基于生物膜法磷回收工艺厌氧释磷研究

城市污水经过碳回收后的低碳源进水水质将对活性污泥法强化除磷（EBPR）工艺的运行带来困难.本研究基于生物膜法磷回收的序批式反应器（Biofilm-SBR）对低碳、低磷进水进行磷回收,在BSBR反应器好氧无碳源、厌氧低碳源投加的运行基础上,研究了该工艺在低碳模式下厌氧磷释放的关键影响因素.同时,研究了不同的碳源浓度和碳源投加方式对BSBR工艺释磷的影响.最后,分析了系统中生物膜蓄磷量的变化,并探究其与碳源消耗、释磷效果的量化关系.结果表明,该系统在好氧无碳源、厌氧仅200 mg·L^-1的碳源投加下,即可取得115 mg·L^-1（可溶性磷）的富磷回收液.系统的C_upt/P_rel（释放单位质量磷的COD消耗量）平均为（11.12±1.03）mg·mg^-1,最大蓄磷量为124 mg·g^-1.     

同步去除并富集磷酸盐生物膜驯化过程中微生物种群分析

本实验以同步去除并回收高浓度磷酸盐溶液为目标,开展了以挂式尼龙为生物载体的生物膜驯化培养聚磷菌的人工配水实验研究.通过扫描电镜(SEM)和Illumina MiSeq高通量测序分析技术研究了生物膜驯化过程中生物膜内菌群形态、优势菌及物种多样性变化并验证了短时间内在该常规生物膜上回收高浓度磷酸盐的可行性.反应器运行10 d后挂膜成功,COD出水50 mg·L~(-1)以下,出水磷浓度接近于零,磷去除率95%以上,并在该水平上稳定运行40 d.SEM结果显示50 d时微生物菌落均匀饱满,外形规则,轮廓清晰,成球状.MiSeq高通量测序发现优势菌门包括变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、Ignavibacteriae门、硝化螺旋菌门(Nitrospirae).其中变形菌门从47%增长至58%,占主导地位.而优势聚磷菌为Rhodocyclaceae,从17.9%增长至28.9%.回收阶段,通过提高进水磷酸盐浓度和厌氧阶段溶液中COD浓度,富磷溶液浓度从40 mg·L~(-1)升高到82 mg·L~(-1),在生物膜上实现磷酸盐的富集,并且浓度满足鸟粪石法磷回收的要求.     

不同填料下聚磷生物膜的驯化过程及性能

为解决磷资源短缺和磷污染的问题,开发了具有同步去除与回收高浓度磷酸盐效果的生物膜技术。选用尼龙和悬浮两种填料研究了聚磷生物膜的除磷性能及聚磷能力。结果表明:在除磷性能方面,尼龙填料的聚磷生物膜无论从驯化时间和处理效果方面都优于悬浮填料,在出水主要指标达到标准时(ρ(PO~(3-)_4)<0.5 mg/L,ρ(COD)<50 mg/L),尼龙和悬浮填料的除磷率分别为97.23%和83.6%;同时,在聚磷能力方面,通过SMT(surface mount technology)法测得尼龙和悬浮填料中的磷含量分别为112,86.50 mg/g,高于现有活性污泥中的磷含量。由扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)分析,发现尼龙填料驯化培养性能优于悬浮填料,且聚磷菌以球状菌为主。     

聚磷生物膜反应器磷负荷提升过程中微生物种群分析

在同步去除及富集磷酸盐的基础上,通过研究水力停留时间(8 h、6 h、4 h)及不同的进水磷浓度考察磷负荷对于反应器的运行效能和微生物群落结构的影响,探究生物膜反应器所能承受的最大磷负荷,并探究微生物种群与工艺性能的响应关系,获取高效生物膜驯化的最优进水磷条件,以及分析该条件下的种群结构.结果表明,在驯化阶段,在磷负荷低于0.18 kg·m~(-3)·d~(-1)时,磷负荷的提升不会影响磷去除率,磷去除率保持在98.3%;当磷负荷达到0.24 kg·m~(-3)·d~(-1)时,磷去除率下降到84.3%,但P_(rel)/C_(upt)依旧从最初的0.06上升至0.121.MiSeq测序结果表明优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),从59.2%增长至83.5%,反应器中的优势聚磷菌科为红环菌科(Rhodocyclaceae),从11.8%增长至27.3%.在回收阶段,在保证好氧出水达标的情况下,磷酸盐浓度升高至56.4 mg·L~(-1),富集液浓度达到鸟粪石法回收磷的标准.通过增加进水磷负荷可使聚磷菌丰度提高,进而提高了回收液磷浓度.