容积负荷对ABR-MBR工艺反硝化除磷性能的影响

采用连续流ABR-MBR组合工艺处理生活污水,研究不同容积负荷(volume loading rate,VLR)对该工艺反硝化除磷性能的影响,获得最佳工艺参数.试验考察ABR进水容积负荷(以COD计,下同)分别为0.76、1.01、1.51和2.27 kg·(m~3·d)~(-1)时系统去碳脱氮除磷的性能,并在各ABR容积负荷条件下考察MBR容积负荷对MBR反应器硝化性能的影响.结果表明,在ABR进水容积负荷为1.51 kg·(m~3·d)~(-1)的条件下,系统A2隔室COD去除量最大,并在MBR容积负荷为0.462 kg·(m~3·d)~(-1)时,MBR反应器中实现了短程硝化,系统NH_4~+-N和TN去除率分别达到90%和72%以上,厌氧释磷量为7.41 mg·L~(-1),缺氧吸磷量达到15.42 mg·L~(-1),出水PO_4~(3-)-P浓度低于0.5 mg·L~(-1),这表明短程硝化更有利于强化ABR-MBR系统的反硝化除磷性能.     

C/N和污泥浓度对以pH值调控的亚硝化系统影响

pH是亚硝化系统实现并稳定的重要调控手段,为研究不同C/N(0、1、2、3、4)及污泥浓度(污泥量∶配水量为1∶6、1∶3、1∶1)下亚硝化系统的pH变化规律及在不同pH变化下对污染物去除转化过程的影响,以乙酸钠为碳源,采用锥形瓶接种成熟的亚硝化污泥进行了批次试验.结果表明,相同污泥浓度下,C/N越大,pH增量越大,反硝化效率越高;相同C/N下,污泥浓度越大,pH增量越小,反硝化效率越高.反应系统对碳氮的去除转化与pH变化存在较大的相关性,且反硝化与亚硝化反应具有先后顺序.整个系统运行期间,pH上升过程的比COD去除速率是pH下降时的7～16倍,pH下降过程的比氨氧化速率(SAOR)是上升过程的1～20倍,当pH 6. 1,系统失去氨氧化能力.本试验过程中,C/N为4时该系统碳氮去除效率较其他工况最佳,3个污泥浓度下分别耗时480、350、300 min完成氨的转化及80%的COD去除.不同工况下,亚硝化反应在系统内的占比维持在50%以上,且NO-3-N浓度一直低于5 mg·L-1,表明该系统以亚硝化作用为主导.     

ABR-MBR工艺处理生活污水实现短程硝化

采用ABR-MBR耦合工艺对MBR反应器中实现短程硝化的运行控制条件进行了研究,并为后续研究系统的反硝化除磷性能打下基础.ABR-MBR耦合工艺在不同条件下的运行研究结果表明,在ABR反应器的水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)6 h,污泥回流比100%,硝化液回流比300%,温度30℃±2℃的条件下,通过控制好氧区溶解氧浓度(DO从0.5~1.0 mg·L~(-1)降为0.3~0.7 mg·L~(-1))以及改变MBR反应器有效容积以控制其HRT,最终在MBR反应器HRT从3 h逐步延长至5 h时短程硝化遭到破坏,亚硝酸盐积累率(nitrite accumulation rate,NAR)从60%急剧下降至15%.短程硝化影响因素的分析表明:pH值、游离氨(free ammonia,FA)和游离亚硝酸(free nitrous acid,FNA)对本试验实现短程硝化无显著影响,维持低DO浓度(0.3~0.7 mg·L~(-1))并逐步缩短HRT是本试验实现短程硝化的关键控制因素,温度和污泥停留时间(sludge retention time,SRT)可作为辅助因素与之共同调控.短程硝化期间,系统获得了高效且稳定的COD和NH_4~+-N去除效果,平均出水浓度分别低于50 mg·L~(-1)和2 mg·L~(-1),去除率均在90%以上,TN平均去除率高达72%.     

基质浓度对ABR反应器SAD协同脱氮除碳效能影响

为改善厌氧氨氧化对总氮(TN)去除不完全和有机物对厌氧氨氧化胁迫的问题,采用厌氧折流板反应器(ABR),接种成熟的厌氧氨氧化污泥与城市污水处理厂厌氧污泥,通过不同基质浓度控制,构建厌氧氨氧化耦合反硝化系统(SAD),并考察不同进水基质(COD、NO-2-N、NH+4-N)浓度对耦合系统脱氮除碳效能的影响及污染物去除规律.结果表明,在ABR反应器中可实现厌氧氨氧化与反硝化的耦合反应,并缓解了有机物对厌氧氨氧化菌的抑制效应.当进水COD、NO-2-N和NH+4-N浓度为260、185和100 mg·L-1,比例为2.6∶1.85∶1时,三者出水浓度分别低于10、1.0和0.9 mg·L-1,TN去除率达到99%,实现系统的稳定运行和C、N污染物的超低排放.不同基质浓度和比例条件下,目标污染物去除基本在第1隔室完成,去除率均在75%以上,且厌氧氨氧化反应在SAD耦合系统脱氮中占主导地位.     

污泥龄及pH值对反硝化除磷工艺效能的影响

以SBR成功富集后的反硝化聚磷菌（DPBs）为研究对象,分别考察了污泥龄（SRT,35、25、15 d）及pH值（7.5、8.0、8.5）对反硝化除磷过程的影响.结果表明,SRT从35d缩短至25d,使活性污泥浓度（MLVSS）从2821 mg·L^-1降低为2301 mg·L^-1,而污泥负荷（F/M,以COD/MLVSS计）从0.256kg·（kg·d）^-1增加至0.312 kg·（kg·d）^-1,虽然净释磷量及净吸磷量有所下降,但是由于污泥活性的增加,此阶段厌氧释磷、缺氧吸磷及比反硝化速率均达到最高,分别为25.07、15.92及9.45 mg·（g·h）^-1,污泥含磷率从4.78%升为5.33%,出水PO₄^3--P浓度保持在0.5 mg·L^-1以下,即PO₄^3--P去除率稳定在95%以上;当SRT进一步缩短为15d时,MLVSS低至1448 mg·L^-1,污泥中DPBs占聚磷菌（PAOs）的比例从82.4%骤降为65.7%,表明过短的SRT使得DPBs逐渐从系统中流失,此阶段污泥含磷率降至3.43%,释磷、吸磷及比反硝化速率亦出现不同程度的降低.随着pH值的升高（7.5~8.0）,厌氧释磷及缺氧吸磷速率也升高,pH值为8.0时分别达到25.86mg·（g·h）^-1和16.62 mg·（g·h）^-1;当pH超过8.0后,除磷效率快速下降,推测为磷化学沉淀导致.     

ABR-MBR反硝化除磷工艺的启动及稳定运行

以低C/N值生活污水为处理对象,重点考察了以厌氧/缺氧(A/A)运行的ABR耦合好氧MBR系统启动过程中脱氮除磷特性及系统长期运行的稳定性.结果表明,控制ABR容积负荷(VLR)为0. 8 kg·(m3·d)-1,污泥回流比为80%,硝化液回流比从150%逐步提升稳定至300%,反硝化除磷功能区污泥停留时间(sludge retention time,SRT)为25 d,MBR溶解氧(DO)为1～2 mg·L~(-1),温度为30℃±2℃,于46 d成功富集了反硝化聚磷菌(denitrifying phosphorus bacteria,DPBs),净释磷量为20. 56 mg·L~(-1),净吸磷量达到27. 74 mg·L~(-1),批次实验表明约84. 8%的聚磷菌(PAOs)能够利用NO-3-N作为电子受体进行反硝化除磷.启动成功后稳定运行50 d,对COD、NH+4-N、TN和PO_4~(3-)-P的平均去除率分别为91. 8%、99. 0%、71. 5%和94. 2%,系统缺氧反硝化除磷去除1 mg·L~(-1)的PO_4~(3-)-P,同步消耗约0. 83 mg·L~(-1)的NO-3-N,满足同步脱氮除磷的要求.     

ABR-MBR工艺反硝化除磷微生物群落特征分析

为了揭示ABR-MBR组合工艺中反硝化除磷微生物种群演替规律,采用Miseq高通量测序技术考察了该工艺在不同运行阶段除磷功能区的微生物群落结构。结果表明,硝化液回流比逐步从150%提升至300%可促进反硝化除磷菌大量富集,促进系统的启动和稳定运行;系统在运行过程中始终保持较高的微生物多样性;优势微生物种群均以变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主,最大丰度分别为55.13%和7.76%,且变形菌门功能性微生物主要集中在γ-变形菌纲(Gamaproteobacteria);功能性除磷菌属主要为气单胞菌属(Aeromonas),假单胞菌属(Pseudomonas)和黄杆菌属(Flavobacterium);其中在逐步提升硝化液回流比过程中气单胞菌属(Aeromonas)被大量富集,其在γ-变形菌纲(Gamaproteobacteria)的相对丰度由5.30%上升至41.49%并在系统后续运行中维持主导地位。系统除磷效果与功能性除磷微生物相对丰度的变化密切相关。系统中微生物种群的多样性和功能微生物的结构稳定性为ABR-MBR工艺的稳定运行和高效处理提供了保证。