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%.     

A/O系统中不同缺氧/好氧体积比对活性污泥沉降性能的影响

为探究A/O系统中不同的缺氧与好氧体积比与活性污泥沉降性能的关系,以实际生活污水为进水水质,考察了不同的A/O比(2/6,4/4,6/2)对污泥沉降性能和丝状菌生长的影响.结果表明,当A/O比为2/6时,系统能够维持良好的沉降性能,优势丝状菌为Type 0041;当A/O比为4/4时,系统的沉降性能恶化,SVI最高达到357mL/g,优势丝状菌为Type 0041,Type 1701;当A/O比为6/2时,系统发生了微膨胀现象并实现了稳定的短程硝化反硝化,优势丝状菌为Thiothrix.nivea.可见不同的A/O比对活性污泥沉降性能影响较大,同时污泥胞内胞外贮存特性及系统的脱氮除磷性能也受到严重影响.     

好氧反硝化SBR工艺启动研究

该文以人工模拟的高C/N比(10)废水为处理对象,利用缺氧/好氧交替和高曝气的运行方式,以城市生活污水处理厂污泥作为接种污泥,研究了好氧反硝化序批式活性污泥反应器(SBR反应器)的启动过程。结果表明:在SBR反应器启动45 d后,出现明显的好氧反硝化过程;继续培养25 d,好氧反硝化SBR反应器的脱氮效率达到稳定。当反应器污泥负荷为0.11 kg COD/(kg MLSS·d)时,好氧反硝化SBR反应器对COD、总氮和氨氮的去除效率分别为(94.97%±0.53%)、(90.37%±5.89%)和(99.18%±0.34%)。城市生活污水处理厂污泥可用于好氧反硝化生物脱氮工艺的启动,缺氧/好氧交替和高曝气的方式可以加速好氧反硝化工艺的启动。     

污泥龄对低氧丝状菌活性污泥微膨胀系统的影响

为了研究污泥龄(SRT)对低氧丝状菌活性污泥微膨胀系统的影响,采用序批式间歇反应器(SBR)进行试验,分别按照厌氧/好氧和单级好氧的方式运行,考察了不同SRT下丝状菌污泥微膨胀系统的沉降性、脱氮除磷过程以及污泥特性的变化.结果表明,在好氧水力停留时间充分的条件下,低氧环境不但不会影响丝状菌微膨胀污泥的硝化进程,而且还有助于同步硝化反硝化(SND)、单级好氧除磷的发生.厌氧/好氧运行时,SRT与活性污泥的比硝化速率、比释磷速率和比吸磷速率成反比,与SND率和污泥的含磷量成正比.单级好氧运行时,减小SRT对硝化过程影响不大,但是有助于改善除磷效果.活性污泥的比耗氧速率(SOUR)、胞外聚合物(EPS)中多糖与蛋白质含量的比值、以及粘度都与SRT成反比.适当地减小SRT可以改善丝状菌微膨胀污泥的沉降性.厌氧/好氧运行时,厌氧段微氧环境易引发过度丝状菌污泥膨胀;单级好氧运行时,SRT过低会造成污泥黏性骤增而引发黏性污泥膨胀.     

温度冲击引起的丝状菌污泥膨胀菌群特征

为探究温度冲击引起的污泥膨胀机理,以生活污水为处理对象,采用SBR工艺分别运行温度骤降系统和温度梯度降低系统,利用Illumina MiSeq高通量测序技术分析温度变化过程中微生物群落整体变化,并对膨胀阶段优势丝状菌类型进行解析.结果表明,温度骤降系统优势丝状菌为微丝菌(Microthrixparvicella),SVI值升高至291mL/g以上,温度梯度降低系统优势丝状菌为Eikelboom Type 0092型丝状菌,SVI值稳定维持在250mL/g,因此Eikelboom Type 0092型丝状菌适宜在温度冲击环境中生长繁殖.温度冲击方式不同导致菌群组成具有差异性,Proteobacteria相对丰度均值为39.3%,其占比在不同阶段变化较小.两个系统在污泥膨胀阶段Actinobacteria和Chloroflexi的相对丰度占比不同.各样本中与去除有机物相关微生物菌群丰度均值为13.6%,Nitrospira其相对丰度均值为2.48%,占NOB总含量80%以上.温度梯度降低系统发生的Eikelboom Type 0092型丝状菌型污泥微膨胀,其出水水质没有发生严重恶化,COD和NH₄⁺-N的去除效果均高于温度骤降系统.     

低溶解氧污泥微膨胀的发生及脱氮除磷效果优化

采用SBR工艺以缺氧/好氧运行模式处理实际生活污水,在常温条件下通过降低溶解氧诱发活性污泥微膨胀,使污泥的容积指数(SVI)维持在150～220mL/g之间.研究了低溶解氧污泥微膨胀现象的发生和诱因微生物的生长,并对污泥微膨胀状态下系统的脱氮除磷效果进行优化.结果表明,常温条件下诱发污泥微膨胀的丝状菌主要有M.parcicella、0803型和H.hydrossis,其中M.parcicella为优势丝状菌,在丝状菌中所占比例最大.研究还发现,在低氧运行期间SBR出水正磷酸盐明显降低,COD略有升高但影响不大,但氨氮去除率明显下降,由95%以上下降到65%.通过采用厌氧/好氧/缺氧的运行模式:瞬间进水→厌氧搅拌(0.75h)→曝气(5h)→缺氧搅拌(2.25h)→静沉、排水(1h),氨氮和总氮的去除率均达到95%以上,出水总氮5mg/L,同时,PO43--P去除率达到95%以上,实现了低溶解氧污泥微膨胀系统高的脱氮除磷效率.     

污泥微膨胀状态下短程硝化的实现

为了实现"低氧丝状菌活性污泥微膨胀"和短程硝化的结合,本试验采用SBR反应器,研究了在微膨胀状态下,短程硝化的启动方法和短程硝化启动过程中污泥沉降性的维持策略.分析了水质、pH、DO和温度等环境因素以及混合液流态、曝气方法和进水方式等运行条件对污泥沉降性的影响.结果表明,在pH处于7.2~8.0,温度处于20~25℃时,通过维持低溶解氧和准确控制曝气时间可以逐步在污泥微膨胀状态下实现短程硝化.系统运行160个周期后,亚硝酸盐积累率可从28%逐步上升到80%.通过改变进水体积交换率和辅助调节曝气量的方法可以有效维持活性污泥的沉降性.在污泥微膨胀状态下,VER在0.25~0.33适时调节,可控制污泥容积指数在150 mL/g附近小幅波动.在好氧阶段后期,会出现溶解态总氮浓度的小幅上升.     

运行模式对同步短程硝化反硝化脱氮及微生物群落特征的影响

采用复合序批式生物膜反应器（HSBBR）处理高盐废水,实现了同步短程硝化反硝化脱氮。考察了运行模式对同步短程硝化反硝化系统COD去除和脱氮性能的影响,利用高通量测序技术分析了微生物群落的变化。结果表明:当反应器以缺氧/好氧交替模式运行时（缺氧/好氧时间比为2.0 h/4.5 h）,NH₃-N、总无机氮（TIN）和COD去除率分别为95.00%、84.83%和86.72%,出水中含有NO₂--N和NO₃--N。以完全好氧模式运行时（缺氧/好氧时间比为0.0/6.5 h）,NH₃-N去除率达到100.00%,TIN和COD去除率分别为85.94%和89.46%,出水中只含有NO₂--N。高通量测序结果表明:在门水平上,2种模式下生物膜和悬浮污泥中的优势菌均为变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）;Nitrosomonas是本研究检测出的唯一氨氧化菌（AOB）属,当反应器由缺氧/好氧交替模式转换为完全好氧模式时,悬浮污泥和生物膜中Nitrosomonas的相对丰度均增加;悬浮污泥和生物膜中优势反硝化菌属相似,包括Candidatus_Competibacter、Paracoccus、Thauera和Denitratisoma,在完全好氧模式下,悬浮污泥和生物膜中Candidatus_Competibacter和Thauera的相对丰度较低,而Paracoccus和Denitratisoma的相对丰度较高。多种反硝化菌与氨氧化菌的共同作用,使反应器能够实现高效同步短程硝化反硝化脱氮。     

不同控制策略下短程硝化启动及运行工况优化

试验采用SBR反应器处理低C/N生活污水,在温度为(25±0. 5)℃时,分别采用交替缺氧/好氧4次、交替好氧/缺氧5次和交替好氧/缺氧4次,时间比均为30 min∶30 min,NO2--N积累率在69、63和58周期分别达到96. 79%、98. 80%和98. 78%;同样温度下,控制好氧/缺氧时间比分别为30 min∶30 min、40 min∶20 min和30 min∶60 min,单周期交替次数为5、3和5时,NO2--N积累率于63、73及78周期时达到最大,其分别为98. 81%、97. 71%和94. 64%,对应AOB活性分别为96. 30、99. 27及102. 26,对其进行物料衡算,3种好氧/缺氧时间比下均存在同步硝化反硝化,同步硝化反硝化去除总氮分别为29. 89、28. 77及29. 78 mg·L-1.调整温度分别为18、25和30℃,在好氧/缺氧时间比为30 min∶30 min时,在第90、64和61周期时NO2--N积累率分别为99. 58%、99. 21%和95. 93%,污泥活性(f)达到最大所需时间分别为64、40及48周期,且污泥沉降性能均良好.     

高氮城市生活垃圾渗滤液短程生物脱氮

采用"两级UASB-缺氧-好氧系统"处理高COD与高NH4 -N的城市生活垃圾渗滤液.180天的试验结果表明:UASB1(一级UASB)与UASB2(二级UASB)最大COD去除速率分别为12.5、8.5 kg·m-3·d-1,UASB1的NOx--N的最大去除速率为3.0 kg·m-3·d-1.系统COD去除率为80%～92%,出水COD为800～1500 mg·L-1.原渗滤液的NH 4-N为1100～2000 mg·L-1,A/O工艺的最大NH4 -N去除速率为0.68kg·m-3·d-1;在17～30℃,通过NO-2-N累积率为90%～99%的短程硝化,NH4 -N的去除率在99%左右,出水NH4 -N小于15 mg·L-1.回流处理水和二沉池回流污泥中的NOx--N分别在UASB1和A/O工艺的缺氧段实现完全反硝化,使系统无机氮TIN去除率达80%～92%.同时高效的反硝化为硝化提供了充足的碱度,使A/O工艺pH大于8.5,维持较高的游离氨浓度,结果表明,高游离氨(FA)是导致短程硝化的主要因素.以pH作为控制参数调控A/O工艺的曝气时间,可以有效的抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的增长,实现种群优化和稳定的短程硝化.     

不同运行方式下低溶解氧污泥微膨胀的可行性研究

污泥微膨胀是一种利用低溶解氧（DO）引发丝状菌繁殖来实现污水节能处理的新方法.为分析该方法的可行性,采用4个间歇式反应器（SBR）模拟不同的工艺,考察了低DO下（DO=0.5 mg/L）各反应器的污泥沉降性、絮体结构、污染物去除特性及曝气能耗.结果表明,全程好氧运行方式易引发恶性膨胀;而前置缺氧运行方式下进水时间在60...     

低溶解氧污泥微膨胀节能理论与方法的发现、提出及理论基础

预防和控制污泥膨胀一直是国内外研究的热点和难点,但目前尚未出现利用丝状菌特性、针对利用丝状菌污泥膨胀的节能理论与方法的研究.实际的污水处理厂运行结果表明,供氧不足引起了污泥膨胀,但并没有导致污泥流失,相反出水水质有所改善,出水COD、SS和TP的去除率得到了提高,基于此提出了低溶解氧污泥微膨胀节能理论与方法.在阐述低溶解氧污泥微膨胀节能方法的发现和提出的基础上,对低溶解氧引发丝状菌适度生长、丝状菌和微膨胀在提高出水水质的重要作用,及利用低溶解氧微膨胀来节能的机制进行了理论分析.并对低溶解氧污泥微膨胀节能理论和方法的应用和研究方向进行了展望.     

低溶解氧污泥微膨胀节能方法在A/O中的试验验证

采用实际的生活污水,在A/O系统中验证了低溶解氧污泥微膨胀节能理论与方法.结果表明,A/O系统在微膨胀运行期间SVI值能稳定维持在150～230 mL/g之间,单纯低溶解氧不会造成污泥沉降性能的严重恶化.相对于高溶解氧、污泥沉降性能良好时的运行情况,微膨胀期间COD和总氮去除率略有升高,分别为86%和63%,氨氮去除率略有下降,平均为70%,且约有10%～25%的氮可通过同步硝化反硝化去除.丝状菌的网捕作用使出水的SS浓度明显减低,出水浊度低于3 NTU.维持DO=0.5 mg/L所需的理论供气量相对DO=2.0 mg/L时可节约17%,对实际的小试结果比较发现可节约57%的曝气量.     

好氧颗粒污泥中丝状微生物生长研究

通过在序批式摇床反应器(SSBR)中分别接种絮状活性污泥与厌氧颗粒污泥来处理含盐及淡水2种废水并培养好氧颗粒污泥,研究好氧颗粒污泥中丝状微生物的过度生长及可行的控制措施.结果表明,进水水质与接种污泥类型都会影响颗粒污泥中丝状微生物的生长.同是接种好氧絮状污泥的R1、R3,由于R1进水为含盐废水而R3为淡水,R1中颗粒污泥丝状化程度低于R3,而接种厌氧颗粒污泥并处理含盐废水的R2颗粒污泥丝状化程度最低.当好氧颗粒污泥外部出现明显丝状微生物过度生长时,各反应器中颗粒污泥平均丝状化程度△分别达到△R1=1.4、△R2=1.2及△R3=2.0.对各反应器颗粒污泥中丝状微生物进行鉴定,R1颗粒中丝状微生物主要为Eikelboom 0092及Nocardia spp.,R2中主要为.Fungi spp.及Nocardia spp.,R3中主要为S.natans 及H.hydrossis,这几种类型丝状微生物一般出现在污泥龄长、溶解氧浓度低及基质易降解的环境中,但由于好氧颗粒污泥结构不同于传统活性污泥,试验通过控制污泥负荷、污泥龄及曝气量等并不能有效控制颗粒中丝状微生物的过度生长.试验将各反应器进水基质由易降解的葡萄糖配水换为难生物降解废水时,能快速有效地控制颗粒污泥中丝状微生物的过度生长.     

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%.     

Effect of nitrate concentration on filamentous bulking under low level of dissolved oxygen in an airlift inner circular anoxic-aerobic incorporate reactor

This laboratory research investigated a possible cause of filamentous bulking under low level of dissolved oxygen conditions (dissolved oxygen value in aerobic zone maintained between 0.6-0.8 mgO2 /L) in an airlift inner-circular anoxic-aerobic reactor. During the operating period, it was observed that low nitrate concentrations affected sludge volume index significantly. Unlike the existing hypothesis, the batch tests indicated that filamentous bacteria (mainly Thiothrix sp.) could store nitrate temporarily under carbon restricted conditions. When nitrate concentration was below 4 mg/L, low levels of carbon substrates and dissolved oxygen in the aerobic zone stimulated the nitrate-storing capacity of filaments. When filamentous bacteria riched in nitrate reached the anoxic zone, where they were exposed to high levels of carbon but limited nitrate, they underwent denitrification. However, when nonfilamentous bacteria were exposed to similar conditions, denitrification was restrained due to their intrinsic nitrate limitation. Hence, in order to avoid filamentous bulking, the nitrate concentration in the return sludge (from aerobic zone to the anoxic zone) should be above 4 mg/L, or alternatively, the nitrate load in the anoxic zone should be kept at levels above 2.7 mg NO-3N/g SS.