市政污泥接种焦化废水好氧降解能力及微生物群落演替的响应分析

焦化废水是毒性很大的典型工业废水,生物处理过程中需要微生物具备很强的适应能力.以探讨焦化废水对微生物的毒性抑制以及微生物对焦化废水的适应过程为目的,通过于焦化废水原水中接种市政污泥,在考察COD、苯酚、氨氮和硫氰化物等主要污染物指标降解的基础上,运用Illumina高通量测序平台分析降解过程微生物群落组成及多样性变化的响应关系.结果表明,接种了市政污泥的焦化废水培养16 h后COD开始下降,40 h时苯酚降解了97.14%,72 h时硫氰化物开始降解,96 h时硫氰化物浓度低于检测限,氨氮浓度随着硫氰化物的降解而升高.群落测序分析表明,不同培养阶段污泥中微生物表现出群落结构及丰度上的差异:在苯酚降解阶段,苯酚优势降解菌Acinetobacter、Pseudomonas的丰度增大,48 h总相对丰度为13.04%;在硫氰化物降解阶段,Sphingobacterium、Brevundimonas、Lysobacter、Chryseobacterium为主导菌属,96 h时其总相对丰度为16.13%;在144 h阶段,优势菌属则变为Fluviicola、Stenotrophomonas和Thiobacillus,总相对丰度为22.45%.由此认为,市政污泥克服了焦化废水中毒性成分的抑制作用之后能迅速适应环境,表现出微生物群落结构随着废水降解成分的变化而改变,环境因子和降解功能菌之间的竞争是群落结构演变的主要因素.     

DO/NH4+-N实现短程硝化过程中生物膜特性

实验探究了短程硝化实现过程中生物膜特性的变化情况.采用比值控制(DO/NH+4-N)实现短程硝化,分别取亚硝酸盐积累率为10.27%、52.12%和93.54%时生物膜样品,利用荧光原位杂交(FISH)和激光共聚焦显微镜(CLSM)联用技术观察总菌、氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)数量和空间结构的变化,通过三维激发发射矩阵(EEM)观察胞外聚合物分泌和成分变化情况.比值控制成功富集AOB,并可在NOB未洗脱完全的情况下实现短程硝化.异养菌和硝化菌共存于生物膜内上,异养细菌在外层,硝化菌分布在生物膜表面6~25μm.短程硝化实现的过程中,AOB/NOB值逐步增长,稳定运行时期比值高达15.56.反应器运行过程中,EPS和微生物菌群变化息息相关.微生物活性下降,EPS分泌减少;短程硝化稳定运行时期,NOB等不耐高亚硝酸的菌群衰亡,芳香性蛋白质荧光强度降低.但三维荧光光谱显示,短程硝化实现过程中EPS化学成分变化不明显.     

不同温度下应用比值控制实现连续流好氧颗粒污泥短程硝化

在连续流反应器中接种成熟好氧颗粒污泥（AGS）处理低氨氮污水,通过控制溶解氧（DO）和出水氨氮（NH₄⁺-N）的浓度,研究了控制DO/NH₄⁺-N（R值）实现连续流好氧颗粒污泥系统短程硝化的可行性和不同温度（30、20、10℃）条件下实现短程硝化系统对R值的需求.结果表明,通过比值控制,连续流好氧颗粒污泥系统可以快速实现短程硝化;在30、20、10℃条件下,系统实现短程硝化所需要的R值分别为0.50（±0.05）、0.35（±0.03）和0.20（±0.02）.因此可知,温度越低,系统实现短程硝化所需要的氧抑制越强.采用荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization,FISH）实验表明,通过比值控制,氨氧化菌（AOB）得到一定的富集,而亚硝酸盐氧化菌（NOB）的相对数量逐渐减少.基于比值控制和污水水质的特点,选择短程硝化的方式有所不同,低氨氮废水选择半量亚硝化,而高氨氮污水则选择全量亚硝化.     

生物膜脱氮滤池的微生物群落结构特性

为探究生物膜脱氮滤池脱氮效能差异的微生物因素,设置组1(包括接种污泥、稳定期滤料、反冲洗后滤料微生物变化)和组2(包括反冲洗前滤料、反冲洗后不同时间段滤料微生物变化)两组实验,通过高通量测序,研究不同阶段微生物群落结构、丰度和多样性的分布情况.结果表明:接种污泥与滤料表面微生物群落结构和多样性在门水平下差异不大,但在属水平下差异显著,而相对丰度在两种分类水平下始终差异显著.反冲洗后0～4 h滤料表面微生物的OTU数目、Shannon指数、Chao1指数变化,在滤池30 cm处先升后降,而在60 cm处曲折上升,也即二者的微生物丰度和多样性变化趋势.反冲洗前后Proteobacteria始终占主导地位,相对丰度为79%～90%,Proteobacteria中Betaproteobacteria占主导优势,反冲洗后Betaproteobacteria数量相对减少,后逐渐恢复.总反硝化优势菌属相对丰度在反冲洗1 h后30 cm处由78%左右下降到70%左右,60 cm处由68%左右下降到64%左右,此时出水总氮达到最高值7.7 mg·L~(-1),之后总反硝化优势菌属及出水TN浓度逐渐恢复至正常水平,这种消长变化表明滤池脱氮效果与总反硝化优势菌属相对丰度密切相关,滤池运行状态的改变使得反硝化优势菌属的群落结构差异显著.     

体积溶氧传递系数在好氧颗粒污泥系统中的变化特性初步分析

取成熟的好氧颗粒污泥,在同一测试装置中采用相同的曝气条件进行体积溶氧传递系数(kLa)的测试,当传统活性污泥和成熟好氧颗粒污泥浓度MLSS为2 000、4 000、6 000、8 000 mg·L-1时,其kLa(min-1)值分别为0.586 1±0.009 5、0.586 1±0.027 2、0.555 6±0.016 8、0.533 8±0.026 8和0.645 5±0.027 6、0.632 0±0.075 5、0.618 5±0.062 5、0.640 6±0.055 5,表明颗粒污泥kLa值高于同浓度条件下的絮体污泥,且随浓度增加,絮体污泥氧传递效率下降而颗粒污泥无明显变化.对好氧颗粒污泥进行筛分后,大颗粒和小颗粒在污泥浓度相同、体积相同、表面积相同以及个数相同的情况下二者的kLa值均无明显差别,由此可以推断,这些因素对好氧颗粒污泥kLa的影响可以忽略.研究结果对于污水处理厂节能运行具有一定的参考价值.     

短程同步硝化反硝化过程的脱氮与N2 O释放特性

采用气升环流生物反应器建立全程同步硝化反硝化(SND)体系,在此基础上,通过提高进水pH值从而增加反应器中的游离氨(FA)浓度,可以实现全程SND向短程SND的转变.以全程SND过程为参照,分析了短程SND过程的脱氮及N2O释放特性.结果表明,短程SND过程的总氮平均去除率及SND平均效率分别为71.9%和80.9%,比全程SND过程分别提高了18.0和16.8个百分点,短程SND过程的平均总氮去除速率为0.11 mg.(L.min)-1,是全程SND过程的1.4倍.虽然短程SND较全程SND具有更高的脱氮效率,但该过程的N2O平均转化率为57.1%,N2O平均累积释放量约为全程SND过程的5倍.研究还发现,N2O的释放量急剧上升与体系中NO2--N的积累浓度升高密切相关.     

应用ANFIS预测蠕虫反应器的污泥减量速率并优化其运行条件

利用水生蠕虫的捕食作用可以有效地实现污泥减量.为了研究环境条件波动对蠕虫捕食污泥减量效率的影响,应用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)和人工神经网络(ANN)模型分别预测蠕虫反应器的污泥减量速率.结果表明,溶解氧浓度(D0)、温度(T)、蠕虫密度和污泥负荷是蠕虫捕食过程的主要影响因素,通过性能比较得出ANFIS模型预测值与实验测定值间具有更好的一致性,其相关系数(r)为0.82,绝对平均误差百分比(MAPE)为71.5％,均方根误差(RMSE)为16.7.根据ANFIS模型的预测结果,得出蠕虫反应器的最适运行条件为:DO 1.8 ～3.1mg·L-1,温度18.4～21.7℃,蠕虫密度低于1.7 g·cm-2(以湿重计),污泥负荷563～734 mg·g-1(以TSS计),在此操作条件下获得的污泥减量速率均高于100 mg· g-1·d-1.     

膜生物反应器处理甲苯废气的挂膜实验

采用假单胞菌在硅橡胶复合膜生物反应器上进行甲苯废气降解的挂膜启动实验,研究膜生物反应器挂膜启动特性,对挂膜启动过程中循环液吸光度、压力损失、甲苯降解效率和生物膜干重的变化进行考察,并观察挂膜稳定后的生物膜形态.结果表明:挂膜过程主要由生物膜成膜期(0~5 d)、生长期(6~10 d)、稳定期(11~14 d)3个阶段组成.循环液吸光度、反应器内液相压力损失、甲苯降解效率和生物膜干重等参数在成膜期都快速增加;进入膜生长期,循环液吸光度略微下降,而生物膜干重、压力损失和甲苯降解效率都继续增大;在稳定期各参数均趋于相对稳定,稳定后循环液吸光度维持在0.75左右,液相压力损失达到了180 Pa,甲苯降解效率维持在78%以上,生物膜干重为2.25 mg/cm2.试验表明,对循环液吸光度、液相压力损失、甲苯降解效率和生物膜干重等参数的综合分析,可作为膜生物反应器挂膜启动进程的判据.图9参15     

生活污水与人工配水对好氧颗粒污泥系统的影响

在R1、R2两组序批式活性污泥反应器（SBR）中接种污水处理厂回流污泥,分别以人工配水和实际生活污水为进水,研究常温下（20~30℃）进水水质对好氧颗粒污泥工艺的启动以及温度变化对系统稳定运行的影响.结果表明,R1、R2分别历时25 d、42 d启动成功,颗粒污泥稳定后,其平均粒径分别达到1200 μm、750 μm,R1、R2内出水COD、TP、TN的平均浓度分别为22.53、0.48、7.70 mg·L^-1和49.73、0.49、14.55 mg·L^-1,去除率分别为90.60%、90.34%、87.85%和79.74%、88.59%、79.25%.当温度降低至5~16℃时,R1内颗粒污泥出现解体现象,COD及TP去除能力基本不变,出水TN平均浓度升高为29.03 mg·L^-1,平均去除率降低至48.81%,脱氮性能受到抑制;R2内颗粒污泥运行稳定,出水COD、TP和TN平均浓度分别为14.31、0.50和12.24 mg·L^-1,平均去除率分别为92.42%、93.37%、86.28%,出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准.采用人工配水和生活污水均能成功培养出好氧颗粒污泥,生活污水培养成熟的好氧颗粒污泥结构更密实,当温度降低至5~16℃时,能够有效抑制丝状菌的膨胀,抗冲击负荷能力强.     

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30 d的条件下实现了出水TP小于0. 5 mg·L~(-1),COD浓度小于50 mg·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40 d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. 5 mg·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63 m L·g~(-1)降低到35 m L·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1 000μm以上.