温度对生物强化除磷工艺反硝化除磷效果的影响

以处理城市污水的中试规模生物强化除磷A2/O活性污泥工艺系统为研究对象,考察了温度对系统COD去除和脱氮除磷效果的影响,特别是温度对活性污泥反硝化除磷性能的影响.结果表明,当温度从(30.9±0.8)℃降低到(9.1±0.6)℃时,A2/O系统的脱氮除磷效果显著下降,系统对TN和TP的污泥去除负荷明显下降.通过污泥反硝化除磷活性实验发现,随着温度的降低,系统中活性污泥的最大厌氧释磷速率、最大好氧吸磷速率和最大缺氧吸磷速率都降低.活性污泥中反硝化除磷菌(DPB)占聚磷菌(PAOs)总量的比例随温度降低稍有下降,但平均值仍维持在47.5％左右.用阿伦尼乌斯公式对实验结果进行拟合,得到系统中活性污泥聚磷菌厌氧释磷反应活化能Ea1为148.0 kJ· mol-1,聚磷菌好氧吸磷反应活化能Ea2为228.8 kJ·mol-1,发生在缺氧条件下反硝化除磷菌的吸磷反应活化能Ea3为315.8 kJ·mol-1.对不同温度下污泥絮体粒径分析结果表明,随温度降低,粒径分布更加集中,系统中活性污泥絮体颗粒平均粒径减小,不利于污泥絮体内部反硝化除磷缺氧微环境的形成.     

活性污泥絮体的分形结构分析

通过小角光散射(small-angle light scattering,SALS)实验确定出活性污泥絮体的分形区域,对絮体粒径分布进行了拟合分析,采用原子力显微镜(AFM)和激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)对絮体在不同尺度下的形貌进行了观测.结果显示,污泥絮体是由一系列的絮团结合而成,絮体表面凹凸不平,有各种"孔洞","缝隙",絮体内部存在一系列的孔隙.较大尺度的絮体同时存在多种孔道结构,构成絮体中营养物和水流的运输通道;污泥絮体在0.5～50μm之间具有明显的分形结构,表明活性污泥絮体在较小的粒径时已经具有一定的分形特征,活性污泥的粒度分布属于Gamma分布方式,证明污泥絮体的成长过程是一种絮团-絮团的凝聚过程.     

活性污泥絮体粒径分布与分形维数的影响因素

絮体粒径分布和分形维数是活性污泥的重要参数.应用激光粒度仪测量了好氧活性污泥絮体在絮凝过程的粒径分布,研究了速度梯度、VSS/SS、EPS含量及Zeta电位对絮体粒径分布的影响.结果表明,絮体平均粒径与速度梯度显著负相关(R2>0.80),与Kolmogorov尺度数量级基本相当,其间差异性与污泥VSS/SS、絮体强度等有关;相同的速度梯度下,絮体平均粒径与VSS/SS或EPS含量显著正相关(R2>0.85),与Zeta电位负相关.有机质和EPS在活性污泥絮凝中作用明显,会增强絮体强度,提升絮凝效果;EPS中蛋白质比多糖对絮凝的促进作用更明显.基于显微图像分析方法,得到了好氧活性污泥絮体二维分形维数为1.28~1.72,三维分形维数为1.70~2.69.絮体分形维数随VSS/SS或EPS含量的增加而减小;对于相同的活性污泥,絮体三维分形维数随粒径增大而减小,符合幂函数关系式.     

活性污泥絮体的性状及其沉降性能的探讨

活性污泥法是最常见的污水处理工艺。该方法的关键是形成了活性污泥絮体。而这些絮体的性状,如表面性质(胞外聚合物、表面电荷、疏水性)和形态结构(粒径、孔隙率、分形维数)将影响后续固液分离过程的效率。目前一系列研究活性污泥絮体性状的实验测试方法已经建立。了解污泥表面基本信息,探究污泥絮体形态结构特征,充分认识污泥沉降性能与污泥絮体的物理、化学、生物因素的相关联系,可为改善固液分离效果提供新的信息和视角;并为活性污泥系统的参数设计,实际运行调控提供理论依据。     

絮体老化与调节对回流进水及混凝的影响机制

为探索絮体老化与pH值调节对回流进水颗粒组成及混凝的影响,采用激光粒度仪进行了絮体粒径分析并通过Al （OH）₃胶体（Al-gel）的老化实验探究了老化与pH值调节对絮体形态及性质的内在影响机制.结果表明,原水颗粒物粒径呈现单峰分布,絮体回流进水颗粒物粒径呈现双峰分布,并且回流进水颗粒d₅₀随着絮体老化时间的增加而减小;由于絮体回流提高了颗粒物与混凝剂接触机率和碰撞效率,因此加快了絮体的生长;絮体在pH=5的环境下老化12h后进行回流混凝的絮体粒径生长速率最高（1.16 μm/s）并且生成的絮体具有较大的分形维数（2.35）.Al-gel的老化实验结果表明,絮体老化过程会涉及羟桥反应和结晶反应并导致絮体的表面活性基团数量减少,从而不利于与原水颗粒物的相互作用.pH值调节对絮体产生不同的影响,pH=5的条件下进行老化会加速絮体的羟桥反应和结晶反应,而pH=9的条件下进行老化则会涉及溶解-沉淀-结晶反应.     

好氧污泥絮体与厌氧颗粒污泥的剪切稳定性分析

通过标准的剪切实验装置检测了好氧污泥絮体和厌氧颗粒污泥在不同剪切条件下剥离的分散胶体浓度的变化.结果表明,厌氧颗粒污泥的剪切敏感性(KSS)比好氧活性污泥高1个数量级,证明了好氧活性污泥的剪切稳定性更好.好氧活性污泥絮体在剪切下剥离的分散胶体平衡浓度(md,∞)分别随着污泥悬浊液的固体浓度(mT)和剪切强度(G)的增加而增加.AE模型的模拟结果显示,好氧活性污泥絮体样品1在剪切作用下粘附-剥离的平衡常数(Km)比样品2的高,相应的DG0adh/RT值更小,证明其在剪切作用下的粘附过程更易发生.修正AE模型可以更好地模拟不同剪切强度下污泥絮体上分散胶体的剥离过程,其不仅能够给出未施加剪切的稳定状态时因布朗运动而导致的分散胶体浓度,而且能确定与污泥絮体上分散胶体的剥离能量相关的DH/R值.模拟结果表明,好氧活性污泥絮体样品1上分散胶体的剥离需要更多的能量,剪切强度的升高对样品2的影响更加明显.活性污泥剪切稳定性的差异证明了其与污泥结构、性质以及污水处理厂运行效果之间的关系比较复杂.     

高铁酸盐对剩余活性污泥的氧化水解效能

针对高铁酸盐的强氧化性,提出利用高铁酸盐进行污泥氧化的实验研究.结果表明,高铁酸盐能够有效地破坏活性污泥的絮体结构,对初始浓度为12 600 mg·L^-1的活性污泥,m（Fe）/m（SS）=0.40μg/mg的高铁酸盐能够使活性污泥的絮体全部解体.MLVSS随高铁投加量的增加下降,并呈线性相关.随高铁酸盐投加量的不同...     

过氧化钙预处理对活性污泥脱水性能的影响机制

本研究采用过氧化钙对活性污泥进行预处理,深入分析了调理过程中污泥过滤脱水性能、絮体结构以及反应动力学的变化特性,探讨了亚铁离子协同过氧化钙处理对污泥特性的影响.结果表明,经过CaO_2处理后,污泥的过滤脱水性能先改善后恶化,当投加量(以TSS计)为20 mg·g~(-1)时,污泥的过滤脱水效果达到最佳.同时,污泥絮体结构变得疏松破碎,其上清液有机物浓度出现了明显的上升,污泥得到了有效裂解.污泥溶解反应过程遵循零级反应动力学模型,反应速率常数为15.2mg·L~(-1)·h~(-1).此外,亚铁离子和CaO_2协同处理可以进一步强化污泥中大分子有机物的裂解释放,同时,反应过程中形成铁离子的絮凝作用可以实现污泥絮体结构的重建,从而改善污泥过滤脱水性能.该研究成果为CaO_2及其联用处理技术在污泥处理过程中的应用提供了必要的理论依据.     

基于降维分析的活性污泥絮体结构特征指标

为建立活性污泥絮体结构分析的特征指标,将现有描述絮体结构的19个微观参数分为4类:絮体大小(SZ)、密实度(CP)、规则度(RG)和丝状菌(FL)特征,分别含4、5、8、2个.分别采用主成分分析法(PCA,线性降维)和等距映射法(Isomap,非线性降维)对这些絮体结构特征微观参数进行降维分析,通过对两种降维法的降维幅度和降维有效性的比较,确定絮体结构特征指标.结果表明:PCA降维后絮体SZ、FL各由1个综合指标表征,而CP、RG各由3个综合指标表征,SZ、CP、RG和FL的降维幅度分别为0.750、0.400、0.625和0.500;Isomap降维后絮体SZ、CP、RG和FL均由1个综合指标表征,降维幅度分别为0.750、0.800、0.875和0.500.从降维幅度和降维有效性分析可知,Isomap降维后的综合指标更能准确、简洁地描述絮体结构特征,更适合作为活性污泥絮体结构的特征指标.     

低DO微孔曝气变速氧化沟脱氮能力恢复效果分析

活性污泥法低温运行中的污泥膨胀主要是由丝状菌引起,微丝菌(M.Parvicella)则是污泥膨胀中的优势丝状菌.针对微孔曝气变速氧化沟中试系统中因低温引起的污泥严重膨胀及其污泥硝化能力降低的问题,采取增大曝气量快速培养污泥硝化菌含量,再逐渐增加A:O比为0,0.1,0.5,1.1,1.8提高反硝化能力,从而恢复污泥脱氮能力.在恢复期间,污泥絮体中的疏水性M.Parvicella附着于反硝化产生气体上,在选择池和氧化沟表面形成浮泥,对其进行去除,以减少絮体中丝状菌含量,提高硝化菌含量及其硝化能力.同时对不同微丝菌含量的污泥絮体(沟内混合液和表面浮泥)的硝化和反硝化速率进行测定,结果表明微丝菌含量高的活性污泥其硝化能力较弱,而快速反硝化能力较强,则对慢速和内源反硝化影响不大.进一步证明M.Parvicella也是除了DO浓度,水温和负荷之外影响活性污泥硝化能力和污泥沉降性能的重要因素之一.     

城市污水处理厂活性污泥的表面形态和微观结构研究

使用光学显微镜、电子显微镜和激光粒度分析仪考察了某城市污水处理厂中活性污泥的表面形态和微观结构。结果显示:该活性污泥中菌胶团结构致密,数量多,形状不规则,部分丝状细菌从絮状污泥结构中伸出,连接着不同的污泥絮体;污泥中原生动物数量较多,种类丰富,并生长有少量微型后生动物;电子显微镜观察显示出活性污泥主要由数量众多的细菌和有机质等组成,其中球状细菌在微生物类群中占据主导地位;粒径为100μm的活性污泥絮体所占比例最大,达到7.6%。     

聚合氯化铝（PACl）混凝絮体的破碎与恢复

通过烧杯实验以及在线粒度监测考察了聚合氯化铝（PACl）混凝所生成絮体的破碎以及随后絮体的恢复情况.结果发现,絮体的破碎以及恢复情况因混凝区域的不同而呈现不同的规律.在稳定区,絮体的强度较大,不易破碎,且破碎后的絮体可进一步增长,其恢复因子高达259%;在电中和混凝区,絮体的强度最小,易于破碎,但破碎后可完全恢复;在再稳区和卷扫混凝区,絮体的强度较大,不易破碎,但破碎后不能完全恢复,其中后者的恢复因子仅为18.6％.再搅拌强度越大,对絮体的破碎及恢复程度的影响越大.对于卷扫混凝,经再搅拌破碎后而得到部分恢复的絮体,相对于未经再搅拌的絮体而言,其絮体层与水体间界面的沉降高度及平均沉降速率均较低,且在絮凝沉降区和区域沉降区,该絮体界面的瞬时沉降速率在同一絮体浓度下均较低,但在压缩沉降区,二者的瞬时沉降速率相同.     

Fe(Ⅲ)对活性污泥絮体结构和生物絮凝作用的影响

采用序批式活性污泥法系统研究了Fe(Ⅲ)对活性污泥絮体结构和生物絮凝作用的影响，结果发现Fe(Ⅲ)降低了污泥沉降指数，同时也减弱了污泥的生物絮凝作用．对细胞外高分子(EPS)的电子能谱元素分析表明在EPS中发生了阳离子间的交换作用，Fe(Ⅲ)置换出EPS中一价和二价金属阳离子．污泥絮体的扫描电镜显示Fe(Ⅲ)使活性污泥絮体颗粒变小变密实，但是Fe(Ⅲ)与EPS之间的作用和含磷沉淀物的生成削弱了污泥颗粒形成较大生物聚集体的能力．Fe(Ⅲ)对生物絮凝作用的影响主要是通过架桥机理和藻酸盐理论来实现的，而电中和不起主要作用．     

合理设计曝气池—兼析二次沉淀的固液分离效果

从生物絮体的破碎和结合机理，阐述了活性污泥法处理系统中曝气池和二沉池的相关性。着重论证了影响曝气池中生物絮体的诸因素，进而提出了曝气池的合理设计的几点建议。     

高效硝化细菌的筛选及特性研究

利用选择性培养基从SBR活性污泥中分离出一株硝化细菌N4,采用比色法和离子色谱法检测该菌株培养液里残余NO2-含量,可知该菌株的硝化速率达到(52.0±3.5)mg/(L·d).通过形态、生理生化和16S rDNA分析表明,该菌属于固氮弧菌属(Azoarcus).在15℃下对N4进行耐低温驯化表明,在10%接种量条件下,该菌能在8d内稳定地实现NO2-→NO3-全部转化,硝化速率达到120.7mg/(L·d)以上.对驯化菌株N4-L在15℃下的硝化特性进行研究表明,在pH值为8.0、葡萄糖浓度为2g/L、NaNO2浓度为1g/L时其硝化能力最强.提取N4-L总DNA及冬季活性污泥絮体的总DNA,扩增16S rDNA的V3可变区,进行DGGE分析说明,N4-L不是污泥絮体中的优势菌.研究表明,采取有关措施使N4-L菌株成为絮体优势菌可能是提高SBR脱氮运行效率的有效途径.     

无机絮凝剂对SBR系统中活性污泥的影响研究

采用序批式活性污泥法（SBR）反应器进行模拟实验,系统地探究了聚合氯化铝（PAC）和聚合氯化铁（PFC）对活性污泥产生的影响.结果表明,PAC、PFC会使得污泥絮体变得紧实且边缘化,絮体中值粒径较未添加时分别增加了34.78%、12.90%.污泥的沉降性能和污泥活性随着PAC、PFC的积累而变差.微生物分泌的EPS含量降低,是因为添加PAC、PFC后微生物活性降低并导致微生物多样性降低.     

不同反应条件对污泥水热碳化脱水性能的影响

随着城市化进程的加快,我国剩余活性污泥的产生量逐年增加,活性污泥中的胞外聚合物EPS含黏性蛋白类物质并高度亲水,因此破坏污泥絮体、释放和水解黏性有机物是改善污泥脱水性能的有效途径。通过分析水热碳化调理前后污泥比阻(SRF)、黏度(μ)、絮体形态特征及上清液的理化性质,考察了温度、时间以及促进剂Fe_2(SO_4)_3对水热碳化污泥脱水性能的影响。结果表明:反应温度为220℃、反应时间为2 h、Fe_2(SO_4)_3浓度为0. 5 mol/L时的水热碳化处理,污泥的脱水性能最好,比阻和黏度分别比对照组降低了97. 7%和98. 7%。水热碳化的高温高压环境破坏了污泥的絮体,使污泥胶体结构的内聚力降低,污泥的脱水性能得到改善。     

活性污泥TB-EPS的絮凝特性研究:絮体的成长、破碎与再凝聚

为了解活性污泥中紧密结合胞外聚合物(tightly bound extracellular polymeric substances,TB-EPS)的絮凝特性,采用激光粒度仪在线监测技术考察了TB-EPS与高岭土生成絮体的过程以及絮体的破碎与再凝聚规律.结果表明,TB-EPS的主要组分为蛋白质和多糖聚合物,增加TB-EPS的投加量,絮体的粒径相应增大,悬浊液的剩余浊度降低.随着絮体破碎-再凝聚次数的增加,絮体的破碎因子升高而恢复因子降低,表明TB-EPS形成的絮体的强度逐渐降低,同时再凝聚的能力也逐渐降低.TB-EPS吸附高岭土的主要作用力为氢键作用,但在絮体形成过程中多糖聚合物之间的纠缠作用和蛋白质成分之间的疏水作用也可能发挥一定的作用.絮体的破碎是侵蚀和破裂同时作用的结果.     

氮磷同时缺乏对活性污泥系统的影响

为了考察氮磷同时缺乏对活性污泥系统的影响,采用2个序批式间歇反应器（SBR）,按照缺氧/好氧的方式平行运行,通过调节不同的进水COD/N/P比,考察了氮磷同时缺乏状态下活性污泥系统的污泥沉降性、絮体形态、出水水质以及比耗氧速率等方面的表现。结果表明,在氮磷同时缺乏时,当进水COD/N/P比为100/2/0.4时,活性污泥系统会发生丝状菌膨胀,而当进水COD/N/P为100/0.5/0.1时,污泥沉降性保持良好;各反应器的活性污泥浓度均在逐渐地下降,MLSS由约2200mg/L下降至1800mg/L以下;各反应器的比耗氧速率均呈现逐渐上升的趋势,COD的去除率呈现逐渐下降的趋势。     

臭氧作用改善膜-生物反应器混合液膜过滤性

提出了利用臭氧作为调控膜-生物反应器中活性污泥混合液的方法,采用小膜过滤装置测定臭氧作用后混合液的膜过滤性变化,并通过测定混合液MLSS、胞外多聚物(EPS)含量、絮体粒径、上清液胶体有机物浓度、黏度的变化,探讨了混合液膜过滤性变化的原因.结果表明,当臭氧投加量低于8.5mg/L条件下,混合液的膜过滤性得到改善.臭氧对混合液的主要作用是氧化污泥絮体表面的部分EPS,使污泥絮体表面性质发生改变,引起絮体再絮凝,絮体粒径增大,上清液胶体有机物浓度和黏度减少,从而改善混合液的膜过滤性质.