侧流磷回收对低溶解氧EBPR系统性能的影响

实验采用交替厌氧/好氧(An/O)模式运行SBR反应器,考察控制DO=1 mg·L~(-1)条件下提取侧流比为0、1/4、1/3、1/2的厌氧放磷上清液后EBPR系统的脱氮除磷效果及其对应的磷回收性能.整个实验阶段中NH_~+4-N去除率较为稳定,但系统后期COD出水的残余量达到81.3 mg·L~(-1).在未提取侧流比阶段中,平均除磷率为89.4%,提取1/4、1/3侧流比后除磷率不断上升,分别为98.5%、99.0%,但在1/2侧流比之后,除磷性能开始波动,除磷率最低为65.4%.提取侧流比各阶段中,1/3侧流比条件下仅实验初期第一天出水磷浓度未达到一级A标准,该阶段出水达标率93.3%远远大于1/2侧流比的45.5%,但侧流磷回收率随着侧流比的增大而不断升高.实验还发现,提取1/2侧流比后,TN去除率迅速下降至50.9%.因此,提取放磷上清液强化低好氧EBPR系统除磷性能的最优值为1/3侧流比,此时低好氧EBPR系统与侧流磷回收结合可以大大提高经济与环境效益.     

长期侧流提取对EBPR系统除磷及其磷回收性能的影响

实验采用交替厌氧/好氧(An/O)运行模式的SBR反应器,考察310 d内分3个批次提取侧流比为0、1/4、1/3、1/2的厌氧放磷上清液后EBPR系统的脱氮除磷效果及相应的磷回收性能.结果表明,整个实验阶段系统对COD和氨氮的去除较为稳定,出水均能满足《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级A标准,总氮去除因厌氧阶段反硝化不断增强有所提升,达标率由88.2%显著上升至98.6%.然而,随着厌氧上清液提取次数的增多,系统释磷能力整体下降,但前两个批次中系统除磷均稳定高效,去除率在90%以上,相应地出水磷达标率大于75%,仅第3批次实验中侧流比为1/2时系统除磷率出现大幅波动,最低降为54.2%,并贡献该批次出水磷不达标率的60%,说明长期提取1/2侧流比不利于主流工艺出水稳定维持.研究还发现,长期进行侧流磷回收实验有利于污泥减量,且对污泥沉降性能影响不大.因此,在EBPR系统内长期提取适当侧流比的厌氧上清液以进行磷回收与主流工艺同步高效脱氮除磷具有可行性.     

低温低溶解氧EBPR系统的启动、稳定运行及工艺失效问题研究

试验采用交替厌氧/好氧(An/O)SBR反应器,在温度为13~16℃的条件下启动并运行EBPR系统.研究表明,进水磷浓度20 mg·L-1,控制DO浓度为2 mg·L-1,低温条件下即可在短期内(6 d)实现EBPR系统的成功启动并获得高效稳定的除磷性能,出水磷浓度低于0.5 mg·L-1.降低DO浓度会影响EBPR系统的稳定运行效果,反应器好氧阶段DO浓度由2mg·L-1降为1 mg·L-1,系统仍可以稳定运行,磷的去除率均大于97.4%,但厌氧释磷量略有下降;DO浓度进一步降至0.5mg·L-1时,EBPR系统除磷性能迅速恶化且出水磷浓度超标.通过提高溶解氧浓度以恢复EBPR除磷性能的试验发现,低DO导致的系统失效在短期内不可逆.研究还发现,以NO-2及NO-3为电子受体的缺氧除磷小试对EBPR系统的稳定运行具有冲击作用,但由此产生的不利影响可在6个周期内得以恢复;此外,长期低温运行的EBPR系统内MLSS基本保持恒定且SVI略有降低,说明低温低DO条件有利于系统内污泥的沉降.     

两种生物除磷系统活性污泥中除磷菌的甄别——淀粉-缺氧/好氧交替与乙酸盐-厌氧/好氧交替系统

为了直接识别出污泥中的聚磷细菌和其种属,本研究采用4',6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)染色和流式细胞荧光分选技术(FACS)对以淀粉为唯一碳源的缺氧/好氧序批式活性污泥(SBR)系统(R1)的缺氧末期和好氧末期以及以乙酸盐为唯一碳源的厌氧/好氧SBR系统(R2)的好氧末期污泥的聚磷细菌进行了原位分选,并通过16S rRNA高通量测序技术鉴定了分选后细菌的种属.结果表明,在R1中,缺氧期和好氧期均进行生物除磷,且缺氧期吸磷量大于好氧期. R2中发生着厌氧期释磷、好氧期大量吸磷的传统生物除磷.利用FACS在R1和R2污泥中均分选得到10⁶个相对纯度为85%的具有聚磷颗粒的细菌.测序结果表明,在R1系统中,缺氧段优势的聚磷菌属为Halomonas(37.75%)、unclassified Brucellaceae(14.15%)、Pseudomonas(6.49%)、unclassified Chlamydiales(0.027%)和Sphingopyxis(0.007%);好氧段优势聚磷菌属为Halomonas(19.72%)、unclassified Brucellaceae(14.62%)、Pseudomonas(14.28%)、unclassified Comamonadaceae(0.046%)、unclassified Acidobacteria Gp3(0.036%)和Ferruginibacter(0.026%).R1系统中unclassified Chlamydiales和Sphingopyxis仅仅在缺氧条件下具有聚磷功能,而unclassified Comamonadaceae、unclassified Acidobacteria Gp3和Ferruginibacter仅在好氧条件下才具有聚磷功能.在R2系统中,优势聚磷菌群为Dechloromonas(11.06%)、unclassified Anaerolineaceae(9.29%)、unclassified Bacteroidetes(7.44%)、unclassified Gammaproteobacteria(7.34%)以及Acinetobacter(0.31%).这意味着在新型的除磷系统(R1)中,参与除磷过程的细菌包括好氧,缺氧和兼性缺氧聚磷细菌,而在传统的除磷系统(R2)中,参与除磷过程的细菌仅为好氧聚磷细菌.     

超低溶解氧条件下的EBPR系统除磷性能

实验采用两个交替厌氧/好氧(An/O)模式运行的SBR反应器,对不同溶解氧(DO)浓度梯度下EBPR系统除磷效果及工艺性能进行了为期127 d的研究.在未控制DO的对照组反应器R1中,好氧段DO≥6 mg·L~(-1),运行的前65 d内工艺除磷性能稳定,除磷率95.9%,出水总磷0.5 mg·L~(-1),但由于系统长期处于过曝气状态,65 d后除磷性能逐渐恶化,直至97 d后系统彻底失效,整个运行阶段(1~127 d)出水总磷一级A达标率为39.4%.对于实验组反应器R2,控制好氧段DO浓度分别为2、1、0.5、0.2、0.1 mg·L~(-1),各工况初期除磷性能均有小幅波动,但除磷率迅速回升,继而反应器达到稳定运行.统计发现,实验组反应器R2在整个运行阶段出水总磷一级A的达标率为94.6%,127 d内仅有6 d不达标,工艺性能远优于R1.DO=2 mg·L~(-1)系统的比吸磷速率接近最大值,而低DO条件对比吸磷速率影响较大.实验还发现,尽管由超低DO(0.1 mg·L~(-1))引起的有机物降解速率低导致系统发生污泥微膨胀,但出水总磷仍能100%达标排放,微好氧EBPR的节能除磷具有可行性.     

两种挥发性有机酸的浓度比值对生物除磷的影响

在序批式反应器(SBR)中,研究了废水中2种挥发性脂肪酸(VFAs)丙酸/乙酸的浓度比值对生物除磷(EBPR)的影响.结果表明,突然增加丙酸/乙酸浓度比值,导致短时间内系统生物除磷的效果变差;但经过一段时间的驯化后,除磷效果明显变好,溶解正磷酸盐(SOP)的去除效率比改变丙酸/乙酸的浓度比值前提高10%左右.进一步研究表明,除磷效率得到显著提高的原因主要是SBR2系统较低的二次磷释放量.     

丙酸/乙酸比例对生物除磷系统的影响研究

在5个SBR反应器(1#～5#)中,用乙酸、丙酸/乙酸(以C计)比例为0.5、2、10和丙酸的合成废水,通过厌氧/好氧工艺驯化活性污泥使之富集聚磷菌,研究了丙酸/乙酸比例对强化生物除磷系统(EBPR)中COD降解、溶解性正磷酸盐(SOP)的释放、吸收及其去除率的影响。结果表明,PAO对COD的降解符合一级动力学过程,PAO对丙酸的利用速率较乙酸快,因此,增加丙酸/乙酸比例有助于EBPR系统的稳定性。随丙酸/乙酸比例增加,SOP的释放与吸收量减少,SOP的代谢速率降低,但SOP的去除率依次为88.2%,89.8%,92.2%,94.2%和95.2%,去除率增加了7%,因此增加丙酸/乙酸比例有助于提高EBPR系统除磷效率。     

侧流污泥返送到缺氧池对A2/O系统效能影响研究

为了探究侧流化学磷回收后生物污泥返送对主流系统的影响,连续85d对A²/O系统厌氧池混合液中的磷进行侧流化学回收,并将侧流生物污泥回流到缺氧池,考察了系统整体的磷、氮、有机物的去除,及生物除磷途径与污泥性能的变化.结果表明,刚开始系统除磷效果有所提高,出水PO₄^3-浓度为（0.07±0.04） mg/L;20d后污泥沉降性能开始变差,除磷性能恶化,但对氮和有机物去除一直无显著影响;厌氧释磷速率和好氧吸磷速率下降,但缺氧吸磷速率却增加,缺氧反硝化聚磷和好氧聚磷的除磷比例由43.20%上升为53.38%,反硝化聚磷除磷得到了加强;污泥微生物胞内PHA和糖原的代谢模式无变化,但厌氧段合成的PHA量逐步下降;侧流磷最大回收量占进水磷量的24.75%,能够实现可观的磷回收效果;系统发生崩溃后,停止侧流化学磷回收,系统各功能就会逐渐得到恢复,可实现系统连续运行.     

进水氨氮浓度对强化生物除磷(EBPR)系统除磷特性及微生物群落结构的影响

以富集聚磷菌的活性污泥为基础,研究了不同进水氨氮浓度对强化生物除磷(EBPR)系统的除磷效果、微生物胞内聚合物(PHA)代谢过程及微生物群落结构的影响.结果表明,SBR反应器运行6 d后,进水氨氮浓度为1、5、10、15和20 mg·L-1的系统除磷效率最终分别稳定在0、4%、80%、98%和65%左右.试验前后各系统...     

乙酸丙酸比例对富集聚磷菌生物除磷系统影响研究

通过丙酸/乙酸(以C计)比例为0.1、0.5、1、2、10的合成废水,在SBR反应器(1#～5#)中长期驯化聚磷菌(PAO)富集的污泥,研究了丙酸/乙酸比例对增强生物除磷系统(EBPR)中短链脂肪酸(SCFA)降解、溶解性正磷(SOP)的释放/吸收及其去除率的影响.结果表明,PAO对SCFA的利用符合一级动力学过程,PAO对丙酸的利用速率较乙酸快,因此,增加丙酸/乙酸比例有助于EBPR系统的稳定性.随丙酸/乙酸比例增加,SOP的释放与吸收量减少,SOP的代谢速率降低,但SOP的去除率明显增加.因此,增加丙酸/乙酸比例有助于提高EBPR系统除磷效率.     

DO浓度对EBPR耦合SND处理低C/N污水的影响

为了解厌氧/好氧运行的序批式反应器（SBR）中,强化生物除磷（EBPR）与同步硝化反硝化（SND）的耦合脱氮除磷特性,以实际低C/N （约为3.5）生活污水为处理对象,先通过调控进水C/N考察其对EBPR启动和聚磷菌（PAOs）富集情况的影响,再通过调控好氧段DO浓度考察其对系统脱氮除磷性能、SND率及碳源转化特性的影响.结果表明,DO浓度为2.0mg/L,当进水C/N由3.2提高至7.5并降至3.8时,反应器出水PO₄^3--P浓度由3.9mg/L逐渐降至0.5mg/L以下,且厌氧释磷量（PRA）由3.3mg/L逐渐升高至约30mg/L.此后,当DO浓度逐渐降至约1.0mg/L时,SND现象愈加明显,且其与EBPR耦合使得系统总氮（TN）和PO₄^3--P去除率分别提高至85%和94%.但当DO浓度约为0.5mg/L时,硝化过程进行不完全,亚硝酸盐积累较为明显,耦合系统中存在同步短程硝化反硝化现象.DO浓度为约1.0mg/L时,系统具有最高的脱氮除磷性能.此外,当DO浓度由2.0mg/L降至0.5mg/L时,PAOs较聚糖菌（GAOs）在厌氧内碳源储存中的贡献逐渐减小（P_PAO,An由30.3%逐渐降至20.2%）,PRA降低约7mg/L.DO浓度为1.0~1.5mg/L最有利于系统厌氧段内碳源PHA的合成.     

长期低温对絮状-颗粒耦合CANON脱氮及菌群影响

在SBR反应器中探究长期低温对等污泥浓度比例絮状-颗粒（1：1~1：1.5）耦合CANON系统的脱氮效能和微生物群落结构的影响.结果表明，在经历长期低温（10℃）条件下运行并回温（10→30℃）后，等比例污泥CANON系统NH₄⁺-N、TN去除率及TN去除负荷与温度变化呈正相关性，在回温30℃下运行30d后分别达到72.4%、63.0%和0.094kgN/（m³·d）.氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（AAOB）活性与温度表现出正相关性，在回温后分别为0.025和0.049gN/（gVSS·d），分别为降温前（30℃）的83.3%和79.1%，NOB活性一直维持在较低水平（0.001gN/（gVSS·d））.高通量测序结果显示，长期低温对优势菌门无明显影响.回温后，颗粒和絮状污泥中的优势菌门分别为Ignavibacteriae和Proteobacteria；回温后系统颗粒污泥中功能菌Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia（AAOB）相对丰度分别为6.017%、2.623%，其在絮状污泥中相对丰度分别为3.018%、0.674%，而Nitrosomonas（AOB）主要存在于絮状污泥中，在回温后相对丰度为2.50%；3种功能菌相对丰度均高于降温前水平.等比例絮状-颗粒耦合CANON系统能有效抵御长期低温.     

低温SBR工艺活性污泥代谢特性研究

在(7±1)℃条件下,从污染物的去除效能、生物活性、污泥特性等方面,研究了低温SBR系统中活性污泥的代谢特性.结果表明:低温SBR系统在好氧阶段前40min能够将96%的COD去除,整个运行周期活性污泥对COD的代谢状况良好;由于低温的影响,活性污泥硝化反应过程受到抑制,反硝化过程无法正常进行;低温不是影响SBR反应器中聚磷菌P代谢过程的关键因素,在低温条件下聚磷菌对P的摄取、释放代谢状况良好;活性污泥2,3,5氯化三苯基四氮唑(TTC)和碘硝基四氮唑(INT)电子传递体系(ETS)活性呈现出周期性变化规律,TTC和INT-ETS活性能够有效表征整个运行过程活性污泥的代谢特性;稳定运行的低温SBR系统活性污泥表现出良好的沉降性,MLSS、MLVSS、以及MLVSS/MLSS都高于常温SBR系统.     

低温条件下好氧颗粒污泥培养及其脱氮性能研究

为研究在低温条件下好氧颗粒污泥（AGS）的形成及其脱氮性能,在序批式反应器（SBR）中15℃条件下60d内培养出了成熟的具有良好短程硝化功能的AGS,稳定运行阶段亚硝酸盐氮积累率（NAR）可以达到90%以上,扫描电镜显示AGS主要由短杆菌和球菌构成.通过批次实验研究了温度在15℃时,粒径为R1（1.0~2.0mm）、R²（2.0~3.0mm）和R3（>3.0mm）的短程硝化AGS的脱氮特性.其中R1亚硝酸盐氮积累效果最差,R²、R3相差不大,其NAR均可达到90%左右,效果较好.AGS粒径的增大会对基质的传质产生影响,这为氨化细菌（AOB）、硝化细菌（NOB）和反硝化细菌的生长提供了适宜的场所,有利于短程硝化的实现.通过微电极测定,在温度为15℃、水中溶解氧（DO）浓度为6~7mg/L时,AGS中氧气的传质深度为600~700μm.     

低温投加短程硝化污泥下城市污水SPN/A工艺运行特性

以城市污水为研究对象,考察低温条件下通过生物添加强化氨氧化菌（AOB）活性,并进一步提高短程硝化-厌氧氨氧化一体化（SPN/A）工艺脱氮效果的可行性.平行运行2个序批式反应器（SBR） SBR1与SBR²,在间歇曝气条件下运行,控制温度由30℃梯度下降至15℃（30,27,24,21,18,15℃）,随后逐步回升至30℃.在降温与升温过程中,向SBR²中定期投加短程硝化污泥强化AOB活性,SBR1作为空白试验不进行投加.结果表明,30℃时SBR1与SBR²在不外加短程硝化污泥的条件下均可成功启动并稳定运行,脱氮效果均良好;温度降至15℃时,SBR1与SBR²出水NH₄⁺-N分别为36.38,33.10mg/L,总氮去除率分别为30.72%与35.76%,2个反应器脱氮效果均变差,SBR²较SBR1抗低温能力较强;梯度升温至30℃时,SBR1与SBR²总氮去除率分别升至52.43%与63.60%.通过考察SBR1与SBR²菌群活性可知,2个反应器的菌群活性均随着温度降低而降低,但SBR²的AOB丰度活性均高于SBR1;温度回升阶段,2个反应器的菌群活性有所升高,其中SBR²亚硝酸盐氧化细菌（NOB）活性受到抑制持续降低,推测这是因为SBR²中的AOB活性得到强化后,产生更多的亚硝酸盐,厌氧氨氧化菌（Anammox）可获得基质增多,造成Anammox活性丰度较高,所以SBR²脱氮效果相对较好.因此,在低温条件下通过生物添加强化SPN/A系统中AOB活性,可提高系统抗温度冲击能力,利于系统脱氮效果的恢复.     

Research on polyhydroxyalkanoates and glycogen transformations: Key aspects to biologic nitrogen and phosphorus removal in low dissolved oxygen systems

In this paper, a study was conducted on the effect of polyhydroxyalkanoates (PHA) and glycogen transformations on biologic nitrogen and phosphorus removal in low dissolved oxygen (DO) systems. Two laboratory-scale sequencing batch reactors (SBR1 and SBR2) were operating with anaerobic/aerobic (low DO, 0.15–0.45 mg·L⁻¹) configurations, which cultured a propionic to acetic acid ratio (molar carbon ratio) of 1.0 and 2.0, respectively. Fewer poly-3-hydroxybutyrate (PHB), total PHA, and glycogen transformations were observed with the increase of propionic/acetic acid, along with more poly-3-hydroxyvalerate (PHV) and poly-3-hydroxy-2-methyvalerate (PH2MV) shifts. The total nitrogen (TN) removal efficiency was 68% and 82% in SBR1 and SBR2, respectively. In the two SBRs, the soluble ortho-phosphate (SOP) removal efficiency was 94% and 99%, and the average sludge polyphosphate (poly-P) content (g·g-MLVSS⁻¹) was 8.3% and 10.2%, respectively. Thus, the propionic to acetic acid ratio of the influent greatly influenced the PHA form and quantity, glycogen transformation, and poly-P contained in activated sludge and further determined TN and SOP removal efficiency. Moreover, significant correlations between the SOP removal rate and the (PHV + PH2MV)/PHA ratio were observed (R ²>0.99). Accordingly, PHA and glycogen transformations should be taken into account as key components for optimizing anaerobic/aerobic (low DO) biologic nitrogen and phosphorus removal systems.