下短程硝化的其它控制因素,文章采用序批式反应器(SBR)系统研究了低溶解氧下实现短程硝化影响因素的控制范围。试验结果表明:SBR内较高的游离氨浓度(0.50～20.73 mg/L)对亚硝酸的积累起到一定促进作用;实现低溶解氧下短程硝化的温度和泥龄范围较大,在温度为21～30℃、泥龄为15～40 d的范围内都可以实现稳定的短程硝化,实验过程中亚硝酸积累率一直维持在80%以上;有机物的存在对氨氧化速率影响不大,但高有机物浓度(COD为900 mg/L)下,SBR内发生了高粘性膨胀。     

SBR工艺短程硝化快速启动条件的优化

以低COD/TN的实际生活污水为研究对象,采用SBR反应器,对短程硝化的启动条件进行了优化.结果表明,温度30℃、溶解氧(DO) 2.0mg/L、污泥龄为7d时,系统在实时控制条件下运行32周期,可以成功启动短程硝化.在总氮(TN)去除率>95%的情况下,亚硝酸盐积累率(NO2--N /NOx--N)>90%,随后的64d,温度恢复到常温(20~24℃),系统仍稳定运行.荧光原位杂交技术(FISH)检测表明,经过32个周期种群优化,污泥中氨氧化菌(AOB)的含量提高了38.9%,亚硝酸盐氧化菌(NOB)的含量降低了53.2%.在线动态控制DO浓度和曝气时间可以逐渐淘汰系统中的NOB,从而获得稳定的短程硝化,提高系统脱氮效率.     

亚硝化颗粒污泥对温度变化的响应特性研究

采用序批式反应器(SBR),以实验室已经培养好的具有良好亚硝化积累的颗粒污泥(短程硝化积累率90%以上)为接种污泥,考察了温度变化对亚硝化颗粒污泥特性、稳定性、氮转换性能及活性的影响.结果表明,温度对亚硝化颗粒污泥的结构和短程硝化性能都有着重要的影响.在30℃时,亚硝化颗粒污泥具有良好的絮凝和沉降性,污泥结构紧密,亚硝化积累率维持在96.17%,污泥容积指数(SVI)为39 mL.g-1,平均粒径为3.03 mm.当温度降至25℃时,由于胞外多聚物(EPS)浓度升高,蛋白质与多糖比值的下降,导致亚硝化颗粒污泥的电负性升高,同时污泥表面的疏水性减弱,结构变得松散,亚硝化颗粒污泥发生了解体,亚硝化积累率在35%以下,短程硝化被破坏.在15℃时,虽然亚硝化颗粒污泥也发生了解体,并且解体现象加剧,但是由于颗粒污泥表面氧气传质深度的增大,使得反应器中氨氧化菌(AOB)的数量相对增大,出水亚硝化积累率最终稳定在68%左右.     

好氧亚硝化颗粒污泥中硝化细菌群落结构分析

在小试好氧上流式污泥床(AUSB)反应器中,实现了由厌氧颗粒污泥到好氧硝化污泥再到亚硝化颗粒污泥的转化,AUSB反应器的亚硝化率稳定在90%以上.利用FISH、荧光实时定量PCR等技术,考察了AUSB反应器中好氧颗粒污泥中硝化菌群的生态分布.结果表明:好氧亚硝化颗粒污泥呈层状结构,氨氧化细菌(AOB)主要分布在颗粒污泥表层,亚硝酸盐氧化细菌(NOB)多分布在内层,颗粒内核则无活性细胞;随反应器氨氮负荷逐渐提高,颗粒污泥中AOB的相对含量逐渐升高,当NH₃-N负荷分别为0、0.4、1、     

OPCRP填料的SBMBBR处理低温污水脱氮细菌多样性试验

针对低温污水生物脱氮效率低问题,采用有机高分子复合硬性颗粒（OPCRP）-SBMBBR反应器处理低温污水,与传统SBR反应器对比,通过Miseq高通量测序技术分析了2套反应器中活性污泥的细菌菌群多样性及组成结构丰度差异,揭示高效处理低温污水优势脱氮菌群。结果表明:在水温（6.5±1）℃条件下,OPCRP-SBMBBR反应器出水脱氮效果及污泥沉降速率均明显提高;投加填料有助于提高活性污泥系统内硝化反硝化菌多样性和相对丰度,即优势氨氧化菌（AOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、厌氧反硝化菌总相对丰度分别由SBR （R1）的3.9%、3.47%、15.87%增加到OPCRP-SBMBBR （R2）的5.21%、5.26%、23.64%。异养硝化-好氧反硝化菌种红环菌科、Enterobacteriaceae、Terrimonas,分别由R1的2.77%、1.63%、2.43%增加到R2的3.3%、3.11%、2.59%;R2独有的好氧反硝化菌种包括假单胞菌属、氢噬胞菌属等,其相对丰度分别为1.17%、0.79%。R1、R2中优势好氧反硝化菌种总相对丰度分别为10.66%、17.35%,优势硝化菌种总相对丰度分别为7.37%、10.47%,优势硝化反硝化菌种总相对丰度分别为28.65%、43.32%,为低温污水中生物脱氮提供了良好的细菌环境。     

NaCl对好氧颗粒污泥短程硝化反硝化的影响

利用SBR(序批式反应器)研究了不同ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)、进水ρ(NH₄+-N)对AGS(好氧颗粒污泥)短程硝化反硝化的影响. 结果表明,在pH、温度和ρ(DO)为8.0、30 ℃和3 mg/L条件下,以及ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)和ρ(NH₄+-N)为20 g/L、8 h、600 mg/L和70 mg/L时,η_A(NH₄+-N去除率)和NAR(NO₂--N积累率)达到最佳. 当进水ρ(NaCl)为10 g/L时,NOB(亚硝酸盐氧化菌)被完全抑制,AOB(氨氧化菌)能够保持正常活性. ρ(COD_Cr)较高时能够促进NAR的提高. 经过116 d的培养,AGS短程硝化反硝化的耐盐极限为50 g/L,此时η_A小于50%,AOB被严重抑制,AGS丧失硝化能力. AGS的同步硝化反硝化作用明显,SND(同步硝化反硝化率)平均值为24.2%,SNDV(同步硝化反硝化比速率)平均值为0.63 h-1,低ρ(DO)比高ρ(DO)下的SND同步硝化反硝化作用更为明显.