基于微气泡曝气的生物膜反应器处理废水研究

微气泡曝气有助于强化氧传质过程,在废水好氧生物处理中具有潜在的应用优势;生物膜反应器是应用微气泡曝气的可行工艺形式.本研究在生物膜反应器中采用SPG膜微气泡曝气处理模拟生活废水,探讨反应器连续运行过程中,SPG膜空气通透性、溶解氧变化、污染物去除效果及氧利用情况.结果表明,基于SPG膜微气泡曝气的生物膜反应器能够实现长期连续稳定运行,是微气泡曝气与废水好氧生物处理结合的可行方式.SPG膜表面性质及膜孔径影响其空气通透性,疏水性膜的空气通透性优于亲水性膜;膜孔径越大,空气通透性越好.一定的SPG膜空气通量下,反应器内的溶解氧浓度主要受有机负荷影响.SPG膜微气泡曝气生物膜反应器较优的COD处理负荷(以SPG膜面积计算)为6.88 kg·(m2.d)-1.氨氮的去除主要受溶解氧浓度及生物膜内氧扩散传质的影响,在高有机负荷下生物膜内出现同步硝化反硝化.微气泡曝气的氧利用率显著高于传统曝气方式,在优化的运行条件下,氧利用率可以接近100%.     

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.     

曝气强度对膜生物反应器污泥混合液可滤性的影响

主要研究了曝气强度对膜生物反应器(MBR)膜污染的影响.2套MBR采用恒流出水模式连续运行60 d,曝气强度分别为500及100 L/h,应用死端过滤装置来检测不同阶段污泥混合液的可滤性.实验中对不同曝气强度下的溶解性微生物代谢产物(SMP)分子质量分布、颗粒粒径分布、胞外聚合物(EPS)含量进行了测定.结果表明,过高的曝气强度将恶化污泥混合液的可滤性,增加了膜污染速率.进一步研究表明,曝气强度的增加导致了污泥混合液上清液中相对分子质量>10000的SMP浓度的增加,此部分大分子有机物浓度直接影响了污泥混合液的可滤性.过高的曝气强度也导致了污泥絮体中1～10μm细小颗粒和EPS含量的增加.     

在线超声对膜-生物反应器活性污泥混合液性质的影响

采用在线超声控制膜-生物反应器的膜污染,通过测定活性污泥混合液絮体粒径、胞外多聚物含量、上清液有机物浓度、污泥浓度和黏度的变化,探讨了超声波对膜-生物反应器中活性污泥混合液性质的影响.结果表明:在线超声使污泥絮体破碎,其平均粒径与未施加超声波的系统相比降低约20μm左右;污泥胞外聚合物含量降低(28±5)mg·g-1左右,致使混合液上清液TOC增加;但同时超声波的施加可以降低污泥浓度和混合液黏度,使混合液膜过滤性得到改善,有助于膜污染的控制.     

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.     

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.     

SPG膜表面润湿性对膜污染和化学耐受性的影响

SPG膜微气泡曝气系统可应用于废水好氧处理,SPG膜污染以及其对化学清洗的耐受性是影响其应用的重要因素.本研究在采用在线化学清洗的微气泡曝气生物膜反应器中,考察了SPG膜表面性质对膜污染及化学耐受性的影响.结果表明,在长期运行过程中,SPG膜表面润湿性对膜污染和化学耐受性具有明显影响.膜表面污染层主要是有机污染,而疏水性膜抗有机污染能力较强.使用在线化学清洗时,碱性次氯酸钠溶液对亲水性膜腐蚀严重,膜孔径和孔隙率显著增大.疏水性膜抗碱性次氯酸钠溶液化学腐蚀能力较强,膜孔结构仅有轻微改变,但是疏水性膜表面疏水官能团易被氧化,使得膜表面润湿性下降.同时,疏水性膜在氧传质、污染物去除和降低能耗等方面具有优势.因此,疏水性SPG膜适用于微气泡曝气废水好氧生物处理.     

不同微波能量输入条件下污泥中碳、氮、磷的释放特性

考察了城市污水处理厂污泥在54kJ和108kJ的微波能量输入条件下碳、氮、磷的释放情况,处理后混合液终温约为56℃、90℃.结果表明,相同污泥浓度条件下,增加微波输入能量后污泥上清液的总碳、有机碳、总氮及总磷浓度明显升高,污泥中总碳、总氮、总磷的释放率提高近1倍,最高分别可达5.26%、22.06%和33.15%,但无机碳、氨氮、正磷酸盐浓度均有不同程度下降.统计分析表明,污泥浓度对总有机碳、总碳、氨氮、总氮、正磷酸盐及总磷的释放具有显著影响,而微波功率仅与污泥中无机碳的释放关联显著.污泥中碳、氮、磷释放的归一化分析结果表明,总磷释放对微波输入能量的利用效率最高,无机碳释放对能量利用率最低.在微波输入能量提高后,污泥浓度相同的样品的无机碳、氨氮及正磷酸盐的归一化指标P(X)平均降低了约67%、73%和56%.     

限氧自养亚硝化过程中N_2O的释放特征

实验采用SBR工艺,在限氧曝气条件下,研究自养亚硝化(进水中不含有机碳)过程中N_2O的释放特征。结果表明,在限氧自养亚硝化过程中,不同进水氨氮浓度条件下的溶解氧浓度均为(0.08±0.02)mg/L,氨氧化速率基本不受氨氮浓度变化的影响,即自养亚硝化反应呈零级反应。进水氨氮浓度为60,120,240 mg/L时的N_2O释放总量分别为3.24,8.75,24.59 mg/L,相应的N_2O释放因子依次为0.12、0.17和0.22。限氧曝气条件下,氨氧化菌(AOB)反硝化产生N_2O占主导作用。进水氨氮浓度越高时,亚硝化过程需时越长,后期NO-2-N累积量越大,导致AOB反硝化产生N_2O的速率越大,N_2O释放总量和释放因子(N_2O释放量/NH+4-N去除量)也越大。     

溶解氧和光照对狐尾藻衰亡释放氮磷碳的影响

将杀青后的狐尾藻(Myriophyllum spicatum)切成0.5～1cm段浸泡于添加氯仿(抑制微生物活性)的装水烧杯中,置于人工气候箱(温度为5℃),考察光照和溶解氧对因植物组织溶解而导致的氮磷碳释放的影响。研究结果表明曝气组总氮释放量平均3.33mg/L,比不曝气组高6.39%。总磷释放量平均15.07mg/L,比不曝气组低50%以上。COD平均释放量66.83mg/L,为不曝气组2倍以上。(1)曝气抑制了硝氮释放。在搅拌作用下,植物残体和水溶液充分碰撞与接触,加速植物残体中氮和碳向水中转化,导致曝气组总氮、氨氮、有机氮和COD升高。曝气组植物残体破碎导致表面积增加对磷吸收的促进程度强于对附着作用的降低以及植物残体磷释放作用的增加,综合作用下导致水中磷浓度降低。曝气抑制了硝氮、总磷、溶解性总磷和溶解性无机磷释放。(2)有光照组总氮、总磷和COD平均浓度分别为3.13,30.53和32.51mg/L,分别为无光照组的1.24,3.28和2.46倍。光照促进狐尾藻总氮、氨氮、硝氮、总磷、溶解性总磷、溶解性无机磷及碳的释放,但抑制有机氮释放。     

污泥热水解滤液作污水反硝化碳源的脱氮性能

以污泥热水解滤液作为外加碳源,通过对SBR反应器脱氮效果、碳氮平衡及活性污泥EPS的分析,探究了污泥热水解滤液的脱氮性能,并与传统碳源乙酸钠进行了比较.结果表明,污泥热水解滤液和乙酸钠作为碳源可将出水TN从27.64mg/L分别降至12.05mg/L和7.98mg/L,说明两种碳源的投加均能强化反硝化过程;通过碳氮平衡分析可以看出,未加入碳源时污水TN去除率只有47.83%,加入热水解滤液后污水的TN去除率达到了81.30%,且滤液增加的氮负荷远远小于滤液作为外加碳源去除污水中TN的量;加入热水解滤液和乙酸钠时,活性污泥的EPS均有增加,但乙酸钠为碳源时的EPS含量更高,而EPS的增加引起了污泥SVI的增大.     

铁负载污泥炭的表征及其促进PAM调理高级厌氧消化污泥的效能研究

本研究首先分析了铁负载污泥炭的物理化学性质,评估了铁负载污泥炭与有机高分子（聚丙烯酰胺,PAM）联合调理改善高级厌氧消化污泥脱水性的效能,研究了联合调理过程中污泥絮体特性与胞外聚合物（EPS）的变化特征.结果表明,单独投加污泥炭可以通过铁的电中和作用降低污泥颗粒间的静电排斥力,同时充当骨架材料改善污泥的脱水性能.此外,铁负载污泥炭可以有效去除污泥体系中大分子溶解性有机物,从而改善污泥的过滤性能.污泥炭和有机絮凝剂在污泥调理过程中表现出明显的协同作用,污泥碳和PAM的最佳投加量分别为250 mg·g^-1（以TSS计）和8 mg·g^-1（以TSS计）.激光共聚焦显微镜分析表明,PAM主要与污泥絮体中的蛋白质分子作用,从而促使污泥颗粒凝聚.     

PACT活性污泥中生物质量与粉末活性炭质量的计算和测定

本文根据活性污泥处理系统的物料平衡关系,提出PACT活性污泥中生物质量和粉末活性炭(PAC)质量的计算和测定方法.计算结果表明,曝气池混合液中PAC浓度随着PAC投加量和泥龄与水力停留时间的比值的提高而增加.通过实际测定活性污泥PAC在不同温度时的挥发量,得出三个联立方程式的基本系数,从而测得实际的PAC活性污泥试样中生物质量和PAC质量.     

聚合铝铁对A2/O系统 EPS及生物絮凝性能的影响

通过向实验室构建的A2/O模型好氧池末端投加聚合铝铁(PAFC)来强化系统的生物除磷,使得出水总磷达到《城市污水处理厂污染物排放标准GB 18918-2002》中的一级A标准,并重点分析投加的PAFC对A2/O系统中活性污泥胞外聚合物(EPS)和活性污泥生物絮凝性能的影响.结果表明,随着PAFC投药量的增加,A2/O系统活性污泥EPS总量变化不大,但EPS组分中蛋白/多糖含量的比值逐渐降低,由投药前的3.30降低至投药后的2.30;EPS中金属离子含量逐渐增加,在厌氧-缺氧-好氧的运行周期内,各处理单元污泥的EPS中金属铝离子含量增加.投加PAFC后,活性污泥颗粒变大,二沉池出水的Zeta电位明显降低,由投药前-15.83 mV降低至-21.20 mV,污泥产量增加.因此,适量投加PAFC后,生物絮凝性能得到改善,出水中悬浊颗粒减少,出水水质变好.     

污泥增活剂影响MBR处理效果试验研究

向一体式膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)中投加污泥增活剂,与普通MBR进行试验对比,考察了污泥增活剂-MBR复合工艺对污染物去除的强化作用及对混合液污泥特性的影响。结果表明,污泥增活剂不仅提高了COD和氨氮的去除效果,而且由于增活剂与污泥形成的生物团粒的有效作用使系统总氮去除率提高10%以上。污泥增活剂-MBR中污泥混合液胞外聚合物(extra-cellular polymeric substances,EPS)含量高于MBR,上清液溶解性微生物产物(soluble microbial products,SMP)和Zeta电位相对较低,及EPS与SMP和Zeta电位的变化对应规律,说明污泥增活剂使EPS含量升高,促进了污泥活性的提高。较低的SMP浓度将降低膜自身污染的程度,活性炭的作用可使泥饼层结构疏松,能够减缓泥饼层带来的膜通量下降。     

自养菌和异养菌胞外聚合物对活性污泥絮凝特性的影响

为探讨自养菌和异养菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的差异及其对活性污泥表面及絮凝特性的影响,研究了有机负荷为0、0.30和0.74 kg·kg-1·d-1时,污泥松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密粘附胞外聚合物(tightly bound EPS,TBEPS)的组分含量、形态、表面特性以及絮凝性能的差异,并就LB-EPS与TB-EPS对污泥絮凝特性影响的作用机理进行了探讨.结果表明,有机负荷越高,多糖含量越高,EPS总量及蛋白质含量越低.由三维荧光光谱测定结果可知,类富里酸物质为异养菌而非自养菌的代谢产物,且有机负荷越高,TB-EPS中的类富里酸荧光峰强度越大.自养和异养污泥的絮凝机理不同,自养活性污泥通过自养菌菌体自身生物絮凝作用形成密实的污泥絮体,LB-EPS与TB-EPS对其絮体形态、表面及絮凝特性影响较小;异养活性污泥絮体形态在TB-EPS提取后发生明显改变,TB-EPS在异养活性污泥絮体聚集时发挥着主要作用.包裹着LB-EPS的污泥表面负电荷多且疏水性差,不利于异养污泥生物絮凝.有机负荷越高,污泥表面Zeta电位负电性越强,相对疏水性(relative hydrophobity,RH)越小,污泥稳定性越差.     

Coagulation efficiency and flocs characteristics of recycling sludge during treatment of low temperature and micro-polluted water

Drinking water treatment sludge, characterized as accumulated suspended solids and organic and inorganic matter, is produced in large quantities during the coagulation process. The proper disposal, regeneration or reuse of sludge is, therefore, a significant environmental issue. Reused sludge at low temperatures is an alternative method to enhance traditional coagulation efficiency. In the present study, the recycling mass of mixed sludge and properties of raw water (such as pH and turbidity) were systematically investigated to optimize coagulation efficiency. We determined that the appropriate dosage of mixed sludge was 60 mL/L, effective initial turbidity ranges were below 45.0 NTU, and optimal pH for DOMs and turbidity removal was 6.5--7.0 and 8.0, respectively. Furthermore, by comparing the flocs characteristics with and without recycling sludge, we found that floc structures with sludge were more irregular with average size growth to 64.7 μupm from 48.1 μupm. Recycling sludge was a feasible and successful method for enhancing pollutants removal, and the more irregular flocs structure after recycling might be caused by breakage of reused flocs and incorporation of powdered activated carbon into larger flocs structure. Applied during the coagulation process, recycling sludge could be significant for the treatment of low temperature and micro-polluted source water.     

胞外聚合物对浸没式膜-生物反应器膜过滤性能的影响

通过浸没式膜-生物反应器（SMBR）处理上海市城市内河水的试验,研究了反应器混合液中和2种疏水性不同的膜上污泥胞外聚合物（EPS）的量、组成、污泥特性及对膜过滤性能的影响.结果表明,混合液污泥中的溶解性EPS和固着性EPS比膜上污泥多,不同污泥的固着性EPS组分中蛋白质（EPSP）/多糖（EPSC）的大小顺序依次为混合液污泥〈亲水膜污泥〈疏水膜污泥.疏水膜污泥中溶解性EPS比亲水膜多,溶解性EPS和固着性EPS量及组分均有很大差异.混合液污泥的EPS流动性大,疏水性膜上污泥EPS的流动性较大.溶解性EPS对污泥特性及膜过滤性能影响较大.SMBR中亲、疏水性膜片上黏附的污泥的相对疏水性分别为53%、59%.比较2种膜片通量的变化发现,疏水性膜污染严重.     

活性污泥胞外聚合物的组成与结构特点及环境行为

在活性污泥处理系统中,微生物大多以污泥絮体的形式悬浮在水中。胞外聚合物(EPS)作为污泥絮体的重要组成部分,以其独特的聚合结构和化学组成,在污水生物处理系统中起到重要作用。为了更好的描述EPS的环境行为,文章综合了近年来国内外相关的研究成果,首先分析了EPS的来源、化学组成及结构分布,得出EPS中包含蛋白质、多糖、腐殖酸、核酸、糖醛酸及脂类大分子等化学物质,其中蛋白质和多糖之和占总有机物含量的70%~80%;在结构上,EPS分为SB-EPS、LB-EPS和TB-EPS,三者与细胞结合的紧密程度递增,其中所含化学成分比例的不同将使其具有不同的理化特性。其次,文章对EPS的理化特征对污水处理系统的影响,如对系统中微生物降解特性的影响、磷和重金属的吸附等进行了讨论,并总结了EPS中相关的官能团对上述环境行为的贡献。同时,文章还论述了EPS中官能团的亲疏水特性及化学成分对污泥絮体的脱水性、絮凝沉降性能的影响。