污水处理过程专家系统的结构特点与应用研究进展

综述了专家系统在污水处理领域的结构和特点、针对的工艺以及应用现状方面取得的研究成果。重点介绍了专家系统中知识的获取和表示、规则的建立以及与故障树和其他人工智能技术的结合情况,并对专家系统在污水处理工艺选择、运行控制以及故障诊断3个阶段的研究现状进行了细致分析。在此基础上,提出了尚需解决的问题以及进一步研究与发展的方向。     

SBR法短程深度脱氮过程分析与控制模式的确立

为了实现稳定的SBR法短程深度脱氮技术,考察了实际生活污水处理过程中pH值的变化规律及其影响因素.通过对生物脱氮过程机制和碳酸平衡过程的分析可知,pH值在氨氧化结束和反硝化结束时都会出现明显的变化点,对于采用SBR工艺处理有机物浓度较低、碱度适中的生活污水或城市污水的过程来说,采用pH值作为控制参数一方面可以保证出水水质达到TN＜1 mg/L的深度脱氮效果;另一方面防止了过度曝气引起短程硝化率降低,对于短程深度脱氮的稳定起到了重要作用.在理论分析和试验研究的基础上建立了SBR法短程深度脱氮过程的实时控制策略,在控制策略中设置了18个可调节的变量,以适应不同的水质并保持控制策略的准确性.该控制策略的建立为开发短程深度脱氮的控制软件和控制系统奠定了基础.     

采用FISH、DGGE和Cloning对短程脱氮系统中硝化菌群的比较分析

针对4种不同的实际污水短程生物脱氮系统(SBR大型中试反应器、UASB-A/O小型反应器、A/O中试反应器和SBR小型反应器),采用Fish、PCR-DGGE和PCR-Cloning-Sequencing分子生物学方法对系统中硝化菌群AOB和NOB进行定性与定量化分析.Fish结果表明,在4种短程脱氮系统中,AOB相比于NOB已成为明显的优势菌群,占总菌群的3%～12%;在SBR中试和小试反应器中没有检测出NOB;A/O中试反应器中存在极少量的Nitrospira(＜0.2%),而UASB-A/O小型反应器中存在极少量的Nitrobacteria(＜0.2%).PCR-DGGE结果表明SBR中试、A/O和UASB-A/O 3种短程脱氮系统中的AOB均以Nitrosomonas-like为主.SBR大型中试反应器中污泥样品的PCR-Cloning-Sequencing结果表明,所有的克隆相似于Nitrosomonas,其中60%以上的克隆相似于Nitrosomonas europaea.     

短程硝化的实现、维持与过程控制的研究现状

短程生物脱氮技术目前倍受人们的关注,国内外学者对短程硝化提出了多种实现及维持的控制途径,但仍存在着一些问题。由于活性污泥法中DO,ORP,pH的变化规律从不同角度不同程度地反映了生物脱氮反应的进程,所以用它们作为控制参数就可以对生物脱氮反应进行过程控制。在分析中,通过对国内外短程硝化控制途径的研究现状与发展趋势的分析和总结,针对目前在实现短程硝化及维持短程硝化各种途径中存在的问题,提出了通过在线检测DO,pH,ORP来实现与维持短程硝化的新思路。     

排水管道中硫酸盐还原菌与产甲烷菌的竞争与调控

城市排水管道生物膜及底泥中存在着复杂的菌群及其相互作用,可产生H_2S、CH_4等多种有毒有害气体,造成管道腐蚀,危害城市管网安全。在总结2种关键微生物菌群——硫酸盐还原菌(SRB)与产甲烷菌(MA)的分类、代谢机理及两者在产气反应过程中的底物竞争关系的基础上,阐述了SRB、MA在排水管道微环境中的分层分布特征,重点梳理与分析了SRB、MA的调控因素及方法。由于SRB、MA对于不同抑制剂的耐受性不同,且处于生物膜内部的菌群会受到传质阻力的保护作用,因此,控制H_2S时须增加抑制剂的单次投加量,对于CH_4,则须延长抑制剂的投加周期。研究为今后开展管网废气控制提供了微生物学理论基础,并为城市管网防腐及维护提供了具体的调控依据。     

Fe对污水和污泥处理过程中微生物和工艺性能的影响

铁元素作为微生物体内生化所必须的微量元素,影响微生物的生长及污水处理效果。分析了污水和污泥处理过程中,不同浓度和不同价态Fe促进微生物酶的合成和酶促反应的机理,概括了可能导致的微生物群落结构改变的因素;总结了Fe对EPS的分泌、絮体结构的影响,以及Fe加速生物膜的形成和污泥颗粒化的原理。从工艺角度总结了铁元素对UASB、MBR、污泥厌氧消化和生物制氢等工艺的作用,旨在为未来Fe及其他金属元素促进污水处理中微生物活性技术的研究提供思路及借鉴。     

上向流厌氧滤池(UAF)处理城市生活污水的运行效能

采用上向流厌氧滤池(UAF)处理实际生活污水,研究中温条件下水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对系统运行效果及优势产甲烷菌群的影响.结果表明,在35℃,HRT为24 h条件下,系统启动28 d后化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率可达75%以上. HRT由24 h降至2. 5 h的过程中,COD去除率呈现先上升后下降的趋势,在HRT为5h时最高,平均去除率为81. 71%,最高可达87. 18%,当降至2. 5 h后,COD去除率降至75. 12%.甲烷产率(每消耗单位质量底物产生的甲烷的量,以CH4/CODre计)及甲烷体积分数随HRT的降低而增高,HRT为2. 5h时为0. 30 L·g-1,甲烷体积分数维持在73%左右,经能耗核算后可得系统产能可满足蠕动泵能耗需求.对系统内主要的产甲烷菌进行定量分析表明,乙酸营养型产甲烷菌Methanosarcinales丰度最高,为优势菌群,随着HRT的逐渐降低,乙酸营养型和氢营养型产甲烷菌的丰度都有大幅度提高.     

溶解氧对Anammox滤池内功能菌群及活性的影响

针对目前厌氧氨氧化系统内微生物的研究,主要以厌氧氨氧化菌本身这一情况,本研究对长期稳定运行的Anammox滤池内微生物菌群结构进行了测定,同时测试与分析了滤池内厌氧氨氧化菌（AnAOB）、氨氧化菌（AOB）、亚硝酸盐氧化细菌（NOB）和反硝化菌（DNB）的关键动力学常数,探究了溶解氧（DO）浓度从0.2mg/L增加至1.5mg/L,AnAOB、AOB以及NOB活性的变化.结果表明,长期稳定运行的Anammox滤池是一个以厌氧氨氧化功能为主,多菌群共存的混合体系.滤池内厌氧氨氧化活性最高,为5.3mgN/（gVSS·h）,同时系统内DNB和AOB也具有一定活性.DO在0.2~1.5mg/L范围内,AnAOB活性变化不大;随着DO浓度增加,AOB比氨氧化速率从0.76mgN/（gVSS·h）增加到1.08mgN/（gVSS·h）,通过Monod方程进一步得到AOB氧半饱和常数（K_O2,AOB）为（0.106±0.010） mg/L,表明系统内AOB对氧具有极高的亲和力;整个过程基本检测不到NOB的活性.厌氧氨氧化系统中主要功能菌群共存,且相互竞争底物.     

不同污水生物脱氮工艺中N2O释放量及影响因素

微生物的硝化及反硝化过程为污水处理过程中N2O的主要产生源.从微生物学和生物化学反应的角度,阐述了硝化及反硝化过程中N2O的生成机理以及与N2O产生相关的关键酶的基本特性,同时给出了几种典型硝化及反硝化菌的N2O产生与释放情况.通过对实际污水处理厂、不同污水处理工艺,尤其是新工艺过程中N2O释放量及产因的分析,指出污水生物处理过程中N2O的释放量与污水水质、污水处理工艺、工艺的运行工况及微生物的种群结构有关,并对底物浓度、DO浓度、SRT等关键性因素进行了重点论述.在综合分析N2O产生机理及影响因素的基础上,从工艺运行工况及微生物种群优化2个角度,初步提出了控制污水生物处理过程中N2O释放的策略.     

短程硝化的实现、维持与过程控制的研究现状

短程生物脱氮技术目前倍受人们的关注，国内外学者对短程硝化提出了多种实现及维持的控制途径，但仍存在着一些问题。由于活性污泥法中DO，ORP，pH的变化规律从不同角度不同程度地反映了生物脱氮反应的进程，所以用它们作为控制参数就可以对生物脱氮反应进行过程控制。在分析中，通过对国内外短程硝化控制途径的研究现状与发展趋势的分析和总结，针对目前在实现短程硝化及维持短程硝化各种途径中存在的问题，提出了通过在线检测DO，pH，ORP来实现与维持短程硝化的新思路。