腐殖SBR降解大分子有机物时污泥性能的研究

为考察腐殖活性污泥在降解颗粒态和溶解态有机物过程中对污泥的沉降,脱水性能以及胞外聚合物组分和含量的影响,采用两组平行运行的腐殖土SBR反应器。试验结果表明:腐殖污泥在降解溶解态有机物过程中污泥的脱水性和沉降性能均优于颗粒态的,CST和SVI明显较小。颗粒态有机物在水解的过程中导致腐殖活性污泥分泌大量胞外酶,致使EPS中蛋白质和多糖含量的增加。     

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.     

曝气量对SBAR中好氧颗粒污泥特性的影响

采用SBAR反应器对比研究了颗粒化后表观气速为1.8 cm·s-1和0.9cm·s-1时对成熟好氧颗粒污泥形态结构、粒径、强度等物理特性和硝化性能以及胞外聚合物代谢的影响.结果表明,颗粒化后降低曝气量增加颗粒形态不规则程度,空隙增大;55d试验中,与高曝气量下相比,降低曝气量使表观污泥产率提高33%,颗粒粒径平均增长速率提高25%,相对颗粒强度降低6%, EP5含量平均降低12%.两反应器颗粒污泥SVI值均在10～15 mL·g-1,沉降性能良好,且均具有良好硝化性能和降解COD能力.与高曝气量下相比,低曝气量下硝化菌群活性低,而异养菌活性高.     

营养物质缺乏引起的好氧颗粒污泥膨胀及其恢复

采用5个相同的序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)研究了不同碳、氮、磷比条件下好氧颗粒污泥形态、沉降性能和有机物去除情况,并根据SVI30值分析了由营养物缺乏引起的好氧颗粒污泥膨胀情况及其恢复方法.结果表明,当进水m(COD)/m(N)/m(P)为100/5.8/1.2时,颗粒污泥结构完整,颗粒密实,SVI30在15～30 mL.g-1之间波动,COD去除率可保持在90%以上,系统总体运行稳定,没有出现污泥膨胀.当进水m(COD)/m(N)/m(P)为100/3/0.6和100/1.9/0.4时,系统中的颗粒污泥出现解体现象,但是SVI30值仍然低于35 mL.g-1,没有发生丝状菌膨胀;在整个试验过程中系统COD去除率在85%以上.当进水m(COD)/m(N)/m(P)为100/0.5/0.1和没有投加任何氮磷物质时,系统SVI30均达到150 mL.g-1,污泥难以沉降,系统发生了丝状菌污泥膨胀.两系统COD去除率差别较大,前者COD去除率在试验后期保持在65%～80%之间,而后者COD去除率从试验前期一直降低,最后达到10%以下,系统完全崩溃.N、P营养物质缺乏引起的膨胀好氧颗粒污泥,通过补充充足营养物质运行48个周期后,2个系统膨胀污泥的沉降性能及有机物降解率完全恢复,但是污泥形态(除污泥颜色)恢复不明显.     

3种不同工艺切换下活性污泥菌群结构及代谢产物对污泥沉降性能的影响

均以乙酸钠为碳源,考察了AAO脱氮除磷(Ⅰ阶段)、AO脱氮(Ⅱ阶段)、好氧除碳(Ⅲ阶段)这3种工艺下污泥沉降性能的变化,追踪了污泥中微生物群落结构的演替、监测了微生物代谢产物的含量及组分变化,分析运行方式对污泥沉降性能变化的影响.结果表明,Ⅰ阶段沉降性能最佳,其次为Ⅲ、Ⅱ阶段.运行条件的不同,系统优势菌及菌群结构都发生了显著变化,其中Thiothrix的相对数量是影响污泥沉降性能变化的主导细菌.在接种污泥和Ⅰ阶段Thiothrix的丰度仅为0.08%和1.51%,Ⅱ阶段上升至9.41%,Ⅲ阶段降至4.29%.Ⅰ阶段的厌氧区对该菌的生长具有抑制作用,但Ⅱ阶段的缺氧区却刺激其优势生长.同时对比了3个系统中微生物种群多样性,Ⅰ阶段最高,其次为Ⅱ、Ⅲ阶段.缺氧区和厌氧区的引入导致系统功能与环境的复杂度增加,微生物群落多样性有所升高.胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中各组分含量及三维荧光测定结果表明,微生物群落结构变化对EPS的组分及含量具有显著影响,进而导致污泥沉降性能改善或恶化的进程加剧,污泥沉降性能与松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)中蛋白质/多糖的比值呈正相关.     

不同磷浓度下生物除磷颗粒系统的COD需求

本试验采用SBR反应器,接种成熟的生物除磷颗粒,通过分阶段改变进水中总磷(TP)和COD浓度,研究了不同磷浓度条件下COD负荷对生物除磷颗粒系统的影响,得出不同磷浓度下生物除磷颗粒系统具有良好性能所需最低COD浓度.结果表明,进水TP浓度为10 mg·L-1时,生物除磷颗粒系统维持良好性能所需最低COD浓度为175 mg·L-1,出水TP浓度在0.5mg·L-1以下,颗粒粒径和SVI分别为1 020μm和36 m L·g-1,PN和PS含量(以MLSS计)分别为78 mg·g~(-1)和39 mg·g~(-1),PN/PS较低,颗粒具有较好的结构和性能.进水TP浓度为6 mg·L-1时,生物除磷颗粒系统良好除磷性能所需最低COD浓度为150 mg·L-1,出水TP浓度在0.3 mg·L-1以下,颗粒粒径和SVI分别为960μm和35 m L·g-1,PN和PS含量分别为75 mg·g~(-1)和35 mg·g~(-1),PN/PS较低,颗粒具有较好的结构和性能.整个运行过程中,COD去除率在83%以上,出水COD浓度在25mg·L-1以下.在不同磷浓度条件下,随着进水COD浓度降低,微生物分泌PN和PS含量均减少,PN/PS增大,颗粒粒径减小,SVI增加,颗粒的结构和性能恶化.     

进水中碳水化合物分子大小对污泥沉降性能的影响

为弄清楚碳水化合物分子大小和污泥沉降性能之间的影响关系,在3个序批式系统中,分别以颗粒型淀粉、溶解型淀粉和葡萄糖为碳源,考察了长期运行中系统的污泥沉降性能和处理能力.结果证明:碳水化合物分子越小,活性污泥对环境的变化越敏感,当运行条件不利时越容易引发污泥膨胀问题;大分子碳源吸附于絮体内部能够提高污泥的沉降性能;糖类作碳源时,活性污泥的PHA贮存量约为0.6mmol C/L,但系统SVI仍然能够维持在150mL/g以下;胞外聚合物中多糖与蛋白质(C/P)的比值与污泥的SVI呈正相关性,SVI从100mL/g增长到600mL/g,C/P比从0.248增长到1.201;以颗粒型淀粉、溶解型淀粉和葡萄糖为碳源时,系统的优势丝状菌分别为Type 0041、M. parvicella和S. natans;进水以葡萄糖作单一碳源时,系统的除磷能力能达到80%以上.     

内循环厌氧反应器颗粒污泥沉降性能研究

采用以内循环技术为原理的内循环厌氧反应器,对高浓度大豆蛋白废水进行厌氧处理,主要对该反应器上、下部厌氧颗粒污泥的粒径分布、沉降速度及胞外多聚物(ECP)等沉降性能进行试验研究.试验结果表明:污泥床上、下部厌氧颗粒污泥平均沉降速度分别为43.29 m/h 和48.95 m/h;下部颗粒污泥胞外多聚物各主要成分含量低于上部颗粒污泥;污泥床中粒径大于0.45mm的颗粒污泥占90%以上;颗粒污泥粒径和胞外聚合物对其沉降性能有重要影响.     

c-di-GMP在低温好氧颗粒污泥形成过程中的作用

在低温条件下运行好氧颗粒污泥反应器,絮状污泥颗粒化过程中信号分子可通过传导作用引起各层物质之间的组分变化,通过研究胞外聚合物及污泥相关疏水性的变化规律,并观察此过程中微生物菌群的群落演替特点,揭示环二鸟苷酸（c-di-GMP）在低温好氧颗粒污泥形成过程中的变化规律与影响作用.结果表明：接种污泥在颗粒化过程中,胞外聚合物含量从48mg/gMLVSS增长至139mg/gMLVSS,其中以TB层蛋白质增长为主,在颗粒化过程中,c-di-GMP含量由62μg/gMLVSS增至600μg/gMLVSS,始终影响微生物运动及生物膜形成,促使具备胞外聚合物分泌功能的菌群加快分泌胞外聚合物,促进好氧颗粒污泥的形成.各个阶段污泥中微生物种群存在较大差异,在反应器运行初始阶段与c-di-GMP合成相关的菌群占据优势,同时在后期表现出较好的脱氮除磷能力,在低温条件下好氧颗粒污泥微生物菌群发生演替并最终形成稳定的菌群结构.     

停曝时间比对亚硝化颗粒污泥形成的影响

室温下(22~28℃),采用R1、R2、R3三组相同的SBR反应器接种MLSS、SVI值分别为3 500 mg·L-1、162 m L·g-1的具有良好亚硝化性能的絮状活性污泥,研究了不同停曝时间比(1∶2、1∶1、2∶1)对亚硝化颗粒污泥形成的影响.实验表明,R1、R2和R3分别于103、82、64 d实现了亚硝化污泥的颗粒化,运转至85 d时,亚硝化率分别可达86%、98%、96%,R1、R2和R3的SVI值降低至89、75、58 m L·g-1,MLSS增加至2 314、2 781、2 946 mg·L-1.结果表明,在停曝时间比为1∶2~2∶1的范围内,停曝时间比越大,越有利于污泥颗粒化;停曝时间比为1∶2时,由于无法抑制NOB,反应器中污泥亚硝化性能下降,且污泥的沉降性能先变好后变差,在停曝时间比为1∶1~2∶1范围内,停曝时间比越大,污泥的沉降性越好,同时可以保持系统良好的亚硝化性能.另外,停曝时间比越大,微生物分泌的PN、PS越多,且在亚硝化颗粒形成阶段,厌氧末的PN小于好氧末PN,亚硝化颗粒成熟阶段厌氧末的PN大于好氧末PN,而在运行期间,厌氧末的PS一直大于好氧末PS.     

臭氧投量对SBR系统污泥沉降性能及脱氮除磷的影响

以污水厂冬季膨胀期污泥（SVI=280 mL·g^-1）为对象,研究了臭氧投量对SBR系统污泥沉降性能及脱氮除磷效果的影响.结果表明,低浓度投加臭氧（0.085 g·g^-1,以O₃/MLSS计）20 d后,菌丝体被打断,SVI降至125 mL·g^-1,消除了污泥膨胀,且硝化、除磷效果不受影响.高浓度投加臭氧,污泥的沉降性能反而开始恶化,除磷效率也降至60%左右.进一步研究表明,PS/PN与SVI呈正相关关系（R²=0.9381）,可表征污泥的沉降性能;臭氧除打断菌丝体外,还通过改变EPS的含量及组分影响着污泥的沉降性能.     

利用活性污泥快速富集污水碳源的试验研究

通过小试研究了活性污泥对城市污水中有机物的吸附特征,分析了富碳污泥在静置沉降过程中对有机物的释放过程.结果表明,活性污泥能够快速吸附污水中的碳源,约10 min左右即可完成对不溶性有机物的吸附,对溶解性有机物的吸附过程较慢（约30 min）.富碳污泥在进行静置泥水分离过程中,存在有机物释放过程,在30～100 min的...     

A2/O流量分配处理低C/N污水性能与微生物结构

针对现有城市污水处理厂进水碳源不足的问题,通过建立多段进水改良A~2/O中试反应器处理低C/N(C/N 5)城市污水,以研究多段进水对其脱氮除磷性能和微生物种群结构变化的影响.结果表明,与传统厌氧段进水的模式相比,多段进水优化了进水碳源在厌氧段和缺氧段中的分布,从而提高了系统的反硝化脱氮和反硝化除磷性能; Q预缺∶Q厌∶Q缺=0. 1∶0. 2∶0. 3(阶段Ⅳ)为系统的最佳工况,此时出水COD、NH4+-N、TN和TP的平均浓度分别为30. 10、1. 85、9. 41和0. 71 mg·L-1,去除率分别为89. 41%、95. 30%、83. 00%和90. 09%;在120d的试验过程中,系统均未出现丝状菌膨胀现象,曝气池活性污泥沉降性能良好,好氧池活性污泥SVI随着缺氧段进水比例的增加而降低,至阶段Ⅴ达到最佳状态,此时的SVI和VSS/TSS分别为112. 09 m L·g-1和0. 84;通过对各阶段好氧区活性污泥16S rRNA基因测序数据的梳理,发现系统较好的脱氮除磷和污泥沉降性能分别与6类异养型菌属、4类反硝化菌属、5类聚磷菌属和2类菌胶团菌属的富集,3类丝状菌的淘汰密切相关.     

间歇曝气下短程硝化耦合污泥微膨胀稳定性

污泥微膨胀耦合短程硝化是一种利用低溶解氧(DO)引发丝状菌有限繁殖和亚硝酸盐(NO-2-N)积累来协同提高氮的去除率并降低能耗的新工艺.为分析该工艺启动的可行性和长期稳定性,采用两个间歇式反应器(SBR)并通过调整曝气方式,考察低DO(0.3~0.8 mg·L-1)下污泥沉降性、亚硝酸盐累积率(NAR)、总氮的去除特性、优势丝状菌和硝化菌群的动态变化.结果表明,缺氧∶好氧=15 min∶30 min的间歇曝气运行方式下,可以实现NAR约为50%和稳定的污泥微膨胀,污泥体积指数(SVI)稳定在170~200 m L·g-1.实时连续曝气可以实现NAR为95%以上,并且NO-2-N的累积引发了以Type 0092型为优势丝状菌的污泥微膨胀,但无法长期维持.改变运行方式为间歇曝气,运行60 d左右可以实现短程硝化和微膨胀耦合及长期稳定维持,TN的去除率稳定在66%.FISH分析间歇曝气引发污泥微膨胀主要丝状菌是M.parvicella和Type 0092型.Q-PCR对硝化菌群定量分析得出SBR A初期和末期AOB占全菌的比例分别由0.53%提高到2.19%,NOB由17.5%降至3.2%.SBR B里AOB由0.51%提高到1.53%,而NOB由18.05%降至11.01%.     

基于臭氧旁路处理的污泥原位减量技术工艺

探究基于臭氧旁路处理的污泥原位减量技术在不同臭氧含量以及不同污泥龄条件下的工艺参数和污泥性质.本研究发现75 mg·g^-1（以O₃/MLVSS计）为实现污泥减量并维持污水处理系统正常处理能力较为适宜的臭氧含量,该含量下的臭氧旁路处理后污泥产率系数Y_h从0.331 g·g^-1减少到0.326 g·g^-1,衰减系数K_d从0.046 d^-1增加到0.050 d^-1,污泥产生速率减小,衰减速率增大,且污泥龄为10 d时SBR系统出水水质良好.即臭氧含量75 mg·g^-1、污泥龄为10 d条件下的臭氧旁路处理为适宜的工艺条件,此时剩余污泥减量12%.该工艺条件下的臭氧旁路处理改变了剩余污泥中微生物在门和属上的种群丰度,臭氧旁路处理后拟杆菌门相对丰度增加1.2倍,与硝化和反硝化相关的变形菌门相对丰度从24%降低到18%,硝化细菌相对丰度的减少影响了污水处理系统的脱氮能力,但出水总氮仍满足一级B排放标准;在属上Lactococcus等乳酸菌的种群相对丰度从0.4%增加到21.6%.同时,剩余污泥胞外聚合物（EPS）中蛋白质与腐殖质类等大分子有机物比例增加,使CST值从15 s升高至17 s,Zeta电位从-10.04 mV下降至-15.20 mV,剩余污泥的SVI由54 mL·g^-1升高至62 mL·g^-1,说明沉降性能和脱水性能受到一定影响,但系统的出水SS含量以及抽滤后泥饼含固率变化不明显,系统仍能够稳定运行,未明显影响剩余污泥的后续脱水.     

基于厌氧膜生物反应器的剩余污泥-餐厨垃圾厌氧共消化性能

采用厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)进行剩余污泥与餐厨垃圾的共消化,研究其有机物的去除特性、产气性能和微生物群落组成等运行性能.结果表明,反应器运行过程中有机负荷(organic loading rate,OLR,以VS计)稳定在0.59～0.64 kg·(m~3·d)~(-1),挥发性固体(volatile solids,VS)降解率由单消化17.5%上升至共消化40%,COD截留率为95.3%.消化液含固率提高了3.9倍,最终CH_4体积分数稳定在60%,CH_4产量(以COD_(added)计)为78.7 mL·g~(-1).跨膜压差(transmembrane pressure,TMP)和平均Flux分别维持在-3.1～-2.7 kPa和0.106 L·(m~2·h)~(-1),膜污染较轻.16S rRNA微生物多样性分析表明,AnMBR内部厌氧消化细菌主要是Proteobacteria(变形菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)和Cloacimonetes(阴沟单胞菌门),产甲烷菌中的优势菌科为Methanobacterium(甲烷杆菌科),优势菌属为Methanosaeta(甲烷鬃毛菌属)和Methanolinea(甲烷绳菌属).这将为AnMBR处理污泥及其它高含固率废物流的稳定性和运行性能研究提供有力的理论参考依据,进而为生物质资源化和能源危机提供有效解决途径.     

二价铁活化过氧化钙提高剩余活性污泥的脱水性能

采用Fe²⁺活化过氧化钙（Fe²⁺/CaO₂）提高剩余污泥的脱水性能,考察初始pH值、Fe²⁺和CaO₂投加量对污泥脱水性能的影响,并进一步探究了实现污泥深度脱水的内在机制.结果表明,初始pH值为中性,Fe²⁺和CaO₂投加量（以VSS计）分别为3.31 mmol·g^-1和3.68 mmol·g^-1时,污泥的脱水效果最好,污泥比阻（SRF）和含水率（W_C）分别由20.99×10¹² m·kg^-1和86.61%降低至3.91×10¹² m·kg^-1和76.15%.Fe²⁺/CaO₂的氧化使污泥微生物细胞裂解,胞内有机物释放,胞外聚合物（EPS）降解;同时,Fe³⁺促使污泥颗粒再絮凝形成致密、多孔的絮体结构,有利于EPS结合水释放,实现污泥深度脱水.从技术和经济角度来看,Fe²⁺/CaO₂工艺经济实用,在提高剩余污泥脱水能力方面具有一定的应用前景.     

Type 0092丝状菌污泥微膨胀在短程硝化中的实现

利用Type 0092丝状菌不易引发污泥恶性膨胀的特点,本实验采用实际生活污水,以SBR反应器接种短程硝化污泥,考察了短程硝化状态下启动Type 0092丝状菌污泥微膨胀的特性,研究了系统启动与维持期间的污泥沉降性能、亚硝酸盐积累率(NAR)、污染物去除特性以及污泥菌群结构变化情况.结果表明控制DO为0. 3～0. 8 mg·L~(-1),F/M(以COD/MLSS计)=0. 24 kg·(kg·d)~(-1),按照交替缺氧/好氧模式运行(单周期3次,缺氧∶好氧=20 min∶60 min),能够启动Type 0092丝状菌污泥微膨胀与短程硝化耦合,系统SVI值维持在180 m L·g~(-1)左右,NAR一直维持在99%左右,COD和TN去除率能够分别提高约13%和5%,相较于传统全程硝化非微膨胀状态曝气量能节省约62. 5%.当交替缺氧/好氧模式变为单周期交替6次,缺氧∶好氧=10 min∶30 min,亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性会恢复,使短程硝化被破坏;低溶解氧、交替缺氧/好氧、低负荷是实现Type 0092丝状菌污泥微膨胀的关键因素,当负荷(以COD/MLSS计)大于0. 25 kg·(kg·d)~(-1)时,仅靠低溶解氧和间歇曝气无法维持污泥微膨胀状态.     

不同盐度下活性污泥中微生物群落变化规律及其处理模拟染料废水

通过逐渐提高SBR反应器中活性污泥的盐度,探索不同盐度下活性污泥的活性、性质及其微生物群落变化,并研究结晶紫废水以及纳米四氧化三铁对微生物群落的影响.结果表明,随着盐度的增加,活性污泥的COD、氨氮去除率以及污泥体积指数SVI值均降低,在质量分数2%的盐度下,COD、NH_4~+-N的去除率为80%和75%,SVI值不足35 mL·g~(-1);随着盐度的增加微生物的多样性逐渐减少,系统中革兰氏阴性菌优势菌种的位置逐渐被真菌和放线菌取代,而革兰氏阳性菌依然为优势菌;加入结晶紫染料的活性污泥与盐度为2%的活性污泥样品相比发现:红细菌属、丽水菌属含量有所增加,产黄杆菌、农杆菌属含量减小.加入MNPs的结晶紫-活性污泥与不加MNPs的结晶紫活性污泥对比:酸胞菌属、产黄杆菌含量增加,红细菌属、农杆菌属含量减小.     

次氯酸钠与亚铁对污泥破解及脱水效果的影响

采用次氯酸钠（NaClO）与亚铁（Fe（II））结合处理污泥以提高污泥破解和脱水效能,考察了NaClO和Fe（II）投加量的影响,并通过定量和定性分析污泥中胞外聚合物质（EPS）的迁移转化,确定NaClO和Fe（II）对污泥脱水和破解的机制.试验结果表明,NaClO和Fe（II）投加量（以干泥固体计）分别为44 mg·g^-1和66 mg·g^-1时,污泥毛细吸吮时间（CST）从原泥的112 s下降到66.3 s.同时,NaClO/Fe（II）处理污泥能够使上清液中化学需氧量（COD）显著升高,并使污泥中紧密束缚型EPS（TB-EPS）和松散束缚型EPS（LB-EPS）转化成溶解性EPS（S-EPS）,导致S-EPS的溶解性有机碳（DOC）含量升高,而LB-EPS和TB-EPS的DOC含量降低.此外,NaClO/Fe（II）还能使污泥中有机物质矿化,使3种EPS中蛋白质类和腐殖酸类物质减少.NaClO和Fe（II）能够改善污泥脱水性能,强化污泥破解效果,利于污泥后续的处理处置.