缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥反应器的启动及稳定运行

在室温下(17~19℃),通过接种成熟的亚硝化颗粒污泥于缺氧-好氧连续流反应器中,研究连续流亚硝化颗粒污泥的启动及稳定运行.结果表明,在启动阶段,颗粒污泥系统的亚硝态氮积累率(NAR)平均超过95%,成功启动了缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥系统.将好氧区溶解氧(DO)由(3±0.2) mg·L~(-1)提高到(4.5±0.2) mg·L~(-1),探究DO对于该连续流系统的影响.结果表明,在较高DO下,缺氧-好氧连续流亚硝化颗粒污泥系统仍能保持良好的亚硝化性能,平均NAR大于95%.另外,通过改变进水的水力停留时间(HRT),探究HRT对于该连续流系统的影响.较短的水力停留时间(8.4 h)会加快污泥颗粒在系统中的循环,使破碎的颗粒污泥不能及时重组,致使污泥颗粒沉淀性变差,造成污泥颗粒的流失.HRT增加到12.2h时,颗粒污泥系统得到了恢复,并且可以稳定运行.在运行末(166 d),氨氮去除率和NAR分别为86.7%和96.2%.     

好氧颗粒污泥生物脱氮技术的研究现状及方向

结合国外关于好氧颗粒污泥的研究成果,论述了有关好氧颗粒污泥形成过程中的影响因素,如沉降时间、水流剪力、溶解氧(DO)、胞外多聚糖(EPS)等.介绍了好氧硝化颗粒污泥、亚硝化颗粒污泥、同步硝化反硝化颗粒污泥及同步脱氮除磷颗粒污泥等生物脱氮的研究现状,指出了连续流条件下好氧颗粒污泥亚硝化反硝化及颗粒污泥活性恢复等研究方向.     

A2O工艺处理生活污水短程硝化反硝化的研究

在常温条件下,采用A2O工艺处理低C/N比实际生活污水,通过控制好氧区DO为0.3~0.5mg/L以及增大系统内回流比以降低好氧实际水力停留时间(AHRT),成功启动并维持了短程硝化反硝化;系统亚硝态氮积累率稳定维持在90%左右.在C/N比仅为2.34的情况下,短程硝化系统对总氮(TN)的去除率高达75.4%.通过对不同碳源类型、不同硝化类型以及不同DO水平下A2O系统脱氮效率的比较研究发现,低氧短程硝化反硝化阶段与外加碳源的全程硝化反硝化阶段的TN去除率相当.同时研究表明,低DO运行并不会导致A2O工艺发生污泥膨胀.当接种污泥为膨胀污泥时,控制DO在0.3~0.5mg/L反而有助于改善污泥沉降性能和出水水质.     

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%.     

连续流好氧颗粒污泥系统处理低COD/N实际生活污水的工艺优化

在连续流合建式反应器中接种成熟好氧颗粒污泥处理低碳氮比(COD/N)的实际生活污水,研究了曝气量和水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对连续流好氧颗粒污泥系统脱氮除磷和颗粒污泥稳定性的影响.结果表明,当曝气量为300 m L·min-1(表观气速为1.2 cm·s-1)、HRT为7.5 h时,反应器对化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、总氮(total nitrogen,TN)和总磷(total phosphorus,TP)去除率达到最高,分别为76.34%、51.23%和53.70%.整个系统在此条件下能够稳定运行,污泥浓度(mixed liquor suspended solids,MLSS)为2 000 mg·L-1左右,污泥体积指数(sludge volume index,SVI)保持在50 m L·g-1以下,好氧颗粒污泥形态完整,沉降性能良好.低COD/N的实际生活污水促进了好氧颗粒污泥胞外多聚物(extracellular polymeric substance,EPS)的增长,蛋白质(protein,PN)和多聚糖(polysaccharide,PS)的比值高达17.9,相对于PS,PN对颗粒污泥的稳定性有更大的促进作用.     

城市污水连续流半亚硝化实现维持机理与工艺创新研究

常温(20～29℃)限氧条件下(DO0.2mg·mL-1),以城市污水A/O除磷工艺处理出水为原水,在推流式好氧反应器中,考察了城市污水连续流半亚硝化实现维持的内在机制与影响因素,开发了一套新型半亚硝化工艺运行模式.试验结果表明,接种污泥性质、反应器污泥浓度(MLSS)和单级反应器好氧/缺氧交替内循环的运行方式是城市污水实现维持半亚硝化的关键影响因素.随着回流比的加大,亚硝氮累积率持续稳定上升,试验获得亚硝氮累积率平均为85%,最高达到96%.长期在低DO条件下运行,污泥沉降性能良好,SVI值在70～110mL.g-1.半亚硝化工艺出水NO2--N/NH4+-N平均为1.0,可为城市污水的厌氧氨氧化(ANAMMOX)提供合适的进水基质.试验后期,总氮(TN)去除率达到50%,批量实验证实去除途经为厌氧氨氧化,这一试验结果为开发低氨氮城市污水同步半亚硝化-厌氧氨氧化工艺提供了研究基础.     

接种好氧颗粒污泥快速启动硝化工艺的过程研究

中温(28～30℃)条件下,以自配无机氨氮废水为研究对象,在柱形SBR反应器中接种好氧颗粒污泥,通过逐步提升进水NH4+-N浓度(100～1 000 mg·L-1)和缩短水力停留时间(8～4 h),快速启动硝化颗粒污泥工艺.系统运行约30 d时,进水NH4+-N负荷达3.9 kg·(m3.d)-1,NH4+-N平均去除率在95%以上;后续高负荷运行阶段,氨氧化速率达5.0 kg·(m3.d)-1左右;反应器中出现亚硝酸盐持续积累的现象,25～70 d期间,NO2--N积累速率达2～4.5 kg·(m3.d)-1;尽管进水组分发生变化(COD/N),且进水负荷波动频繁,但整个运行过程中污泥始终保持良好的颗粒结构,SVI为30～40 mL·g-1,36 d时粒径大于0.21 mm的颗粒污泥约占污泥的93%(质量分数);颗粒污泥由接种时的浅黄色逐渐变为棕黄色,部分变为棕色.结果表明,以好氧颗粒污泥接种是快速启动硝化工艺和形成硝化颗粒污泥的关键.     

Type 0092丝状菌污泥微膨胀在短程硝化中的实现

利用Type 0092丝状菌不易引发污泥恶性膨胀的特点,本实验采用实际生活污水,以SBR反应器接种短程硝化污泥,考察了短程硝化状态下启动Type 0092丝状菌污泥微膨胀的特性,研究了系统启动与维持期间的污泥沉降性能、亚硝酸盐积累率(NAR)、污染物去除特性以及污泥菌群结构变化情况.结果表明控制DO为0. 3～0. 8 mg·L~(-1),F/M(以COD/MLSS计)=0. 24 kg·(kg·d)~(-1),按照交替缺氧/好氧模式运行(单周期3次,缺氧∶好氧=20 min∶60 min),能够启动Type 0092丝状菌污泥微膨胀与短程硝化耦合,系统SVI值维持在180 m L·g~(-1)左右,NAR一直维持在99%左右,COD和TN去除率能够分别提高约13%和5%,相较于传统全程硝化非微膨胀状态曝气量能节省约62. 5%.当交替缺氧/好氧模式变为单周期交替6次,缺氧∶好氧=10 min∶30 min,亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性会恢复,使短程硝化被破坏;低溶解氧、交替缺氧/好氧、低负荷是实现Type 0092丝状菌污泥微膨胀的关键因素,当负荷(以COD/MLSS计)大于0. 25 kg·(kg·d)~(-1)时,仅靠低溶解氧和间歇曝气无法维持污泥微膨胀状态.     

pH控制生物膜移动床反应器完全亚硝化的研究

接种硝化污泥以优势菌种法挂膜,在DO浓度为1.5～2.0 mg/L,温度为(30±1)℃,HRT为24 h的条件下,以pH控制启动移动床完全亚硝化生物膜反应器,并研究了氨氮负荷(NLR)和水力停留时间(HRT)对系统稳定性的影响.结果表明,在进水氨氮浓度为150 mg/L的情况下,pH控制在7.7～8.2,经过10 d驯化生物膜系统达稳定的完全亚硝化状态,氨氮转化率达96%以上,亚硝酸盐积累率高于95%;NLR(以NH4 -N计)从0.15 kg/(m3·d)提高到0.24 kg/(m3·d)基本不影响完全亚硝化的稳定性,氨氮转化率高于90%,亚硝酸盐积累率始终维持在96%左右;低NLR下,延长HRT由于过度曝气导致硝化类型改变为完全硝化,然而缩短HRT仍可恢复为亚硝化.     

部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合工艺处理污泥脱水液

在缺氧滤床+好氧悬浮填料生物膜工艺中实现部分亚硝化,然后进行厌氧氨氧化(ANAMMOX),考察其对高含氮、低C/N污泥脱水液的处理能力.结果表明,亚硝化反应器在15~29℃、DO 6~9mg/L条件下,通过综合调控进水氨氮负荷(ALR)、进水碱度/氨氮、水力停留时间(HRT)等运行参数,可以调节出水(NO2--N)/(NH4+-N)的比率,能够较好地实现部分亚硝化反应以完成厌氧氨氧化.当进水ALR为1.16kg/(m3·d),进水碱度/氨氮为5.1时,出水(NO2--N)/(NH4+-N)在1.2左右,(NO2--N)/(NOx--N)大于90%,进入ANAMMOX反应器的氮物质去除率达到83.8%.     

数学模拟好氧颗粒污泥的形成及水力剪切强度对颗粒粒径的影响

以生物膜数学模型和活性污泥数学模型为基础,建立好氧颗粒污泥一维数学模型,并模拟营养物质的去除、颗粒粒径变化、反应器周期表现以及好氧颗粒污泥内DO和菌群分布.模拟有机物SS浓度和出水NH4+-N浓度逐渐降低,在大约50 d左右达到稳定,50 d后模拟出水浓度分别<25 mg.L-1和<1.5 mg.L-1.模拟出水NO3--N浓度随着粒径的增加呈现降低趋势.当颗粒粒径由模拟30 d时的1.1 mm增加到100 d时的2.5 mm,颗粒污泥缺氧区面积相应增加,总氮(TN)的去除率由不到10%增加到91%左右,最终模拟出水NO3--N浓度降低到<3 mg.L-1.在好氧颗粒污泥系统内,由于氧气传质阻力,模拟颗粒污泥外层DO浓度高而内层浓度低,颗粒内可以发生同时硝化反硝化,且好氧颗粒污泥内DO特征随时间而发生变化.在好氧初期,好氧颗粒污泥代谢活性高,模拟DO传质深度大约为100～200μm;而在好氧末期,模拟DO传质深度为800μm.模拟自养菌主要分布在DO浓度高的颗粒外层,异养菌分布在整个颗粒.当水力剪切系数kde由0.25(m.d)-1逐渐增加到5(m.d)-1时,模拟颗粒平衡粒径依次由3.5 mm左右减小到大约1.8 mm.在不同水力剪切强度下模拟颗粒污泥生长特征相似,其平衡状态下粒径随曝气强度的增加而减小,可以通过控制曝气强度来控制好氧颗粒污泥的平衡粒径.     

连续流反应器短程硝化的快速启动与维持机制

如何快速稳定地启动短程硝化工艺对低C/N比废水的处理具有十分重要的实际应用价值.针对城市污水厂以连续流工艺为主的现状,故对连续流反应器短程硝化的快速启动与维持进行研究.结果表明,利用间歇曝气,依次控制3个阶段的停/曝时间(15 min/45 min、45 min/45 min和30 min/30 min),连续流反应器经过60 d左右的运行,可以成功实现短程硝化的快速启动.控制停/曝时间为30 min/30 min,进水氨氮浓度为50或100 mg·L~(-1)时,亚硝化率分别可达90%或95%.另外,间歇曝气有利于抑制硝化菌(NOB)的活性,而缩短水力停留时间(HRT)可淘洗出NOB,两者结合可以更好地维持短程硝化.     

活性污泥法和生物膜法SBR工艺亚硝化启动和稳定运行性能对比

在室温(25℃)条件下,同时启动活性污泥和生物膜SBR亚硝化反应器并稳定运行后,探究延长水力停留时间(HRT)和溶解氧(DO)对两工艺性能破坏与恢复的影响.结果表明,活性污泥反应器更易启动亚硝化,但当DO为2~2.5 mg·L~(-1)时亚硝化被破坏,且通过降低DO至0.5~1 mg·L~(-1)可恢复性能,而生物膜则基本不受DO影响.延长HRT均会破坏两种工艺的稳定运行,活性污泥法相比于生物膜法,其抵抗力较差但缩短HRT后恢复性能快于生物膜法.随后不断降低温度(20、15、10℃),探究DO和温度对亚硝化稳定的协同作用,结果表明温度的降低会破坏亚硝化的稳定运行,但通过DO浓度的降低可以弥补温度降低带来的不利影响,另外发现在温度大于20℃时,活性污泥法实现亚硝化速率优于生物膜法,而在低温条件(15℃以下),生物膜法更容易实现亚硝化的稳定运行,活性污泥法在10℃时,几乎没有处理氨氮的能力.通过分子微生物学分析证实了以上结论,并且发现在并不完全淘洗净NOB的条件下,也可以实现亚硝化的稳定运行.     

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%.     

好氧/除磷颗粒对亚硝化颗粒污泥启动的影响

在室温下,采用R1、R2、R3三组相同的SBR反应器接种污水厂回流污泥,比较了添加好氧颗粒、除磷颗粒对亚硝化颗粒污泥启动及稳定运行的影响.结果表明,在S1(0~22 d)阶段,R1、R2、R3均用了19 d启动亚硝化.在S2阶段(23~56d),R1不添加颗粒污泥,R2、R3分别添加20%好氧颗粒和20%除磷颗粒诱导亚硝化絮状污泥颗粒化,R1、R2和R3分别在76、42 d和56 d平均粒径达到412、468、400μm,均成功实现颗粒化.在S3阶段(57~108 d),进水氨氮负荷和COD负荷分别由0.4 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.5 kg·(m~3·d)~(-1)和0.2 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.5 kg·(m~3·d)~(-1),R1、R2反应器中颗粒粒径增加明显,但R3发生了污泥膨胀.在运行末期(108 d),R1和R2的平均粒径分别达到689μm和893μm.接种好氧颗粒和除磷颗粒均能快速实现亚硝化污泥的颗粒化,并且接种好氧颗粒的亚硝化颗粒污泥系统能适应较高C/N比进水,耐冲击负荷,能长期稳定运行.     

缺氧/好氧比对连续流半亚硝化稳定性的影响

为研究不同缺氧好氧比对半亚硝化稳定性的影响,采用连续流反应器,在常温(22~25 ℃),DO(0.3~0.5mg/L)和FA协同作用下实现了全亚硝化后,转变进水为AO除磷二级出水,并逐步向半亚硝化过渡.在此过程中考察了不同缺氧好氧比(0:1、1:1、2:1和3:1)对半亚硝化稳定性的影响.结果表明,缺氧好氧比为0:1时,很难维持低NH₄⁺-N(40~70mg/L)亚硝化的稳定,缺氧好氧比为1:1、2:1、3:1时均能维持稳定的半亚硝化效果,相比之下缺氧好氧比为3:1时更加节能;在缺氧好氧比0:1,1:1,2:1,和3:1的过程中,氨利用速率分别提高了29.57%、44.27%、45.23%、49.63%.在整个过程中污泥沉降性能良好,SVI在65~130mL/g.     

缺氧/好氧交替连续流的生活污水好氧颗粒污泥运行及污染物去除机制

室温下接种成熟的好氧颗粒污泥于由独立的缺氧池和好氧池组成的缺氧/好氧交替连续流系统中,以实际生活污水为进水基质,探究曝气强度和水力停留时间对连续流系统的影响.研究表明在回流比为2,较小的曝气强度（0.6mL·min^-1）和适当的水力停留时间（9 h）条件下更有利于污染物的去除,此时TP平均去除率为80.43%,TN平均去除率为83.6%,COD平均去除率为90.39%,污泥浓度为2100 mg·L^-1左右,污泥体积指数保持在50 mL·g^-1以下,颗粒粒径在700~800 nm之间.用EEM-PARAFAC模型对不同阶段的EPS表征结果表明,EPS组成成分随着运行参数的改变而改变,水力停留时间对连续流系统有更大的影响.此外通过高通量测序的方法评估连续流系统中的微生物多样性,建立污染物去除模型,并在系统中发现了与脱氮除磷相关的11种主要功能菌.     

溶解氧对单级颗粒污泥自养脱氮系统影响的模拟

为了研究溶解氧对SBR单级颗粒污泥自养脱氮系统的影响,基于活性污泥ASM3模型和短程硝化-硝化-反硝化模型,将颗粒污泥传质过程与氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AAOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、反硝化菌（DNF）的生长过程、好氧内源呼吸及缺氧内源呼吸过程等耦合,建立了单级自养脱氮颗粒污泥动力学模型,并对颗粒内部基质浓度分布进行预测.结果显示,当DO为0.4mg/L时,好氧区和缺氧区（厌氧区）的比例为0.4：1;当DO为0.6mg/L时,颗粒污泥好氧区与缺氧区（厌氧区）的比例为3：1.同时,根据基质反应速率方程,建立了颗粒污泥的单级自养脱氮系统动力学模型,对SBR系统运行效果进行预测,结果显示,DO为0.6mg/L时,氨氮反应完全,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在5mg/L以下,总氮去除率模拟值为89%左右,略低于实际测量脱氮率95%.     

A/O生物脱氮工艺处理生活污水中试(一)短程硝化反硝化的研究

应用A/O生物脱氮中试试验装置处理实际生活污水,从pH、污泥浓度(MLSS)、自由氨(FA)、温度、污泥龄(SRT)、溶解氧(DO)和水力停留时间(HRT)等方面系统的分析了A/O工艺实现短程硝化反硝化的主要影响因素.结果表明,DO浓度是A/O工艺实现短程硝化反硝化的主要因素,由FISH检测发现长期控制低DO浓度(0.3～0.7 mg·L-1)可以导致亚硝酸盐氧化菌(NOB)的淘洗,从而实现稳定的亚硝酸盐积累率,试验获得平均亚硝酸氮积累率为85%,有时甚至超过95%.提高DO浓度,1周内亚硝酸氮积累率从85%降到10%,继续维持低DO浓度,大约需要2个污泥龄时间才可重新恢复到较高的亚硝酸氮积累率(＞75%).低DO浓度下,试验初期污泥沉淀性能随着亚硝酸氮积累率的增加而变差,而在试验后期,无论亚硝酸氮积累率多高,污泥沉淀性能一直很好,SVI值处于80～120 mL·g-1     

CSTR和MBR反应器的短程硝化快速启动

为实现短程硝化的快速启动,采用完全混合反应器(CSTR)和膜生物反应器(MBR)进行短程硝化启动性能对比研究,考察两个反应器在启动时间、氮素转化和污泥性能3个方面的差异.结果表明在进水C/N=1,温度为30℃±1℃,pH为7.5~8.0,DO为0.6~1.0 mg·L~(-1),结合缺氧/好氧比为1∶3(15 min∶45 min)和缩短HRT,CSTR和MBR分别运行56 d和44 d成功启动短程硝化,MBR启动周期较短.运行至第14 d、第28 d和第56 d时,CSTR和MBR亚硝累积率平均为51%、66%、89%和50%、71%、93%,硝酸盐氮生成速率(以NO_3~--N/MLVSS计)依次为7.4、4.0、1.7和7.6、3.5、1.0 mg·(g·h)~(-1),MBR在第28 d和第56 d表现出较高的亚硝累积率和较低的NO_3~--N产率,有利于短程硝化的快速启动.整个运行过程中,两个反应器内的亚硝化污泥均呈黄色,SVI在55~110 mL·g~(-1),MLVSS/MLSS稳定在0.6~0.8左右,良好的污泥性能为CSTR和MBR短程硝化的快速启动创造了有利条件.MBR在短程硝化快速启动中展现出更明显的优势.