好氧颗粒污泥生物脱氮技术的研究现状及方向

结合国外关于好氧颗粒污泥的研究成果,论述了有关好氧颗粒污泥形成过程中的影响因素,如沉降时间、水流剪力、溶解氧(DO)、胞外多聚糖(EPS)等.介绍了好氧硝化颗粒污泥、亚硝化颗粒污泥、同步硝化反硝化颗粒污泥及同步脱氮除磷颗粒污泥等生物脱氮的研究现状,指出了连续流条件下好氧颗粒污泥亚硝化反硝化及颗粒污泥活性恢复等研究方向.     

SBAR中同步脱氮好氧颗粒污泥的菌种特性

采用气提式内循环间歇反应器进行好氧颗粒污泥培养,用分批培养法对好氧颗粒污泥中具有脱氮作用的菌种进行分离纯化.对各菌种进行了鉴别,通过培养过程中对氧气条件的控制,考察了各菌种反硝化生长特性和需氧性.结果表明,好氧颗粒污泥纯化培养可得到异养硝化-好氧反硝化菌以及兼性亚硝化菌和硝化菌,分离得到的反硝化菌在有氧反硝化条件下能够生长,因此好氧颗粒污泥中微生物具有多样性和较强的适应性,从侧面体现出好氧颗粒污泥微观结构的复杂性.     

pH值对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化过程的影响

从反应器脱氮性能和好氧颗粒污泥理化性状方面研究了pH值对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮过程的影响.结果表明,好氧颗粒污泥微生态环境的形成,大大增强其耐酸碱冲击负荷能力,在pH值8～9范围内氨氮去除率均达到95%以上.在pH值6～9范围内,好氧颗粒污泥理化性状稳定,没有发生解体现象.     

利用好氧硝化颗粒污泥SBR处理分离尿液的研究

在不同接种污泥条件下的序批式活性污泥系统（sequencing batch reactor, SBR）中,研究了分离尿液（source-separated urine, SSU)的处理情况和污泥特性.在硝化污泥接种的SBR中,对SSU中的可生化降解有机物具有较高的去除效率,而对其中氨氮的硝化效率很低,系统中没有出现生物体聚集状态的污泥.在用实验室内培养的好氧颗粒污泥接种的SBR系统中,对SSU不仅有较高的有机物去除效率,同时还可以有效实现氨氮的硝化过程,经过约70 d的运行之后,系统中出现了稳定状态的生物聚集体——好氧硝化颗粒污泥,氨氮容积负荷以氮计算为0.5 kg/（m³·d）.好氧硝化颗粒污泥具有良好的沉降效果和活性,颗粒表面聚集着硝化杆菌和球菌.好氧硝化颗粒污泥的粒径比接种的好氧颗粒污泥的粒径有较明显的减少,沉降速率却比相同粒径的好氧颗粒污泥有较大的改善.好氧硝化颗粒污泥对SSU中有机物和氨氮的转化效率都在90％以上,有效地保证了反应器中较小生长速率的硝化细菌的数量并实现系统的稳定运行.     

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、     

缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥反应器的启动及稳定运行

在室温下(17~19℃),通过接种成熟的亚硝化颗粒污泥于缺氧-好氧连续流反应器中,研究连续流亚硝化颗粒污泥的启动及稳定运行.结果表明,在启动阶段,颗粒污泥系统的亚硝态氮积累率(NAR)平均超过95%,成功启动了缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥系统.将好氧区溶解氧(DO)由(3±0.2) mg·L~(-1)提高到(4.5±0.2) mg·L~(-1),探究DO对于该连续流系统的影响.结果表明,在较高DO下,缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥系统仍能保持良好的亚硝化性能,平均NAR大于95%.另外,通过改变进水的水力停留时间(HRT),探究HRT对于该连续流系统的影响.较短的水力停留时间(8.4 h)会加快污泥颗粒在系统中的循环,使破碎的颗粒污泥不能及时重组,致使污泥颗粒沉淀性变差,造成污泥颗粒的流失.HRT增加到12.2h时,颗粒污泥系统得到了恢复,并且可以稳定运行.在运行末(166 d),氨氮去除率和NAR分别为86.7%和96.2%.     

好氧颗粒污泥在生物强化除磷中的应用

结合近年来好氧颗粒污泥的最新研究成果,分析了好氧颗粒污泥的物理、化学、生物学、结构特征,并从生物除磷、反硝化除磷和沉淀作用三方面对好氧颗粒污泥除磷现象进行探讨。旨在为好氧颗粒污泥在生物强化除磷中的实际应用提供理论知识。     

干硝化好氧颗粒污泥对Pb2+的吸附特性与机理

硝化好氧颗粒污泥具有孔隙率高、比表面积大、沉淀性能好等特征,为考察其在重金属废水处理中的应用效果,以干硝化好氧颗粒污泥为吸附剂,研究其对水溶液中Pb2+的吸附特性及影响因素. 结果表明,Langmuir等温吸附方程可以很好地拟合干硝化好氧颗粒污泥对Pb2+的吸附过程,说明Pb2+在干硝化好氧颗粒上的吸附属于单分子层吸附,25 ℃下的饱和吸附容量为79.58 mg/g,R2为0.990 1. 吸附动力学分析结果表明,该动态吸附平衡过程遵循伪二级动力学方程,废水初始ρ(Pb2+)分别为20、40、60 mg/L时,R2分别为1.000 0、1.000 0、0.999 9,同时颗粒内扩散方程RC(关联系数,分别为30.706%、28.019%、24.188%)均低于50%,表明颗粒内扩散是控制Pb2+吸附速率的关键步骤. 红外扫描分析(FTIR)结果表明,吸附过程中Pb2+主要与干硝化好氧颗粒污泥表面的O—H、N—H、CO、CC、C—OH、C—O—C等基团发生了作用. 吸附前、后的pH_ZCP(零点电荷)由2.5升至3.1,说明Pb2+在干硝化好氧颗粒污泥上的吸附属于专性吸附,即发生了紧密层吸附. 研究显示,干硝化好氧颗粒污泥对Pb2+具有较好的吸附效果,吸附机制主要包括无机微沉淀、表面络合、内层络合反应和离子交换等.      

不同好氧颗粒污泥中微生物群落结构特点

为了探讨活性污泥好氧颗粒化过程对微生物种群的影响、不同底物及不同颗粒化方法培养的好氧颗粒污泥中微生物群落结构的差异,以接种污泥、模拟废水好氧颗粒污泥和分别投加粉末活性炭和硅藻土的实际生活污水好氧颗粒污泥为研究对象,利用PCR-DGGE对比分析了接种污泥和好氧颗粒污泥中的微生物群落结构.结果表明:活性污泥好氧颗粒化过程会减少微生物种群多样性,影响颗粒污泥稳定性的细菌被淘汰,而聚磷菌、反硝化菌、难降解有机物降解菌等污水处理功能微生物都在颗粒化过程中得到保留.活性污泥好氧颗粒化过程中能够实现亚硝化细菌(AOB)一定程度的富集.与接种活性污泥相比,好氧颗粒污泥中AOB的多样性指数与均匀性指数均有提高.好氧颗粒污泥中的优势菌群主要分布于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和未培养菌(uncultured bacterium).其中AOB均属于β-Proteobacteria的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).     

苯酚溶液对好氧颗粒污泥储存稳定性的影响

针对好氧颗粒污泥在长期储存过程中易出现的颗粒解体和微生物失活等问题,设置了浓度分别为30,60,100,150,200,300mg/L的苯酚溶液储存好氧颗粒污泥,并以蒸馏水为对照组,在室温下储存150d.考察储存期间各储存溶液中的好氧颗粒污泥特性变化情况.结果表明,储存150d后,60mg/L苯酚溶液中的好氧颗粒污泥具有较好的颗粒状结构和密实性,且其向储存溶液中释放的污染物质较少;200和300mg/L苯酚溶液中的好氧颗粒污泥也具有一定的结构完整性,但其颗粒结构强度较差.好氧颗粒污泥中的优势菌纲（黄杆菌纲、变形菌纲和放线菌纲）丰富度降低,梭状芽孢杆菌纲丰富度增加.60mg/L苯酚溶液中的环二鸟苷酸（c-di-GMP）浓度为14.38μg/gMLSS,与储存前相比下降了36.68%,300mg/L苯酚溶液中的c-di-GMP浓度为1.24μg/gMLSS,下降了94.54%.60mg/L苯酚溶液有利于好氧颗粒污泥中的黄杆菌纲分泌c-di-GMP信号分子,增加颗粒污泥储存稳定性.短期（1~70d）和长期（70~150d）储存好氧颗粒污泥,分别选用30和60mg/L苯酚溶液为储存溶液有利于维持颗粒污泥的微生物活性.     

不同表观气速对好氧颗粒污泥净化苯酚废气的影响

实验设置了0.7、1.2、2.0、2.5和3.0 cm·s-1 5个不同表观气速,考察其对好氧颗粒污泥净化苯酚废气的影响.研究发现当表观气速在0.7～3.0 cm·s-1之间时,好氧颗粒污泥表现出良好的稳定性,苯酚去除率达到95%以上.随着表观气速的提高好氧颗粒污泥各项理化指标均有不同程度的改善,胞外多聚物(extra...     

同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥的储存与恢复

针对好氧颗粒污泥颗粒化时间慢等问题,进行了同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥常温储存及活性恢复实验研究.结果表明,好氧颗粒污泥经过60d的常温储存后,颗粒的结构基本能保持稳定,但是颗粒污泥的活性大幅度降低,污染物去除率仅有储存前的30%～40%.将常温储存的颗粒污泥接种到反应器中,经过一定的调控手段,可以在60d内恢复好氧颗粒污泥的功能及活性.此外,经过储存与恢复,好氧颗粒污泥的群落结构也发生了明显变化.大部分的微生物的相对丰度变化可逆,经过储存和恢复可以恢复至储存前的状态(包括Defluviicoccus (GAOs)和Flavobacterium (PAOs)),重构同步脱氮除磷的微生物群落结构.     

好氧颗粒污泥的形成机制、特性及应用研究进展

好氧颗粒污泥凭借其密实的结构、多样的微生物种群以及优良的沉降性能,已经引起了污水生物处理领域许多学者的兴趣.本文总结了近年来国内外好氧颗粒污泥技术和应用的最新研究成果,包括好氧颗粒污泥的形成机制、好氧颗粒污泥的特性及其微生物相、环境条件对好氧颗粒污泥形成的影响、好氧颗粒污泥模型以及在处理市政污水和含毒工业废水上的应用,并展望了好氧颗粒污泥的应用前景.     

缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥反应器的启动及稳定运行

在室温下(17~19℃),通过接种成熟的亚硝化颗粒污泥于缺氧-好氧连续流反应器中,研究连续流亚硝化颗粒污泥的启动及稳定运行。结果表明,在启动阶段,颗粒污泥系统的亚硝态氮积累率(NAR)平均超过95%,成功启动了缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥系统。将好氧区溶解氧(DO)由(3±0.2)mg·L-1提高到(4.5±0.2)mg·L-1,探究DO对于该连续流系统的影响。实验表明,在较高DO下,缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥系统仍能保持良好的亚硝化性能,平均NAR大于95%。另外,通过改变进水的水力停留时间(HRT),探究HRT对于该连续流系统的影响。较短的水力停留时间(8.4 h)会加快污泥颗粒在系统中的循环,使破碎的颗粒污泥不能及时重组,致使污泥颗粒沉淀性变差,造成污泥颗粒的流失。HRT增加到12.2 h时,颗粒污泥系统得到了恢复,并且可以稳定运行。在运行末(166 d),氨氮去除率和NAR分别为86.7%和96.2%。     

好氧颗粒污泥膜生物反应器脱氮特性

好氧颗粒污泥膜生物反应器（GMBR）连续运行71 d,对模拟生活污水表现出良好的有机物去除及同步硝化反硝化(SND)能力.进水TOC浓度为56.8～132.6mg/L时,膜出水TOC去除率为84.7%～91.9%;进水氨氮浓度为28.1～38.4mg/L时,稳定运行阶段氨氮去除率为85.4%～99.7%,总氮去除率为41.7%～78.4%.结合反应器中污泥生长形态,对不同粒径污泥的同步硝化反硝化研究表明,好氧条件下絮状污泥几乎没有反硝化能力,SND能力来源于颗粒污泥,并且随着污泥粒径的增大,反硝化速率以及总氮去除效率提高.通过扫描电镜对颗粒污泥外观以及沿传质方向剖面内部特征的观察分析,对颗粒污泥同步硝化反硝化的作用过程进行了探讨.     

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.     

好氧颗粒污泥的培养及其微观特性表征

采用厌氧颗粒污泥为接种污泥,在SBR反应器内培养好氧颗粒污泥,并对其微观特征进行了研究。COD负荷为1.5kg/m3·h～1.8kg/m3·h,表面气体流速在0.0052m/s之间,沉淀时间控制在10～8min时,有利于好氧颗粒污泥的形成。20d后完成好氧颗粒污泥的驯化和培养。研究发现培养的好氧颗粒污泥微生物相以杆菌和丝状菌为主,球菌较少。用扫描电子显微镜(SEM)观察好氧颗粒污泥的微观结构,颗粒污泥具有不平整的表面,轮廓清晰,表面有薄层粘液覆盖并有绒毛状结构。颗粒污泥表面和内部有明显的孔洞或孔隙。研究结果表明,好氧颗粒污泥具有良好的有机物降解能力和同步硝化反硝化能力。     

好氧亚硝化颗粒污泥特性的研究

对在小试曝气上流式污泥床反应器中成功培养出的好氧亚硝化颗粒污泥的特性进行了研究.工艺稳定运行时,亚硝化颗粒污泥的VSS/SS稳定在80%左右,粒径大于1.0 mm的颗粒污泥约占总数的70%,粒径大于0.8 mm的颗粒污泥的湿密度约为1?022 kg/m³.荧光原位杂交结果表明,亚硝化细菌主要分布在颗粒污泥的表层,而硝化细菌则分布在表层之下;最大可能数结果显示,亚硝化工艺稳定运行时亚硝化细菌的数量远多于硝化细菌,甚至可高于硝化细菌4个数量级以上.上述结果表明,硝化细菌（AOB和NOB）以接种的产甲烷颗粒污泥或其碎片为载体,通过在其表层附着生长,最终形成好氧亚硝化颗粒污泥.     

SNAD反应器中颗粒污泥和絮体污泥脱氮特性

通过血清瓶批试研究了温度为30℃时, SNAD(simultaneous partial nitrification, anaerobic ammonium oxidization and denitrification)反应器内的颗粒污泥R1(1~2.5mm)和絮体污泥R2(0~0.25mm)的脱氮特性. 结果表明,颗粒污泥的好氧氨氮和好氧亚硝态氮氧化活性分别为0.166,0kgN/(kg VSS×d).厌氧氨氧化、亚硝态氮反硝化、硝态氮反硝化总氮去除速率分别为0.158,0.105,0.094kgN/(kg VSS×d).絮体污泥的好氧氨氮氧化活性和好氧亚硝态氮氧化活性分别为 0.180,0kgN/(kg VSS×d).厌氧氨氧化、亚硝态氮反硝化、硝态氮反硝化总氮去除速率分别为0.026,0.096,0.108kgN/(kg VSS×d).颗粒污泥和絮体污泥都具有良好的亚硝化性能和反硝化性能.颗粒污泥的厌氧氨氧化性能良好,絮体污泥的厌氧氨氧化性能较差.扫描电镜显示,在SNAD颗粒污泥的表面主要是一些短杆菌和球状菌.在SNAD颗粒污泥中心区域主要为火山口状细菌.在絮体污泥中,同时存在短杆菌,球状菌和火山口状细菌.     

城市生活污水SNAD工艺的启动研究

采用SBR反应器,以城市生活污水为原水,进行同步亚硝化、厌氧氨氧化、反硝化(SNAD)工艺的启动研究.首先接种厌氧氨氧化(anammox)颗粒污泥,在高曝气量下(500L/h)培养得到亚硝化颗粒污泥,然后再次接种anammox颗粒污泥,在低曝气量下(40L/h)培养得到SNAD颗粒污泥.在亚硝化稳定期,氨氮平均去除率达到94%,亚硝态氮平均积累率达到95%.在SNAD稳定期,总氮平均去除率为85%.批试实验结果表明,亚硝化稳定期亚硝化颗粒污泥的好氧氨氮和亚硝态氮氧化活性分别为为0.234和0kgN/(kgVSS×d).SNAD颗粒污泥的厌氧氨氧化总氮去除、亚硝态氮反硝化、好氧氨氮氧化、好氧亚硝态氮氧化活性分别为0.158、0.104、0.281、0kg/(kgVSS×d),其中硝态氮反硝化活性在0~120min和120~360min内分别为0.061和0.104kg/(kgVSS×d).扫描电镜显示,SNAD颗粒污泥表面以短杆状菌和球状菌为主,可能为好氧氨氧化菌(AOB)和反硝化菌,颗粒污泥内部以火山口状的细菌为主,可能为anammox菌.