污泥龄对除磷亚硝化颗粒系统的影响

以低C/N比生活污水为研究对象,接种成熟除磷颗粒污泥,探究泥龄对中低温度下(14～21℃)除磷亚硝化颗粒污泥的影响.结果表明,常温下(20℃±1℃),泥龄为30 d,曝气量为5 L·(h·L)~(-1)可实现除磷颗粒污泥中AOB的富集,NAR达到90%以上.当温度降低到15℃,泥龄为40 d时除磷性能恶化,颗粒结构变松散并伴有丝状菌生成.相对充足的氧气使亚硝化失稳,NAR下降至22. 4%. NOB不具备迅速适应环境变化的能力,采取12 d厌氧饥饿加排泥的策略,削弱了NOB的相对活性,迅速恢复了除磷亚硝化性能.批次实验显示温度从20℃下降到15℃,聚磷菌仍能保持较高的氧利用率,但AOB的SOUR下降了18%,此时是温度而不是溶解氧浓度制约了氨氧化能力.控制泥龄为30 d,同时降低曝气量为4 L·(h·L)~(-1),实现了低温下(15℃±1℃)除磷亚硝化颗粒污泥系统的稳定运行.     

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.     

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.     

动力学调控实现单一反应器内亚硝化与硝化过程的互相转化

通过动力学调控在单一反应器内实现了亚硝化到硝化再到亚硝化过程的转化.在小试曝气上流式污泥床(Aerated Upflow Sludge Bed,AUSB)反应器中,在20℃、DO为2～4mg·L-1的条件下,主要通过调节反应器内的pH值调控氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)比生长速率的相对大小,以无机自配水为进水时,分别在20d和25d内将反应器的亚硝化率(出水中亚硝氮与总硝态氮之比)从95%降低至15%再恢复至95%以上,期间反应器的氨氮去除率基本维持在90%以上;当以实际高氨氮废水为进水时,同样主要通过调节反应器的pH值,分别在30d和23d内实现了反应器的亚硝化率从90%降低至10%再恢复至90%的过程.     

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.     

生物膜短程硝化系统的恢复及其转化为CANON工艺的过程

在温度为30℃±1℃条件下,以改性聚乙烯为填料,人工配置无机NH+4-N废水为进水,研究生物膜短程硝化系统的恢复过程.短程硝化首先通过过量曝气破坏,使NOB适应高浓度游离氨后,在连续曝气条件下,DO控制在0.5 mg·L~(-1)以下,FA控制在1.5 mg·L~(-1)以上,维持反应器运行83 d未实现短程硝化,84 d改连续曝气为间歇曝气,出现NO-2-N积累现象,142 d再次验证这一规律.随着反应器的运行,生物膜系统中为ANAMMOX菌提供了生存环境,厌氧氨氧化作用产生,短程硝化系统逐步转化为CANON工艺,并逐渐增加进水NH+4-N浓度和进水流量,反应器的TN去除率与TN去除负荷逐渐提高.当反应器运行至450 d,TN去除率达到64.03%,去除负荷为2.52 kg·(m~3·d)~(-1).因此,一旦NOB适应了高浓度的游离氨,生物膜系统的短程硝化恢复不易实现,但间歇曝气是一个有效的方法,随着反应器的连续运行,短程硝化工艺最终转化为CANON工艺,而且,这一转变进一步强化了短程硝化的稳定性.     

中常温变化对PN-ANAMMOX联合工艺脱氮效果的影响

通过接种成熟的亚硝化膜和厌氧氨氧化污泥,研究了中常温变化对PN-ANAMMOX联合工艺脱氮速率的影响及微生物群落的变化.结果表明,常温下能够实现PN-ANAMMOX联合脱氮,并且脱氮速率达到0.5 kg·(m~3·d)~(-1).但是PN过程亚硝化速率下降,ANAMMOX菌活性未得到充分发挥,导致PN-ANAMMOX联合工艺脱氮速率远低于中温条件下的1.75kg·(m~3·d)~(-1),出水水质较差.温度的上升易导致NOB的快速生长,PN过程失稳,但是通过增加回流量可对NOB的活性进行有效地控制.QPCR分析结果进一步表明接种中温环境下的AOB和ANAMMOX微生物在常温条件下不利于生长,出现部分死亡;当恢复到中温的环境时,相应的功能微生物出现了快速地生长.因此,在PN-ANAMMOX联合工艺的运行过程中应尽可能地满足功能微生物适宜的温度.     

长期储存亚硝化颗粒污泥的活化及菌群结构变化

采用无机人工配水,通过逐级提高进水氨氮负荷(0.32~0.64kg/(m³·d))和设定合适的初始游离氨浓度(3.7~7.2mg/L),在SBR反应器中对常温(24~29℃)下储存1a的亚硝化颗粒污泥(NGS)进行了活化,并使用Miseq高通量测序技术分析了污泥中微生物多样性的变化情况.结果表明,NGS的亚硝化性能可在短时间内恢复.运行8d后,反应器的氨氮去除率达到95%以上,亚硝态氮累积率超过了80%,但污泥粒径持续减小,胞外聚合物(EPS)含量明显降低.活化至第20d,NGS的氨氮比去除速率和亚硝态氮比累积速率分别达到24.6mg/(gVSS·h)、23.8mg/(gVSS·h),平均粒径稳定在0.5mm左右.在活化期间,绝大部分厌氧、异养菌属被洗脱,污泥的微生物多样性显著降低.Nitrosomonas等氨氧化菌的相对丰度由活化前的1%上升至约58%,同时,Nitrospira等硝化菌的生长受到了选择性抑制.这意味着即使经历长期的常温储存,NGS仍可作为SBR的接种污泥,实现反应器的快速启动.     

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30d的条件下实现了出水TP小于0.5mg·L-1,COD浓度小于50mg·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40d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0.5mg·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63mL·g-1降低到35mL·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1000μm以上。     

炭管膜曝气生物膜反应器亚硝化的启动试验研究

利用包裹无纺布的多微孔炭管为膜组件的膜曝气生物膜反应器,对不含有机碳的氨氮废水进行了亚硝化启动试验的研究.结果表明,在进水NH₄⁺-N 浓度为200mg/L,温度为(34±1)℃, pH 值为7.5~8.3,HRT 为8h 的条件下,通过逐步降低炭管内腔气压进而降低供氧量的方法,反应器连续运行83d,实现了稳定的亚硝化.荧光原位杂交(FISH)分析表明,硝化细菌主要集中在靠近曝气膜/生物膜界面区域,其中亚硝酸菌占优势地位,而靠近生物膜/液体界面区域硝化细菌数量较少.     

曝停时间比对间歇曝气SBR短程硝化的影响

常温条件下(20~25℃),以生活污水为研究对象,采用间歇曝气序批式反应器1#、2#、3#,研究了不同曝停时间比(3:1、3:2、3:3)对亚硝酸盐氮积累、亚硝化稳定性、污染物去除效果及污泥沉降性能的影响.结果表明,在一定范围内,单元停曝时间所占比例越大,即曝停时间比越小越有利于亚硝酸盐氮的积累,启动速度越快,三者分别经35,30,29d实现了亚硝化的启动;稳定运行阶段,三者的氨氮容积去除负荷分别为0.57,0.48,0.40d-1,曝停时间比越小,则氨氮去除负荷越小,COD去除效果没有明显区别;1#运行至第82d时,亚硝化率呈现逐渐下降的趋势,2#、3#仍能稳定运行,因此曝停时间比越小,越有利于抑制NOB的增殖,维持亚硝化的稳定,且污泥沉降性能越好,越有利于抑制丝状菌污泥膨胀.     

侧流FNA处理的CANON工艺恢复策略及脱氮路径

为探究侧流游离亚硝酸（FNA）处理后的颗粒-絮体污泥全程自养脱氮（CANON）工艺重新建立的有效策略,采用序批式反应器（SBR）进行实验,探讨不同恢复方式对系统长期运行性能的影响,实现CANON工艺长期稳定运行.结果显示,不同恢复方式对CANON系统重新建立有很大影响,采用非原位高曝气恢复策略的R1经过19d的运行重新建立了稳定的CANON工艺,而采用原位低曝气恢复策略的R2和原位高曝气恢复策略的R3均未能有效重新建立稳定的CANON工艺.R1稳定运行34d时再次出现了亚硝酸盐氧化菌（NOB）增殖的现象.定期水力筛分排出絮状污泥进行FNA处理,达到溶解氧（DO）控制+侧流FNA处理的“双抑制”,能够有效抑制NOB实现CANON工艺的长期稳定运行.典型周期分析结果表明,在恢复过程中,R1内氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AnAOB）活性均高于R2和R3,并且有效抑制了反应器内残余NOB的活性.随着R1中CANON工艺的重新建立,亚硝化/厌氧氨氧化（SNA）脱氮路径占比由第15d的8.91%增加到了第45d的19.39%,提高了NH₄⁺-N的去除率.     

SBR亚硝化快速启动过程中影响因子研究

在低DO条件下对SBR反应器实现快速亚硝化的途径及影响因素进行研究.控制反应器主要参数为：DO 0.15～0.40mg/L,pH值7.52～8.30,温度22.3～27.1℃,曝气时间为8 h.通过高、低氨氮浓度（245.28 mg/L与58.08 mg/L）交替进水的方式,经过57个周期（36 d）的稳定运行成功实现...     

环境温度下SBR实现稳定部分亚硝化研究

采用SBR反应器建立了一套通过特定pH终值调控曝气停止点，以实现稳定部分亚硝化的策略，整个运行过程分为3个阶段，阶段Ⅰ启动亚硝化，阶段Ⅱ在稳定亚硝化的同时探索pH终值的设定规律，阶段Ⅲ采用pH终值设定规律实现稳定部分亚硝化，通过跨越夏、冬季（7~35℃）共148d的运行，考察SBR系统内有机物、氮素的转化规律，并分析不同温度（23、18、13℃）对部分亚硝化反应过程的影响.结果表明，在低DO（0.2~0.4mg/L）和MLSS为4000mg/L的条件下，控制pH终值为（7.73±0.02），使出水FA在0.5~1.2mg/L，可稳定部分亚硝化期间的出水NO₂^--N/NH₄⁺-N值在1~1.4之间，出水亚硝积累率（NAR）维持在85%以上，有机物去除率在60%以上.比氨氧化速率、比亚硝态氮氧化速率、比COD去除速率均随温度下降而降低，但降低趋势较缓，且反应均能稳定完成.     

改良SBR工艺实现生活污水除磷与半亚硝化

常温条件下(20~25℃),采用序批式反应器(SBR),应用改进后的运行策略:进水、厌氧搅拌、曝气搅拌、静置沉淀、排水、选择性排泥、污泥床缺氧搅拌,控制污泥龄为20d,溶解氧为0.2~0.5mg/L,实现单污泥系统同步除磷亚硝化的稳定运行.结果表明:总磷去除率为95.9%~97.1%,出水总磷浓度为0.1~0.4mg/L,好氧阶段氨氮去除容积负荷为0.242kg N/(m3·d),出水氨氮和亚硝酸盐氮的比值约为1:1,可以为后续的厌氧氨氧化提供合适的进水.     

控制低溶解氧实现亚硝化的稳定性

以A/O除磷工艺的二级出水为进水,通过低溶解氧控制,实现了亚硝酸盐的稳定积累.为研究系统的稳定性,从3个方面分别研究了总氮损失、水力停留时间(HRT)和回流比(R)对稳定亚硝化的影响.结果表明,系统的表观亚硝化率受COD浓度影响,COD≤50mg/L时,表观亚硝化率降低,COD50mg/L时,表观亚硝化率会增加;延长和缩短HRT都对稳定亚硝化存在正反两方面影响,应根据实际情况进行动态控制;提高回流比会增加破坏稳定亚硝化的风险,以较低回流比0.5为宜.另外,低溶解氧浓度不会降低系统的亚硝化效率,在HRT=6h,R=0.5,t为22～24℃条件下,平均氨氮去除率达83%,氨氮去除负荷为0.28kg/(kg·d),亚硝酸盐积累率接近100%.     

缺氧-好氧生物脱氮工艺曝气量在线控制策略分析

曝气控制是生物脱氮工艺重要的控制变最,它决定着整个处理系统的处理效果和运行费用.应用Benchmark-BSM1平台模型对缺氧-好氧生物脱氮工艺几种典型的曝气控制策略进行了研究,结果表明,前馈-反馈曝气量控制最优,其次为反馈控制、恒DO控制和恒曝气量控制.前馈-反馈控制和恒DO控制相比较,出水氨氮浓度大约降低24%,最大出水氨氮浓度降低18%,曝气能耗降低9%,获得了曝气量最优控制方法以及在不同运行条件下应采用的曝气控制策略,为了实现缺氧-好氧生物脱氮工艺硝化反应的最优控制,应同时控制曝气量和好氧区体积.     

工业规模硝化系统抑制后生物强化恢复策略可行性分析

针对长期抑制且通过常规调控方式难以恢复的工业规模硝化系统,探究菌群流加策略进行快速恢复的可行性及实施过程中存在的关键问题。采取小试试验和工业规模试验结合的方式,投加高效硝化菌,测定出水中氨氮、硝氮、亚硝氮、COD、碱度和总酚的浓度,同时进行镜检,分析其中原后生动物的变化情况。结果表明:投加硝化菌的试验组出水中氨氮浓度均显著降低,原后生动物逐渐显现。针对实际煤化工废水,硝化系统进水总酚浓度宜控制在10 mg/L以下,工业规模硝化系统可以实现长期稳定运行。根据实验结果,小试可以作为菌群流加恢复策略可行性的初步参考依据;准确识别工业规模硝化系统失稳原因或抑制物种类是实现其快速恢复的关键;在常规调控方式的基础上,最大限度的降低抑制物浓度,采用菌群流加恢复策略能够较快的建立硝化反应,进而实现工业规模硝化系统的快速恢复。     

基于降维状态观测器的曝气量最优控制仿真研究

为降低污水处理厂曝气过程的能耗,对曝气系统的优化控制进行了研究.首先,建立了基于活性污泥模型ASM1的曝气系统的简化模型;然后,利用降维状态观测器重构在线不可测状态,提出了基于降维状态观测器的曝气量最优控制策略;最后,将该优化控制策略应用于污水处理基准仿真模型BSM1,仿真采用晴天进水数据.结果表明,与溶解氧的PID控制相比,最优控制在保证出水氨氮浓度和化学需氧量等水质的情况下,降低了曝气量和出水总氮浓度,同时曝气能耗相比PID控制可下降5%以上,并且改善了出水指数.