高频曝停下停曝时间对亚硝化颗粒污泥性能的影响

间歇曝气中停曝时间对于NOB的抑制是积累亚硝酸盐的关键,为探究曝气频次相同、停曝时间组合不同亚硝化颗粒污泥的稳定运行,在25～28℃,接种好氧颗粒污泥于SBR(R0)反应器中,通过间歇曝气与DO限制驯化为亚硝化颗粒污泥,采用3组规格相同的SBR反应器(R1、R2和R3)分析停曝时间组合(3 min∶3 min、4 min∶2 min和2 min∶4 min)对亚硝化颗粒污泥性能的影响.实验表明,R1、R2亚硝酸盐积累率较高,平均亚硝酸盐积累率分别为89%和95%,R3亚硝化性能较差,运行周期末期亚硝酸盐积累率仅为57%.结果表明,在停曝时间为2～4 min下,停曝时间越长,越有利于颗粒污泥结构的稳定,同时可保持良好的亚硝化性能;停曝时间小于2 min时,厌氧好氧交替的环境不能完全实现,致使其运行效果倾向于连续曝气,失去了间歇曝气的环境优势,NOB菌得不到抑制,颗粒污泥呈现解体的趋势,导致亚硝化性能恶化;此外,较长曝气时间会有助于不规则形状颗粒的发展,停曝时间越长,PN/PS值越高,有利于颗粒表面疏水性的增强,污泥沉降性能越好.     

2种典型基质作为碳源对单级好氧生物除磷影响的研究

以合成废水为研究对象,比较了SBR单级好氧工艺以2种典型基质(R1:葡萄糖;R2:乙酸钠)作为碳源时的除磷效果,试验运行方式为瞬时进水→曝气(4 h)→沉淀、静置(8 h)→瞬时出水.结果表明,在稳定运行中R1磷的去除效率明显高于R2.R1、R2中好氧曝气段反应器中单位混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)的总磷(TP)去除量约为7.2～7.7、3.8～4.6 mg.g-1,静置期单位MLVSS的TP释放量分别为3.6～3.8、2.7～3.1 mg.g-1.R1反应过程中微生物体内储能物质多β羟基烷酸盐(PHA)含量并没有明显的变化,但糖原质浓度在曝气30 min时增长到最大值,曝气结束时微生物体内糖原质水平消耗到微生物的原始水平;R2中PHA和糖原质在曝气约45 min时均观察到最大的积累量.本研究试验现象表明在R1反应器中糖原作为其好氧段主要的能源物质为其生物代谢提供能量,而在R2反应器中其主要的能量来源于PHA的分解辅以糖原的水解,这也表明在单级好氧生物除磷过程中糖原质能代替传统厌氧/好氧(A/O)工艺中的PHA成为微生物的能源物质,且由于R1比R2有更多的糖原质的积累,使得R1中磷的去除效率高于R2.     

培养因素对好氧污泥颗粒化进程的影响

全面阐述好氧污泥颗粒化的影响因素,指出反应器构造和接种污泥是污泥颗粒化的两个基础性影响因素,污泥沉降时间、曝气量和有机负荷则是培养成败的关健性影响因素,而基质类型、有机负荷、饥饿期、含盐量、温度、pH值、多价阳离子或载体、循环时间、污泥龄、抑制物质只是一般性的影响因素。并对好氧颗粒污泥的研究方向进行了展望。     

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.     

不同曝气密度对CANON工艺启动的影响

本实验在室温(25℃)下采用3组反应器R1、R2、R3,接种成熟厌氧氨氧化颗粒污泥,在总曝气量一定,曝停比为1的条件下,研究了不同曝气密度(3、6、12)对CANON工艺启动的影响。结果表明,R1、R2、R3分别经过32、29、23d实现了CANON工艺成功的启动,较大的曝气密度有利于CANON工艺的启动;R1、R2、R3在周期试验中pH分别下降了0.4、0.55、1.06,即在总曝气量一定的情况下,R3因其较大的曝气密度和合适的时间间隔,更有利于抑制NOB活性,使得系统对DO的利用率更高,提高了系统的脱氮性能;通过脱氮路径分析可得,系统中存在着ANA和SNA两种脱氮路径,SNA所占比重分别为19.3%、24.5%、33.6%,随着曝气密度的提高,SNA贡献逐渐增大。     

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.     

不同曝气密度对CANON工艺启动的影响

在室温(25℃)下采用3组反应器R1、R2、R3,接种成熟厌氧氨氧化颗粒污泥,在总曝气量一定,曝停比为1的条件下,研究了不同曝气密度(3、6、12)对CANON工艺启动的影响.结果表明,R1、R2、R3分别经过32、29、23 d实现了CANON工艺成功的启动,较大的曝气密度有利于CANON工艺的启动; R1、R2、R3在周期实验中p H分别下降了0. 4、0. 55、1. 06,即在总曝气量一定的情况下,R3因其较大的曝气密度和合适的时间间隔,更有利于抑制NOB活性,使得系统对DO的利用率更高,提高了系统的脱氮性能;通过脱氮路径分析可得,系统中存在着ANA和SNA两种脱氮路径,SNA所占比重分别为19. 3%、24. 5%、33. 6%,随着曝气密度的提高,SNA贡献逐渐增大.     

间歇梯度曝气的生活污水好氧颗粒污泥脱氮除磷

本研究设置了3个SBR反应器R1、R2和R3,分别采用(A/O)_3-SBR梯度曝气、(A/O)_3-SBR恒定曝气和传统(A/O)-SBR方式运行,以实际城市生活污水为进水基质,探讨了不同曝气方式下的营养物去除性能和好氧颗粒污泥特性,为低强度城市污水的碳源合理利用提供合理的方式.由实验结果可知,R1、R2和R3中颗粒在稳定时期对COD的平均去除率分别为88.68%、 89.05%和88.96%,对TN的平均去除率分别为76.97%、 71.99%和64.92%,对TP的平均去除率分别为96.28%、 85.05%和78.97%,且反硝化聚磷菌占聚磷菌的比例分别为25.52%、 19.60%和12.77%.结果表明,厌氧、好氧和缺氧交替的运行方式更有利于反硝化聚磷菌(DPAOs)的富集,且梯度曝气较恒定曝气方式富集更多,这对碳源不足的低强度城市生活污水处理有重要意义;同时R1中曝气段溶解氧逐级降低,提高了颗粒同步硝化反硝化率和降低了能耗,有利于总氮(TN)的高效去除. 3组反应器在运行后期颗粒粒径分别为727.368、 815.072和895.041μm,且通过对颗粒进行显微观察可以看出, R2和R3中颗粒不如R1中密实.此外,R1、R2和R3运行后期PN/PS值分别为6.31、 5.63和4.83,颗粒稳定时期EPS含量(以VSS计)分别为103.97、 92.22和76.98 mg·g~(-1),表明间歇梯度曝气的方式有利于刺激EPS的分泌,尤其是PN的分泌,使PN/PS值较高,细胞疏水性增强,颗粒密实稳定.     

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.     

水力旋流条件对好氧颗粒污泥稳定性影响

对带有旋流装置的新型序批式反应器(R1)和其对比反应器(R2、R3)的好氧颗粒污泥的形态、粒径、比耗氧速率及动力学参数进行了对比分析.结果表明,在一定范围内提高剪切力能加快颗粒污泥的形成速率和粒径增长速率,但无法有效控制粒径范围.与R2有相同气体表面上升流速的R1,由于其旋流器提供的特殊旋流剪切力和摩擦力能延缓其污泥颗粒化进程,从而有效控制了颗粒粒径的增长;R1、R2、R3的SOUR分别0.80、0.48和0.32 mg·h-1·mg-1,表明新型反应器R1培养的好氧颗粒污泥活性较高;通过对动力学参数分析,R1中的维持系数m和非生长基质消耗比例Smin/CODinfluent分别为0.13 h-1和9％,均大于R2(0.077 h-1,9％)和R3 (0.084 h-1,1％),表明水力旋流条件不仅可以有效控制颗粒的粒径而且提高了颗粒污泥系统的稳定性.     

磁性多孔陶粒生物膜反应器处理焦化废水的试验研究

以磁性材料为原料,经过特定的工艺处理,对多孔陶瓷进行磁化改性获得磁性多孔载体,并将该载体应用于生物膜反应器中进行焦化废水处理试验。对不同类型的多孔陶粒载体进行对比试验,结果表明:磁性载体生物膜反应器对COD、NH3-N的去除率比普通活性污泥法高出25%³0%,比非载体生物膜反应器高出15%30%,比非载体生物膜反应器高出15%²0%左右。反应器的曝气量为1.5 L/h,曝气时间为10 h/d,温度为2520%左右。反应器的曝气量为1.5 L/h,曝气时间为10 h/d,温度为25³0℃。焦化废水经磁性载体生物膜反应器处理后,上清液中COD,NH3-N的去除率均在90%左右。出水浓度达到国家工业废水排放二级标准(GB18918-2002)。     

SBR无厌氧段实现生物除磷

研究了SBR在模拟城市生活污水处理中的除磷效果.结果表明, SBR在进水后未经过传统除磷理论认为所必须的厌氧段而直接好氧曝气,废水中磷的浓度仍下降较快.在曝气时间为4h,进水COD浓度为400mg·L-1左右,反应过程中pH值7.0±0.2时,进水中TP浓度由15-20mg·L-1降到1mg·L-1以下,磷的去除效率达到90%以上.反应过程中传统的储能物质多β-羟基烷酸盐(PHA)基本保持不变且含量较低(PHA浓度在5mg·L-l左右),聚合磷酸盐(聚磷)在4h好氧阶段呈先下降后上升的趋势(好氧开始时聚磷含量为83.034mg· g-1,好氧1h时污泥中聚磷含量为79.980mg·g-1,好氧结束时聚磷含量为83.086mg·g-1),在0.5h沉淀和3.5h静置期内聚磷没有明显的水解现象.此研究表明在无厌氧段、无PHA合成而直接好氧曝气,聚磷菌亦能将废水中磷酸盐合成聚磷,通过排除富磷污泥而达到除磷目的,这和传统的理论与研究有所区别.     

逆出水方向曝气反冲洗在动态膜生物反应器中的应用

采用逆出水方向曝气措施对以无纺布构建的动态膜生物反应器生活污水处理系统中的动态膜进行在线反冲洗.当反冲洗曝气强度为5.6 m³/(m²·h)、反冲洗时间为5　min时,生物动态膜的恢复需要45　min,生物动态膜恢复后出水浊度保持在5　NTU以下.在该反冲洗条件下,反应器稳定运行2个月,反冲洗周期可以稳定在15　h左右.扫描电镜观察表明,逆出水方向曝气反冲洗能够有效破坏附着在膜基材上的生物动态膜.生物动态膜截留能力研究表明,新的生物动态膜形成后,反应器对相对分子质量3×10⁴以上的有机物的截留率大于50％.逆出水方向曝气是一种经济有效的动态膜反应器在线清洗方法.     

部分亚硝化-厌氧氨氧化处理磁混凝生活污水

以磁混凝预处理后的生活污水为处理对象,构建了部分亚硝化-厌氧氨氧化分体式反应器,通过曝气调控与生物强化促进部分亚硝化反应的稳定进行,并耦合厌氧氨氧化反应进行深度脱氮.近100d的运行结果表明,在生物强化和间歇曝气的控制条件下,亚硝酸盐积累率达到了89.93%;提高亚硝化反应器中曝气阶段溶解氧浓度（从0.6~0.8mg/L升高至1.0~1.2mg/L）有利于氨氮与总氮去除.该系统最高能够去除95.45%的氨氮和86.28%的总氮,实现了稳定、高效脱氮;磁混凝预处理后的生活污水在亚硝化反应器中,间歇曝气条件促进了残留的溶解性有机物为反硝化提供碳源,COD总去除率达到64.65%~74.42%,并且亚硝化反应器出水与系统最终出水的有机物组分相似,主要为难降解有机物.     

部分亚硝化-厌氧氨氧化处理磁混凝生活污水

以磁混凝预处理后的生活污水为处理对象,构建了部分亚硝化-厌氧氨氧化分体式反应器,通过曝气调控与生物强化促进部分亚硝化反应的稳定进行,并耦合厌氧氨氧化反应进行深度脱氮.近100d的运行结果表明,在生物强化和间歇曝气的控制条件下,亚硝酸盐积累率达到了89.93%;提高亚硝化反应器中曝气阶段溶解氧浓度（从0.6~0.8mg/L升高至1.0~1.2mg/L）有利于氨氮与总氮去除.该系统最高能够去除95.45%的氨氮和86.28%的总氮,实现了稳定、高效脱氮;磁混凝预处理后的生活污水在亚硝化反应器中,间歇曝气条件促进了残留的溶解性有机物为反硝化提供碳源,COD总去除率达到64.65%~74.42%,并且亚硝化反应器出水与系统最终出水的有机物组分相似,主要为难降解有机物.     

进水氨氮浓度对静置/好氧/缺氧SBR脱氮除磷性能的影响

在4个序批式反应器(SBR)R1、R2、R3和R4中,以静置段代替传统厌氧段,采用后置缺氧,考察进水氨氮浓度分别为20,30,40,50mg/L对静置/好氧/缺氧SBR脱氮除磷性能的影响.结果表明,R1、R2、R3和R4长期运行中磷去除率分别为82.3%、92.8%、92.6%和89.1%,总氮(TN)去除率分别为97.2%、88.6%、84.5%和72.6%.静置段省却搅拌,但仍起厌氧段作用,仍可实现生物强化除磷.4个反应器好氧段均发生同步硝化-反硝化(SND),分别贡献14.7%、16.6%、17.8%和14.8%的进水后TN量,且后置缺氧段利用糖原驱动反硝化,脱氮效果较好,出水TN分别为0.57,4.43,6.61,13.70mg/L.研究表明,进水氨氮浓度可影响静置释磷、好氧摄磷、反硝化除磷.静置段代替厌氧段的后置缺氧工艺可取得较好脱氮除磷效果,且节约成本,简化工艺.     

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.     

有机负荷冲击对微压反应器的影响及调控策略

通过单周期瞬时有机负荷（OLR）冲击试验,探究了OLR冲击对微压内循环反应器（MPR）去除效率的影响,采用提高曝气量的方式应对冲击,确定不同OLR冲击条件下的最适曝气量.结果表明,随着OLR的增加,出水COD低于50mg/L,出水TN低于10mg/L,但NH₄⁺-N和TP的去除效率随负荷增加而降低.OLR增加到0.26gCOD/（gMLSS·d）时出水TP高于0.5mg/L;OLR增加到0.46gCOD/（gMLSS·d）时出水NH₄⁺-N高于5mg/L.OLR分别为0.26,0.34,0.46gCOD/（gMLSS·d）时,相应最适曝气量分别为1.95,2.25,2.45L/min.在单周期OLR冲击下,通过调控曝气量的方式可以有效应对冲击,保证污染物去除效果.     

不同恢复方式对硝化颗粒污泥活性的影响

利用SBR反应器培养的成熟好氧硝化颗粒污泥,进行了硝化颗粒污泥临界活性以及不同氨氮浓度及曝气时间对储存的好氧硝化颗粒污泥活性恢复的影响研究.结果表明,储存不同时间的硝化菌活性(SOUR,O2/VSS)差别较大,储存前硝化颗粒污泥硝化菌SOUR为13.15 mg·(g·h)-1,储存20 d的硝化菌SOUR下降了1.26 mg·(g·h)-1,恢复运行了5个周期,氨氮去除率已经达到95%以上,恢复后活性为13.87 mg·(g·h)-1.但储存30 d的硝化菌SOUR降了11.63 mg·(g·h)-1,恢复运行51个周期后,氨氮去除率才达到92.64%,恢复后活性为14.92 mg·(g·h)-1,同时这种储存方法恢复时间较长,因此提出硝化颗粒污泥的临界活性为当硝化菌SOUR开始下降时,进行活性恢复.在临界活性的基础上,采用当硝化菌SOUR下降到临界活性时实施恢复,之后进入下一个储存周期,这种储存方式即为动态储存.当进水氨氮浓度分别为20、30、40 mg·L-1时,进行颗粒污泥活性恢复,进水氨氮浓度为40 mg·L-1恢复后硝化菌活性最高,经过3次动态储存后,其活性保持良好.当曝气时间分别为1、2、3 h时,进行颗粒污泥活性恢复,曝气时间为1 h时恢复后硝化菌活性最高,在动态储存过程中其活性一直保持较高水平.     

A/O生物膜法强化处理石化废水及生物膜种群结构研究

采用A/O生物膜反应器处理石化综合废水.反应器在O段添加装有改性聚氨酯泡沫的多孔塑料球载体,强化有机物的降解效率.反应器进水分别为水解酸化池出水(阶段I),石化工业废水与生活污水比例为3:1(阶段II)以及单纯的石化工业废水(阶段III). 结果表明,尽管进水COD和氨氮波动较大,但出水COD和氨氮的去除率保持稳定,说明生物膜反应器具有较好的抗冲击负荷能力.在HRT为30h, COD和氨氮的去除率为74%~77%和96%~93%,总氮和总磷的去除率为58%和79%.第II阶段进水为工业废水和生活污水混合的处理效果最好,出水COD和氨氮浓度分别为(63±12)mg/L和(0.75±0.28)mg/L.出水总氮主要为硝酸氮,亚硝酸氮的浓度很低(小于0.1mg/L),表明硝化作用进行得较为完全.进水中有机物的分子量主要分布在小于1kDa(70.9%)和大于100kDa(10.4%).出水中大于10kDa的有机物所占比例减小,分子量主要分布在小于1kDa(56.6%)和1~5kDa(26.2%),表明A/O生物膜反应器对大分子有机物的降解较好.454高通量测序结果表明: 生物膜中变形菌门菌群所占比例最大(60.0%),其次是浮霉菌门(16.9%)和拟杆菌门(9.8%).在属的水平检测到氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas和亚硝酸盐氧化菌(NOB) Nitrospiraceae Nitrospira以及反硝化菌Azospira和Thermomonas.NOB的比例较高,这与反应器较好的硝化作用相一致.