进料负荷调控培养好氧颗粒污泥的试验研究

采用厌好氧交替的SBR反应器,以进料负荷（即进水浓度）作为主要控制参数,研究了好氧颗粒污泥的关键培养技术.结果表明,在30 min的较长污泥沉降时间下,通过进料COD 0～900 mg·L^-1的负荷调控,可以有效控制反应器内污泥生长.初始接种污泥的沉降性能对颗粒污泥产生很重要,SVI值保持在20～50 mg·L^-1才能有助于颗粒污泥形成和培养.应用“空曝”这种强力负荷调控方式可大大改善污泥沉降性能,并促进颗粒污泥的形成.通过进料减负荷运行可很好实现污泥的“完全颗粒化”培养.颗粒化转变出现在进料浓度COD 400～500 mg·L^-1,污泥浓度约8～10 g·L^-1.“完全颗粒化”污泥的性能优异,粒径约1.0 mm,SVI值25～35 mg·L^-1,最大沉降速率60 m·h^-1.污泥颗粒过程的发生可能决定于SBR的独特间歇式运行,即基质浓度的贫富交替,减负荷运行可强化基质贫富交替并增大颗粒化过程的驱动力.     

进水氨氮浓度对好氧颗粒污泥的影响研究

在颗粒化SBR反应器中,研究了进水氨氮浓度对好氧颗粒污泥的影响.结果表明,进水氨氮浓度的提高将刺激丝状菌的生长;当氨氮负荷达到0.80 kg/(m³·d)时,颗粒开始明显解体,大量污泥流失;但氨氮负荷过低［0.0 kg/(m³·d)］,好氧颗粒污泥同样不能正常的形成.同时,氨氮负荷的提高,会出现颗粒污泥结构松散,粒径增大,沉降速度减小,颗粒化率下降以及生物量降低等现象.反应器对有机污染物和TP的平均去除效率分别为90%和70%,进水氨氮浓度的提高对其影响不大;但高氨氮负荷能抑制硝化菌和反硝化菌的活性,当进水氨氮负荷由0.48 kg/(m³·d)提高到0.80 kg/(m³·d)时,反应器对氨氮和总氮的去除率分别由90%和80%下降到70%和50%.     

内循环式厌氧反应器启动过程中颗粒污泥的特性

研究了IC反应器的快速启动方法和启动过程中颗粒污泥性质.结果表明,由于反应器成功滞留了大量活性高、沉降性能好的颗粒污泥,反应器初次启动可在20d内完成,二次启动15d内完成,反应器负荷可达12～15kg·(m³·d)^-1,COD去除率85%以上;IC反应器启动结束后,其颗粒污泥的性质发生显著变化,平均粒径由0.88mm增大到1.25mm,平均沉降速度由接种污泥的35.4m·h^-1增加到105.17m·h^-1,最大比产甲烷活性382.98 ml·(g·d)^-1]几乎为初期的4倍,产甲烷优势菌由Methanothrix转变为产甲烷球菌和短杆菌.     

好氧颗粒污泥处理高含盐废水研究

试验采用序批式摇床反应器(SSBR)在高含盐废水中利用不同类型接种污泥培养出了好氧颗粒.结果表明,好氧颗粒污泥能够有效处理高含盐废水并且具有很好的抗盐度冲击能力.当废水盐度小于10 g/L NaCl并且进水基质为葡萄糖时,利用好氧颗粒污泥处理该废水可以取得70.3%～97.6%的TOC去除率.当进水盐度达到35 g/L NaCl并且进水基质为难降解Vc废水时,利用好氧颗粒污泥处理该含盐废水能够取得与相同基质相同运行条件下淡水废水中相似的70%的TOC去除率.试验在含盐废水中得到了粒径为0.5～3 mm的好氧颗粒污泥,其沉降速度大大高于淡水对照组中得到的好氧颗粒污泥沉降速度.相对淡水对照组中好氧颗粒污泥,含盐废水中好氧颗粒具有污泥产率更低、污泥活性(OUR)更高、颗粒稳定性更好的优势.从不同接种污泥类型来看,好氧絮状污泥和厌氧颗粒污泥接种都能快速实现污泥好氧颗粒化,但絮状污泥接种实现好氧颗粒化所需的时间更短.另外,在相同运行条件下,接种好氧絮状污泥反应器取得的TOC去除效果优于接种厌氧颗粒污泥反应器,但厌氧颗粒污泥接种具有更强的抗盐度冲击能力.     

选择压法培育好氧颗粒污泥的试验

以普通絮状活性污泥为接种污泥,葡萄糖为碳源,在序批式反应器中培育出好氧颗粒污泥增加COD负荷的同时,减少沉降时间以造成选择压,强化好氧颗粒污泥的形成根据污泥的形态变化,颗粒污泥的形成可分为3个阶段.反应器启动67d出现颗粒污泥COD负荷4.8kg/(m³·d)、表面气体流速0.0175m/s时,反应器中活性污泥完全颗粒化颗粒污泥粒径大多6～9mm,MLSS 7800mg/L,最小沉降速率32.7m/h.好氧颗粒污泥具有在高负荷下良好的COD去除率.对好氧颗粒污泥的基本性质及其形成的影响因素进行了初步分析.     

乙醇共代谢降解MTBE好氧颗粒化的实验研究

以絮状活性污泥为接种污泥,乙醇为共代谢基质,通过逐步缩短沉降时间、洗脱沉降性能较差的絮状污泥,在SBR中成功地培养出降解MTBE的好氧颗粒污泥。成熟的好氧颗粒污泥平均粒径为400.5μm,SVI 41.39mL/g,MLVSS 2896mg/L,颗粒表面分布有丰富的球菌、短杆菌及少量丝状菌。好氧污泥实现颗粒化后,反应器进水MTBE浓度为300mg/L时,其出水浓度可维持在10mg/L以下,去除效率高达90%以上(其中挥发部分约占15%)。好氧污泥颗粒化后MTBE的降解速率也明显增加,相比启动初期,一个运行周期内MTBE的降解速率可提高4倍。一个运行周期内pH值的明显降低也表明了好氧颗粒污泥对MTBE的降解。     

有机负荷对颗粒化SBR反应器的影响研究

研究了进水有机负荷对颗粒化SBR反应器的影响.当进水有机负荷由1.8 kg /(m³·d)逐步下降到1.575、 1.125和0.67 kg/(m³·d)时,好氧颗粒污泥形态特征发生了明显的变化,包括颗粒解体,污泥流失,颗粒化程度和整体沉降性能的下降,颗粒形状由较规则的球状变为杆状、星状等多种形状,颜色加深等.好氧颗粒污泥系统对COD和TP的去除率分别为90%和70%左右,且进水有机负荷的降低,对其影响较小,但会严重影响同步硝化反硝化的进行,当有机负荷由1.8 kg/(m³·d)下降到0.67 kg/(m³·d)时,硝化率下降了约45%,反硝化率下降了约40%.     

进水碳源对好氧颗粒污泥特性的影响

采用气升式内循环间歇反应器对好氧污泥颗粒化过程进行了研究,考察了反应器分别以蔗糖和乙酸钠为进水碳源时好氧颗粒污泥的特性.实验结果表明:好氧颗粒污泥的形成特性与进水碳源有很大的关系;以蔗糖为碳源时,好氧污泥颗粒化速度快,好氧颗粒污泥表面被丝状物包裹,颗粒中w(VSS)为92%;以乙酸钠为碳源时,污泥颗粒化速度慢,好氧颗粒污泥表面光滑,w(VSS)只有55%左右;不同碳源下形成的好氧颗粒污泥沉降性能差别不大,但好氧颗粒污泥胞外多聚物的含量有很大差别.结果表明,由于进水碳源不同,好氧颗粒污泥特性和废水处理能力有一定的差别.      

好氧硝化颗粒污泥搁置后活性恢复研究

利用气提式内循环间歇反应器(SBAR)考察好氧硝化颗粒污泥搁置2个月后重新投入运行, 其物理性状和微生物活性的恢复情况. 结果表明, 搁置后颗粒由棕黄色转为灰黑色, 粒径及沉降速率无明显变化. 颗粒重新投入反应器, 2周后颜色基本恢复; 污泥浓度、颗粒粒径以及沉降速率迅速增加; 颗粒中异养菌活性在1 d内即可恢复至原水平的86％, COD去除活性5 d后完全恢复, 去除率稳定在80%以上. 活性恢复阶段采用较高的曝气量和较长的循环时间有利于硝化菌的活性恢复, 第41 d曝气量由0.05 m³·h^-1提高到0.10 m³·h^-1后, 亚硝酸菌和硝酸菌活性分别由原水平的88%和82%提高到122%和92%, 氨氮去除率由之前的80% ～ 90%迅速提高到96%以上; 第65 d循环时间由4 h延长至6 h使硝酸菌的活性得到了完全恢复.     

序批式气提生物反应器(SABR)处理氯苯胺类有机废水好氧污泥颗粒化研究

研究了序批式气提生物反应器(SABR)处理氯苯胺类(CAs)有机废水过程中好氧污泥的颗粒化.SABR运行15d后,反应器内出现细小污泥颗粒,通过缩短循环时间与污泥沉降时间,并逐步提高COD与CAs进水负荷,SABR运行48d后污泥颗粒化明显;反应器在循环时间为12h、污泥沉降时间为6min、表面气速为2.4cm.s-1、COD负荷为1.0~3.6kg.m-3.d-1、CAs负荷逐步提升至800g.m-3.d-1的条件下继续运行50d,SABR污泥颗粒化趋于成熟,COD、CAs去除率稳定在90%、99.9%以上.根据污泥形态、最小沉降速率、SVI和目标污染物降解性能的变化,好氧污泥颗粒化过程可分为启动期、颗粒污泥形成期、生长期和成熟期.成熟好氧颗粒污泥粒径为0.9~2.5mm,平均颗粒密度为64g.L-1(以MLVSS计),污泥最小沉降速率为68.4m.h-1,SOUR为167mg.g-1.h-1;颗粒污泥外形为圆形或椭圆形,呈橙黄色,结构较致密,颗粒内外分布有丰富的类球菌、类短杆菌,与胞外多聚物交织共存.     

沉淀时间及生物膜对实际生活污水形成好氧硝化颗粒污泥的影响

利用3个间歇式活性污泥反应器（sequencing batch reactor,SBR,命名为R1、R2、R3）和1个间歇气提式内循环反应器（sequencing batch airlift reactor,SBAR,命名为R4）,处理低碳氮比实际生活污水,系统考察改变沉淀时间的方式及器壁生物膜对快速启动硝化好氧颗粒污泥（aerobic granular sludge,AGS）反应器的影响.结果表明,R1、R2、R4的沉淀时间骤降为2、4、2 min,由于一次性施加的沉速选择压过强,造成污泥大量流失,反应器崩溃,而后反应器器壁不断长出生物膜,混合液和出水中出现大量絮状、棒状、颗粒状污泥,经过35～40 d的培养,出水NH⁺₄-N小于1 mg/L,这主要是器壁生物膜的作用.反应器中的松软颗粒状污泥并非AGS,但它和AGS周围都有大量的轮虫等原生动物和后生动物,这表明生物膜和AGS同源.根据污泥沉淀的实际情况,逐步降低R3反应器的沉淀时间为8、6、5、4 min,当沉速达到10 cm/min时,污泥开始颗粒化;沉速达到12 cm/min时,污泥颗粒化基本完成,共经历了33 d.AGS与絮状污泥长期共存,以0.3 mm为界,两者质量比约为2∶1,AGS平均粒径在0.5　mm左右, NH⁺₄-N降解速率是污泥未颗粒化之前的5倍.     

进水浓度对UASB颗粒污泥形成的影响研究

采用人工葡萄糖配水,在相同的操作条件下,研究了进水浓度对UASB反应器颗粒污泥形成的影响。试验结果表明,9000mg/L COD的高浓度进水能够培养出良好的颗粒污泥,颗粒直径1.0—2.5mm(大多为2.0mm),SVI 16.03 ml/g,沉降性能良好.颗粒化过程在二个多月的试验周期内基本完成。反应器容积负荷达30.8kg COD/m~3·d,COD去除率大于85％.而采用1000mg/L COD的低浓度进水,也能培养出颗粒污泥但过程较慢,颗粒直径较小,约0.5—1.5mm,反应器容积负荷最高为10.2kg COD/m~3·d,COD去除率约75％。本文还就处理实际废水时的操作控制技术进行了分析讨论。     

城市污水培养好氧颗粒污泥的中试研究

以城市污水为处理对象,在中试SBR反应器中接种厌氧消化污泥,经过210 d运行,培养出了平均粒径在330μm的好氧颗粒污泥.实验表明,经过前3个月较低的进水有机负荷,反应器对污染物的去除效果逐步提高并达到稳定,活性污泥中与脱氮除磷相关的微生物大量富集.运行周期缩短为6 h,污泥的沉降性能和污染物去除特性保持良好,同时污泥平均粒径开始增大.好氧颗粒污泥完全形成以后,SVI值为30 mL.g-1,污泥浓度MLSS达到8.8 g.L-1,MLVSS/MLSS增至82%,氧利用速率OUR达到5.32 mg.(min.L)-1.颗粒外层以杆状菌为主,内层主要是球菌.单个周期内颗粒污泥对COD和总磷的去除率保持在90%,氨氮几乎完全去除,出水中无硝氮和亚硝氮累积,总氮的去除率达到80%,实现了良好的同步硝化反硝化和同步脱氮除磷效果.     

预加不同比例不同粒径好氧颗粒对SBR中好氧颗粒污泥形成的影响

在SBR反应器中以好氧颗粒和絮状活性污泥的混合污泥为接种污泥,分两阶段进行好氧颗粒污泥的培养.第一阶段在3个SBR反应器中分别接种10%、15%和20%的颗粒;第二阶段在3个反应器中分别接种未经筛分、粒径≤1 mm和粒径>1mm的颗粒,接种比例均为20%.在培养过程中对各反应器中污泥形态、粒径变化、完全颗粒化时间以及有机物的降解能力进行了比较研究并对快速培养的作用机制进行了探讨.结果表明,第一阶段培养,接种比例为20%的反应器完全颗粒化时间较短,仅为24 d;第二阶段培养,接种未经筛分颗粒的反应器完全颗粒化时间较短,仅为30 d.两次培养的好氧颗粒均具有良好的沉降性能和去污效果,SVI稳定在40 mL.g-1以下,COD去除率保持在90%以上.预加好氧颗粒后好氧颗粒的形成过程分为两个阶段:好氧颗粒加速解体阶段和好氧颗粒解体与快速形成阶段.     

异养硝化好氧颗粒污泥培养条件研究

以具有好氧反硝化功能的异养硝化菌剂作初始接种物,粉末状活性炭对该菌剂进行预固定,批次进水的方式培养出了异养硝化好氧颗粒污泥,研究了颗粒污泥的培养条件.结果表明,有机负荷、进水水质、曝气量和沉降时间都对异养硝化好氧颗粒污泥的形成发育起着重要作用.模拟废水和猪场废水都可以培养出异养硝化好氧颗粒污泥.在COD负荷4.0 g·(L·d)~(-1),氨氮负荷0.212 g·(L·d)~(-1),曝气量为200 L·h~(-1),沉降时间为2.0～4.0 min条件下可形成颗粒污泥.采用葡萄糖为碳源的模拟废水培养颗粒污泥容易引起丝状菌的增殖,导致颗粒污泥沉降性能变差和脱氮功能减退.采用猪场配水能够将丝状菌有效地淘汰出反应器,恢复颗粒污泥沉降性能和脱氮功能,并促进颗粒污泥发育成熟.成熟的颗粒污泥性状稳定,当COD负荷为6.6～8.6 g·(L·d)~(-1),总氮负荷为0.409～0.474 g·(L·d)~(-1),氨氮负荷为0.285～0.304 g·(L·d)~(-1)时,颗粒污泥对以葡萄糖为补充碳源的猪场废水的总氮去除率为84.75%～88.33%,氨氮去除率为99.9%以上,COD去除率为97.29%～98.62%.     

低C/N比条件下亚硝化颗粒污泥的培养及成因分析

利用柱形SBR反应器,以自配低C/N比废水为基质,以普通活性污泥为种泥,通过逐步缩短沉降时间和提升进水负荷培养亚硝化颗粒污泥,并对该过程进行考察.结果表明:系统运行40 d后,获得成熟的亚硝化颗粒污泥,颗粒污泥颜色为黄色,平均沉降速率达60.8 m·h-1,其中粒径大于0.45 mm的约占总数的96％;出水中亚硝酸盐累积率稳定在75％ ～ 80％,亚硝酸盐累积速率达0.6～0.8 kg·m-3·d-1;DO、温度和SRT都不是导致亚硝酸盐积累的关键因素,高浓度FA是造成本研究亚硝化成功实现的主要原因;颗粒污泥SBR的单周期反应过程可依次划分为COD迅速降解阶段、第一过渡阶段、氨氮去除优势阶段、第二过渡阶段和饥饿阶段5部分;另外,研究中还发现进水COD对颗粒污泥的形成和亚硝化过程的实现具有重要贡献.     

Aerobic granules cultivated and operated in continuous-flow bioreactor under particle-size selective pressure

A novel method based on the selective pressure of particle size （particle-size cultivation method, PSCM） was developed for the cultivation and operation of aerobic granular sludge in a continuous-flow reactor, and compared with the conventional method based on the selective pressure of settling velocity （settling-velocity cultivation method, SVCM）. Results indicated that aerobic granules could be cultivated in continuous operation mode by this developed method within 14 days. Although in the granulation process, under particle-size selective pressure, mixed liquor suspended solids （MLSS） in the reactor fluctuated greatly and filamentous bacteria dominated the sludge system during the initial operation days, no obvious difference in profile was found between the aerobic granules cultivated by PSCM and SVCM. Moreover, aerobic granules cultivated by PSCM presented larger diameter, lower water content and higher specific rates of nitrification, denitrifieation and phosphorus removal, but lower settling velocity. Under long term operation of more than 30 days, aerobic granules in the continuous-flow reactor could remain stable and obtain good chemical oxygen demand （COD）, NH4^＋-N, total nitrogen （TN） and total phosphorus （TP） removal. The results indicate that PSCM was dependent on the cultivation and maintenance of the stability of aerobic granules in continuous-flow bioreactors.     

基于新型反应器的好氧颗粒污泥的稳定性控制

为避免好氧颗粒污泥随着粒径和密度的变化屡次出现其稳定性失去控制,导致好氧颗粒污泥系统运行失败的状况发生,开发了一种新型反应器能够很好地控制好氧颗粒污泥的粒径和密度.新反应器结合旋流器的使用提供了2种排泥方式,其一是短的沉淀时间,将大粒径和高密度的颗粒污泥存留在反应器中;其二是一种专有的污泥排除工艺,选择出反应器内潜在的可能存在进一步粒径增长和密度扩大从而破坏反应器运行稳定的大粒径和高密度的颗粒,并将其排除.以上2种方式保证了反应器内颗粒污泥的粒径长期维持在300～1 000μm,进而维持整个系统的稳定性.对新型反应器生成的颗粒污泥进行动力学参数的测定,该工艺所形成颗粒的能量维持系数为0.08～0.10,就新陈代谢活动的代谢途径而言,相比传统颗粒污泥系统发生较大改变,维持新陈代谢活动所消耗COD较传统工艺偏高.另外,出水水质COD的降解率平均达到92%,氨氮降解率平均达到60%.