同步硝化反硝化耦合除磷工艺的快速启动及其运行特征

以低COD/N生活污水(C/N为3∶1~4∶1)为进水基质,在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),通过逐步降低溶解氧(DO)浓度的方式快速实现同步硝化反硝化耦合除磷.反应器运行20 d后(DO浓度为0.50~1.0mg·L-1),系统出现同步硝化反硝化耦合除磷的现象.在随后运行的40 d里,反应器对废水COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分别为84.84%、93.51%、77.06%和85.69%;出水NO-3-N和NO-2-N平均浓度分别为4.01 mg·L-1和3.17 mg·L-1.反应器启动运行后期,污泥体积指数(SVI)为55.22 m L·g-1,沉降性能良好,颗粒结构较完整.不同氮源的周期曝气阶段结果表明,对TN的去除率为NH+4-NNO-2-NNO-3-N;对TP的去除率为NO-3-NNO-2-NNH+4-N,反应器主要以同步硝化反硝化脱氮和反硝化方式除磷.     

实际污水培养好氧颗粒污泥及其特性研究

采用实际城市污水在序批式反应器(SBR)中试装置中成功培养出好氧颗粒污泥.颗粒污泥的沉降速率>21 m·h-1,显示了良好的沉降性能.颗粒污泥对化学需氧量(COD)、氮(N)、磷(P)具有同步去除的能力.在3 h的运行周期中,反应器出水COD<50 mg·L-1,氨氮(NH+4-N)<5.0 mg·L-1,总氮(TN)<15 mg·L-1,对TN和总磷(TP)的去除率达到50%.采用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)对好氧颗粒污泥的结构分析表明,好氧颗粒污泥的胞外多聚物(EPS)在整个颗粒污泥中均匀地分布,构成颗粒污泥的骨架.对颗粒污泥的X射线衍射(XRD)分析显示,在好氧颗粒污泥的内部存在许多无机矿物质,在颗粒污泥形成初期,废水中的无机成分可能具有"晶核"的作用.     

连续流态下以城市污水培养好氧颗粒污泥及颗粒特性研究

在连续流气提式好氧颗粒污泥流化床(CAFB)反应器中,以低浓度的城市污水作为营养基质,絮状污泥作为接种污泥,采用逐级递增负荷的运行方式培养好氧颗粒污泥.研究了CAFB中颗粒污泥的形成过程、颗粒性质和污泥中生物多样性.结果表明,CAFB反应器启动的第6 d即有大量颗粒污泥形成,颗粒直径800～1 000μm.CAFB运行12 d后,污泥浓度MLSS达到6 000 mg·L-1,SVI值稳定在35 mL·g-1左右,胞外聚合物的质量分数与接种前相比有了较大的增长,并具有丰富的生物相和较高的生物量,各项运行指标基本趋于稳定.扫描电镜观察颗粒污泥主要由球菌和杆菌组成,颗粒中含有大量的孔隙和通道.装置稳定运行后,对COD的去除率保持在70%～75%,出水COD的浓度维持在70 mg·L-1左右.在装置运行32 d后,丝状菌大量繁殖,发生污泥膨胀.可见,在CAFB中可以快速形成好氧颗粒污泥,且对污染物具有良好的去除效果,但其运行稳定性还有待深入研究.     

进水氨氮浓度对生物除磷颗粒系统的影响

在SBR反应器中接种成熟的生物除磷颗粒,通过分阶段提高进水中氨氮浓度,研究了进水氨氮浓度对生物除磷颗粒系统的影响,确定系统对进水氨氮负荷的承受能力。结果表明,进水氨氮浓度低于45mg·L-1时,生物除磷颗粒系统具有良好的性能,TP去除率在96%以上,COD去除率在89%以上,出水TP浓度和COD浓度分别在0.4mg·L-1和25mg·L-1以下,颗粒粒径在950μm以上,SVI在45mL·g-1以下;进水氨氮浓度为60mg·L-1时,TP去除率在95%以上,出水TP浓度在0.5mg·L-1以下,颗粒粒径为760μm,SVI为56mL·g-1,系统中生物除磷颗粒出现部分解体,PAOs代谢和生长开始受到抑制。进水氨氮浓度达到70mg·L-1时,TP去除率为70%,出水TP浓度在3mg·L-1左右,颗粒粒径为570μm,SVI为75mL·g-1,PN/PS值达到7.50左右,系统中生物除磷颗粒严重解体,PAOs代谢和生长被严重抑制。随着进水氨氮浓度上升,导致生物除磷颗粒中微生物分泌蛋白质增加和多糖减少,PN/PS值增大,出现生物除磷颗粒解体,颗粒粒径减小和SVI上升,生物除磷颗粒的结构和功能被破坏。     

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。     

Ni2+对好氧颗粒污泥系统性能的影响

以城镇污水处理厂A²/O工艺的回流污泥作为接种污泥,在序批式反应器（SBR）中培养好氧颗粒污泥（AGS）,探究Ni²⁺对AGS系统的影响.结果表明：在25℃的条件下,50d左右培养出成熟的AGS,其形态多呈球状或椭球状,外表分布着少量丝状菌,颗粒污泥粒径主要在2~4mm,MLSS达6000mg/L,SVI维持在40~50mL/g.将Ni²⁺作用于培养出的成熟AGS,Ni²⁺在0~2mg/L的浓度范围内会提高AGS的稳定性,使MLSS上升,SVI降低;同时会促进AGS分泌胞外多聚物（EPS）,EPS组成成分中的蛋白质（PN）明显多于多糖（PS）;Ni²⁺对好氧颗粒污泥去除总氮（TN）的抑制程度要大于COD,最终COD去除率可维持在95%以上,TN去除率可维持在70%以上.     

Ni2+对好氧颗粒污泥系统性能的影响

以城镇污水处理厂A²/O工艺的回流污泥作为接种污泥,在序批式反应器（SBR）中培养好氧颗粒污泥（AGS）,探究Ni²⁺对AGS系统的影响.结果表明：在25℃的条件下,50d左右培养出成熟的AGS,其形态多呈球状或椭球状,外表分布着少量丝状菌,颗粒污泥粒径主要在2~4mm,MLSS达6000mg/L,SVI维持在40~50mL/g.将Ni²⁺作用于培养出的成熟AGS,Ni²⁺在0~2mg/L的浓度范围内会提高AGS的稳定性,使MLSS上升,SVI降低;同时会促进AGS分泌胞外多聚物（EPS）,EPS组成成分中的蛋白质（PN）明显多于多糖（PS）;Ni²⁺对好氧颗粒污泥去除总氮（TN）的抑制程度要大于COD,最终COD去除率可维持在95%以上,TN去除率可维持在70%以上.     

好氧颗粒化SBR系统处理UASB出水的试验研究

以序批式反应器培养的好氧颗粒污泥作为接种污泥,驯化处理上流式厌氧颗粒污泥床反应器的出水,整个运行过程主要分为颗粒污泥驯化阶段和稳定运行阶段。在稳定运行阶段,有机COD负荷可达到5.2 g/L.d,COD去除率高于95%,好氧颗粒污泥直径集中于3.5～6mm,SVI 50～58mL/g,沉降速率在72～90m/h,好氧颗粒污泥具有良好的沉降性能和较高的COD去除率。同时应用扫描电镜技术对接种颗粒污泥和驯化后的好氧颗粒污泥的微生物结构进行了初步观察和分析。     

连续流好氧颗粒污泥系统处理低COD/N实际生活污水的工艺优化

在连续流合建式反应器中接种成熟好氧颗粒污泥处理低碳氮比(COD/N)的实际生活污水,研究了曝气量和水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对连续流好氧颗粒污泥系统脱氮除磷和颗粒污泥稳定性的影响.结果表明,当曝气量为300 m L·min-1(表观气速为1.2 cm·s-1)、HRT为7.5 h时,反应器对化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、总氮(total nitrogen,TN)和总磷(total phosphorus,TP)去除率达到最高,分别为76.34%、51.23%和53.70%.整个系统在此条件下能够稳定运行,污泥浓度(mixed liquor suspended solids,MLSS)为2 000 mg·L-1左右,污泥体积指数(sludge volume index,SVI)保持在50 m L·g-1以下,好氧颗粒污泥形态完整,沉降性能良好.低COD/N的实际生活污水促进了好氧颗粒污泥胞外多聚物(extracellular polymeric substance,EPS)的增长,蛋白质(protein,PN)和多聚糖(polysaccharide,PS)的比值高达17.9,相对于PS,PN对颗粒污泥的稳定性有更大的促进作用.     

低DO下AGS-SBR处理低COD/N生活污水长期运行特征及种群分析

本研究在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),构成AGS-SBR系统,研究其在低DO(0.5~1.0mg·L~(-1))条件下,处理低COD/N比(4.0)生活污水同步脱氮除磷的长期稳定运行特性,并解析反应器的主要菌群构成.结果表明,在反应器运行的180d里,AGS-SBR系统表现出了良好且稳定的除污能力,反应器对水体中COD、NH~+_4-N、TN和TP平均去除率分别达到87.17%、95.21%、77.05%和91.11%.好氧颗粒污泥沉降性能一直很好,污泥始终保持着完整的颗粒外观和密实紧凑的结构,并没有出现明显的颗粒污泥解体的现象.同时,高通量测序结果表明,变形菌门、厚壁菌门、绿菌门、绿弯菌门和拟杆菌门为SBR-AGS反应器中主要优势菌群.Denitratisoma、Planctomycetaceae、Thauera、Comamonas、Nitrosomonas和Nitrospira是反应器中与脱氮有关菌群;Clostridium和Anaerolinea是除磷相关细菌.     

间歇梯度曝气下缩短SRT强化短程SNEDPR系统脱氮除磷

为了探究间歇梯度曝气下污泥龄对氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）的影响,研究短程硝化内源反硝化除磷系统对于处理低C/N比生活污水的优势作用,本文采用SBR反应器培养好氧颗粒污泥,实验进水采用实际生活污水.结果表明,在SRT由50 d逐渐降低至30 d过程中,比氨氧化速率由3.16 mg·（g·h）^-1增加至4.38 mg·（g·h）^-1,比亚硝酸盐氧化速率由3.4 mg·（g·h）^-1降为1.8 mg·（g·h）^-1左右,可知NOB活性降低约44%,从而使系统实现了短程硝化.当SRT为30 d时,由典型周期实验可知亚硝酸盐最大积累量可达6.93mg·L^-1.由于系统中污泥浓度随SRT的减少而略有降低,因此在反应进行至40 d左右时根据DO曲线采取降低曝气量的策略,最终SRT为30 d时系统出水COD浓度为40.76 mg·L^-1,TN浓度为12.4 mg·L^-1,TP浓度为0.31 mg·L^-1,强化了系统中C、N和P的同步去除,最终得到了稳定运行的短程硝化内源反硝化除磷系统.同时好氧颗粒污泥EPS含量与SRT呈现负相关性,蛋白质含量由污泥龄为50 d的66.7 mg·g^-1升为30 d的95.1mg·g^-1,多糖保持在12.1~17.2 mg·g^-1的范围内,说明SRT的降低对蛋白质含量的影响较多糖大,当SRT为30 d时,PN/PS值保持在6.2左右,好氧颗粒污泥在该条件下仍能保持较好的结构稳定性.     

好氧颗粒污泥处理市政污水性能与微生物特性研究

以成熟好氧颗粒污泥（AGS）为接种污泥,在序批式反应器（SBR）中考察其对低浓度市政污水的处理效能、污泥特性及微生物多样性的变化.结果表明,在低有机负荷（进水COD为179~212 mg·L^-1）、高溶解氧（DO>5 mg·L^-1）条件下,系统出水COD低于50 mg·L^-1,NH₄⁺-N浓度稳定在0.7~0.8 mg·L^-1,但脱氮除磷效能有待优化.体系中0.2~0.6 mm的污泥颗粒最为稳定,运行期间污泥SVI₃₀值始终保持在32~40 mL·g^-1,呈现出良好的沉降性能.系统中少量絮状污泥的存在对AGS的稳定性是有利的,本试验条件下,<0.2 mm污泥体积占比约为30%时AGS体系稳定运行.胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）含量增加与AGS的稳定性呈正相关,可见PN对AGS稳定运行起着重要作用.微生物高通量测序结果表明,Proteobacteria和Bacteroidetes为主要菌门;运行过程中有利于硝化作用的Gammaproteobacteria逐渐成为优势菌纲;系统中存在促进EPS分泌和有机污染物去除的黄杆菌属（Flavobacterium）和陶厄氏菌属（Thauera）,这有利于AGS的稳定运行,同时也存在硝化螺旋菌属（Nitrospira）、陶厄氏菌属（Thauera）、副球菌属（Paracoccus）、梭菌属（Fusibacter）、变形菌属（Proteocatella）等脱氮除磷功能菌属,但需优化运行参数强化同步脱氮除磷效能.本研究结果对AGS系统处理实际市政污水的稳定运行具有重要的指导意义.     

厌氧氨氧化污泥恢复过程中的颗粒特性

目前运行容易失稳已成为制约厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺应用的因素之一.在保证底物不抑制的条件下,通过对实验室前期运行失稳的连续流全混反应器(CSTR)中的厌氧氨氧化污泥进行活性恢复,研究了滞留的基质浓度对ANAMMOX污泥恢复过程中颗粒化及活性的影响.结果表明,经过126d运行,ANAMMOX污泥活性获得恢复且脱氮能力明显提升.控制高、低基质浓度水平的2个反应器均能实现污泥的颗粒化及氮素的高效去除,NRR最大分别达到16. 97 kg·(m~3·d)~(-1)和14. 43 kg·(m~3·d)~(-1).随着反应器脱氮能力的提高(污泥颗粒粒径增大),R1、R2两个反应器内污泥的胞外聚合物EPS含量(以VSS计)均增大,分别由接种时的34. 45 mg·g~(-1)增大至77. 52 mg·g~(-1)和94. 18 mg·g~(-1),PN/PS由1. 89分别增大到6. 25和6. 84.在一定范围内,PN/PS比值增大有利于ANAMMOX污泥颗粒化,但PN/PS过大会导致颗粒污泥结构失稳上浮,加剧污泥流失现象.     

好氧颗粒污泥系统中溶解性微生物代谢产物的特征及主要组分

采用SBR反应器以絮状活性污泥为接种污泥培养好氧颗粒污泥,主要考察好氧颗粒污泥系统中溶解性微生物代谢产物(SMP)的产生、相对分子质量分布以及主要组成物质.结果表明SMP是出水COD的主要组分,浓度为71~85 mg·L-1,SMP的产生与微生物对基质的利用、微生物衰亡和胞外聚合物(EPS)的水解有关.相对分子质量分布表明大部分SMP相对分子质量小于3×103,所占比例为54.8%~71.7%,而相对分子质量大于100×103的组分只占总SMP的一小部分,所占比例为9.3%~14.5%.三维荧光光谱分析表明,出水SMP具有4个峰,分别属于类芳香蛋白质、类色氨酸蛋白质、类腐殖酸物质和类富里酸物质.气质联用(GC-MS)分析表明SMP主要成分为酯类、短链烷烃、烯烃和醇类,所占质量分数分别为39.0%、14.9%、11.7%和7.6%.其中邻苯二甲酸二酯是出水SMP中主要组成物质,所占质量分数为32.0%.     

制革废水的厌氧氨氧化ABR脱氮工艺研究

采用小试规模的厌氧折流板反应器(ABR)研究制革废水的厌氧氨氧化脱氮.结果表明,ABR可作为实现厌氧氨氧化的良好反应器,厌氧氨氧化ABR反应器能有效和稳定地处理制革废水.当进水NH+4-N为25.0~76.2 mg·L-1、COD为131~237 mg·L-1,NH+4-N容积负荷为0.05~0.15 kg·(m3·d)-1时,出水NH+4-N为0.20~7.12 mg·L-1、COD为35.1~69.2mg·L-1,去除率分别达到90.8%~99.6%和66.9%~74.7%.此外,厌氧氨氧化ABR反应器污泥在驯化和运行过程中形成了棕红色、棕黄色和红色的颗粒污泥.电镜扫描观察证实在厌氧氨氧化ABR反应器的4个隔室的颗粒污泥中均存在厌氧氨氧化菌.荧光原位杂交(FISH)检测结果显示厌氧氨氧化菌在驯化和运行过程中出现不同程度的增殖,厌氧氨氧化ABR反应器4个隔室的污泥中厌氧氨氧化菌所占比率分别由4%增加到9%、8%、12%和30%,呈现出前段隔室少、后段隔室多的分布规律.     

不同好氧/缺氧时长联合分区排泥优化生活污水短程硝化反硝化除磷颗粒系统运行

采用生活污水接种人工配水下成熟短程硝化反硝化除磷颗粒,通过不同好氧/缺氧时长联合分区排泥优化调控短程硝化反硝化除磷系统运行.结果表明,调控好氧/缺氧时长联合分区排泥可实现系统的稳定运行.后期稳定期出水COD浓度在50mg·L^-1以下,出水TN浓度低于15mg·L^-1,TN去除率达83%左右并保持平稳,出水P浓度均在0.5mg·L^-1以下,平均去除率为93.72%.同时,分区排泥（70%顶部污泥和30%底部污泥）可作为筛选微生物的途径,维持了良好的亚硝化和除磷性能,使粒径分布更为集中,并保证氨氧化菌（ammonia oxidizing bacteria,AOB）和反硝化聚磷菌（denitrifying phosphate accumulating organisms,DPAOs）的生长优势.缺氧时长的增加提高了缺氧异养菌的生长速率,使得缺氧异养菌分泌出更多的EPS,确保了颗粒污泥性状的改善和后续维持稳定.     

提高有机负荷对好氧颗粒污泥形成与稳定过程的影响

本研究在柱形SBR反应器中接种市政污水厂活性污泥,以乙酸钠为碳源,考察了逐步提高进水有机负荷(OLR)对好氧颗粒污泥(AGS)形成的影响,并分析了污泥外观形态、微生物活性与胞外聚合物(EPS)组成的演化规律.结果表明,当进水OLR在3.20~4.84 kg·(m3·d)-1时,污泥粒径的增长速率最快.更高的OLR将导致絮状污泥的大量出现,需辅以应急性排泥,才能保持AGS在反应器中的主导地位.成熟AGS的污泥浓度(MLSS)、污泥体积指数(SVI30)、平均粒径、沉降速率和比耗氧速率(SOUR)分别达到23.9 g·L-1、20 m L·g-1、1.4 mm、102 m·h-1和50.2 mg·(g·h)-1.污泥颗粒化过程不仅使污泥形态发生了根本变化,也显著增强了微生物活性.在此期间,胞外聚合物中PN、PS含量的变化对生物量累积、颗粒生长表现出良好的响应关系.充分发挥EPS组分的指示功能,将有助于优化现有AGS的培养方法.     

缺氧/好氧交替连续流的生活污水好氧颗粒污泥运行及污染物去除机制

室温下接种成熟的好氧颗粒污泥于由独立的缺氧池和好氧池组成的缺氧/好氧交替连续流系统中,以实际生活污水为进水基质,探究曝气强度和水力停留时间对连续流系统的影响.研究表明在回流比为2,较小的曝气强度（0.6mL·min^-1）和适当的水力停留时间（9 h）条件下更有利于污染物的去除,此时TP平均去除率为80.43%,TN平均去除率为83.6%,COD平均去除率为90.39%,污泥浓度为2100 mg·L^-1左右,污泥体积指数保持在50 mL·g^-1以下,颗粒粒径在700~800 nm之间.用EEM-PARAFAC模型对不同阶段的EPS表征结果表明,EPS组成成分随着运行参数的改变而改变,水力停留时间对连续流系统有更大的影响.此外通过高通量测序的方法评估连续流系统中的微生物多样性,建立污染物去除模型,并在系统中发现了与脱氮除磷相关的11种主要功能菌.