厌氧活性污泥的颗粒化及其影响因素

本文对颗粒污泥的一些最新研究作了综述。描述了上流式厌氧污泥床反应器中颗粒污泥的形态、组成和结构;介绍了颗粒污泥的形成机理;讨论了污泥颗粒化的影响因素。     

不同泥龄对活性污泥絮凝特性的影响

为了揭示不同污泥龄活性污泥的絮凝特性及作用机制,采用序批式反应器,考察污泥龄（solid retention time,SRT）对絮体EPS（extra-micro colony polymeric substances,EMPS）和菌胶团EPS（extra-cellular polymeric substances,ECPS）2种EPS组分的影响,通过扩展的DLVO理论和EPS组分解析不同污泥龄的絮凝性能。研究结果表明,随着SRT的增大,活性污泥的相互作用能曲线存在明显的势垒和势垒值逐渐减少,EMPS和ECPS含量逐渐减少,且相对于ECPS的变化,EMPS含量随泥龄的变化更加明显,其中蛋白质与腐殖质含量逐渐降低,污泥絮凝性能变好。这表明,较高的污泥相互作用能势垒和EMPS组分含量是污泥絮凝性能低的内在机制,且EMPS中蛋白质和腐殖质含量的变化是不同污泥龄污泥絮凝性能差异的主要原因。     

活性污泥中温与高温絮凝特性

为了揭示中温与高温活性污泥的絮凝特性及其作用机制,本研究采用序批式反应器,分别在35℃及55℃条件下培养了中温与高温活性污泥,考查了2种活性污泥的相互作用能与胞外聚合物的特性。研究结果表明：高温污泥系统出水浊度为（145±22．9）NTU,是中温污泥系统的近50倍。中温污泥的相互作用能曲线存在明显的势垒（313．4×10^-20J）,而高温污泥不存在明显势垒;高温污泥的松散型胞外聚合物与紧致型胞外聚合物的含量分别为中温污泥的12倍及3．5倍,且胞外聚合物中蛋白质、多糖、腐殖酸和DNA的含量均高于中温污泥的含量。这表明,尽管高温污泥相互作用能势垒低,但其胞外聚合物,尤其是松散型胞外聚合物含量过高,是高温污泥絮凝性能低的内在机制,而胞外聚合物组成特征不是中温和高温污泥絮凝性能差异的主要原因。     

活性污泥絮凝沉降速率计算方法研究

污水处理厂二沉池的运行效率受活性污泥沉降行为的影响十分显著,由于缺少有效的监测手段,有关活性污泥絮凝沉降速率的研究开展较少。基于固体一维通量的连续性方程,提出了一种计算活性污泥絮凝沉降速率的新方法。结果表明:活性污泥的絮凝沉降速率随着沉降柱深度的加深而增加,随絮凝沉降时间的增加而减小;活性污泥初始浓度和离子强度对絮凝沉降速率有很大影响,当活性污泥初始质量浓度从195mg/L增加到815mg/L时,最大絮凝沉降速率可从4.6cm/min增大到12.8cm/min;铝盐投加量从0mg/L增加到20mg/L时,最大的絮凝沉降速率可从3.9cm/min增大到10.1cm/min。     

胞外多聚物对活性污泥絮凝性能影响的研究进展

活性污泥的絮凝性能直接影响出水SS浓度,而胞外多聚物(EPS)是影响活性污泥絮凝性能的重要因素。从EPS的组分及其化学性质入手,结合现有的活性污泥絮凝机制评价了EPS在活性污泥絮凝性能中的重要作用,系统分析了EPS组分对污泥絮凝性能的影响,以及EPS产量和组分的影响因素,并就近年来的研究热点———松散层EPS、致密层EPS与活性污泥絮凝性能的关系进行了归纳,还对利用EPS提高活性污泥絮凝性能的技术应用进行了总结。最后,对该领域的研究方向进行了展望。     

剪切应力对活性污泥絮体特征的影响

采用具有自动控制系统可周期性改变搅拌速度的生物反应器处理生活污水,研究了剪切应力周期变化对活性污泥絮体特征及功能菌群分布的影响。结果表明,在相同的运行条件下,运行初期的污泥形态不规则,结构疏松,其内部各功能菌群丰度差异较大,污泥絮体粒径受剪切应力影响较大,最大和最小剪切应力下污泥平均粒径相差30μm;随着反应器运行时间的延长,活性污泥絮体的粒径减小;到达运行稳定期,污泥粒径较小,但结构紧实,最大和最小剪切应力下污泥平均粒径相差仅为6μm,说明剪切应力对污泥粒径的影响减弱,其主要作用在于维持污泥絮体相对稳定的三维结构及相对平衡的功能菌群分布。此外,处理效果研究也表明,稳定的污泥结构有助于污染物去除效率的提高。     

影响活性污泥脱氮效率的因素

活性污泥对氮的去除主要通过硝化和反硝化作用来进行。温度、pH、溶解氧浓度、污泥龄、毒性物质、污水性质(有机物含量、氮浓度)都会对系统脱氮能力产生影响。一般较高的pH、延长污泥龄、较低的溶解氧浓度和较低的有机碳浓度均能提高系统的硝化能力,反硝化/硝化系统具有投资省、脱氮效率高等优点。除甲醇外,其它一些工业废弃物也可作为促进反硝化作用的碳源。由于厌氧环境有利于反硝化作用,所以厌氧/好氧(A/O)法和间歇式活性污泥法(SBR)具有极高的脱氮效率。     

微生物絮凝及其絮凝机理

从微生物絮凝剂的种类,理化性质,絮凝效果以及制备等方面对微生物絮凝剂的研究进展进行了综述,并对其絮凝机理进行探讨,提出了今后研究的方向。     

活性污泥胞内物质合成影响因素的研究进展

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是微生物胞内的一种碳源和能量储存物质,由于其在胞内物质和能量转化过程中扮演关键角色,因此在新型生物脱氮除磷工艺的微观机制研究中引起了高度重视.目前针对活性污泥胞内物质的合成已展开了大量研究工作.结果表明,底物、电子受体、污泥龄(SRT)和环境因子是影响PHA合成的重要因素.这些因素影响生物反应系...     

Ca(II)在活性污泥生物絮凝中的作用研究

采用4个平行的序批式反应器(SBR),研究了进水Ca²⁺浓度对活性污泥絮体表面特性和结构稳定性的影响,并由此来确定Ca²⁺在生物絮凝中的作用。结果表明：随着进水Ca²⁺浓度的增加,污泥中的Ca含量逐渐增大。进水中Ca²⁺的加入,增大了污泥絮体的粒径和密度,进而改善了污泥的沉降性能;Ca²⁺的加入,使可供结合的蛋白质数量最高增至近1倍,污泥表面疏水性也相应增强;污泥絮凝性能的改善,主要和可供Ca²⁺结合的蛋白质含量增加有关,而非多糖;EDTA通过络合污泥絮体中的Ca²⁺,破坏了由Ca²⁺架桥形成的污泥絮体结构,这说明Ca²⁺可通过和胞外聚合物（extracellular polymeric substances, EPS）中的负电官能团架桥来促进污泥絮体的形成并维持絮体结构的稳定性。     

Ca(Ⅱ)在活性污泥生物絮凝中的作用研究

采用4个平行的序批式反应器(SBR),研究了进水Ca2+浓度对活性污泥絮体表而特性和结构稳定性的影响,并由此来确定Ca2+在生物絮凝中的作用.结果表明:随着进水Ca2+浓度的增加,污泥中的Ca含量逐渐增大.进水中Ca2+的加入,增大了污泥絮体的粒径和密度,进南改善了污泥的沉降性能;Ca2+的加入,使可供结合的蛋白质数量最高增至近1倍,污泥表面疏水性也相应增强;污泥絮凝性能的改善,主要和可供Ca2+结合的蛋白质含量增加有关,而非多糖;EDTA通过络合污泥絮体中的Ca2+,破坏了山Ca2+架桥形成的污泥絮体结构,这说明Ca2+可通过和胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中的负电官能团架桥来促进污泥絮体的形成并维持絮体结构的稳定性.     

pH对活性污泥表面特性和形态结构的影响

采用4个平行的序批式反应器,研究了不同pH下活性污泥絮体表面特性和形态结构的变化.结果表明:酸性条件下(pH=4.0,5.5)污泥产生的胞外聚合物总量较多,其中多糖和蛋白质的含量远大于中性(pH=7.0)和偏碱性条件(pH=9.0).污泥表面Zeta电位随pH的升岛而降低;pH对污泥相对疏水性的影响规律并不明显,EPS组成比例较EPS总量本身更易影响污泥表面相对疏水性;此外,在酸性条件下,丝状菌大量生长,导致污泥絮体的平均粒径增大,并且呈现双峰粒径分布,絮体分形维数较低,结构松散;在中性条件下,无明显丝状菌牛长,絮体平均粒径减小,分形维数较高,结构致密;偏碱性条件下,虽然没有出现大量丝状菌,但絮体平均粒径较中性条件略有增大,分形维数相应减小.     

流态对活性污泥硝化性能及菌群结构的影响

生化反应器流态会影响基质分布,从而影响反应器内微生物的性能与菌群结构。在相同氮负荷下运行SBR和CSTR以对比分析2种典型流态(推流式和完全混合式)对活性污泥中硝化菌性能及其菌群结构的影响。结果表明,SBR中,氨氧化速率(AUR)和亚硝酸盐氧化速率(NUR)分别为(16.55±2.05)mg N/(L·g VSS·h)和(15.33±2.02)mg N/(L·g VSS·h),CSTR中AUR和NUR分别为(10.13±0.73)mg N/(L·g VSS·h)和(9.34±2.56)mg N/(L·g VSS·h);SBR中,氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)含量分别为(3.4±0.3)%和(5.4±1.2)%,优势菌分别为Nitrosomonas europaea-Nitrosococcus mobilis lineage和Nitrobacter,CSTR中,AOB和NOB含量分别(3.1±0.4)%和(6.8±1.1)%,优势菌分别为Nitrosospira和Nitrospira。虽然2个流态下的硝化菌含量接近,但推流式的硝化速率比完全混合式高64%,这是因为推流式更有利于反应速率较快的r-strategist(Nitrosomonas europaea-Nitrosococcus mobilis lineage和Nitrobacter)生存,而完全混合式则更利于反应速率较慢K-strategist(Nitrosospira和Nitrospira)生存。     

污泥絮凝调理对絮体理化性质的影响机制研究

采用无机混凝剂聚合氯化铝(PAC)、FeCl3和巴斯夫系列的聚丙烯酰胺(PAM)对污水处理厂的污泥进行化学调理,通过测定污泥毛细吸水时间(CST)、粒径、Zeta电位、结合水含量以及不同胞外聚合物(EPS)组分,研究了不同混凝剂调理对污泥脱水性的改善效果及其作用机制。研究表明:化学调理污泥时PAC和FeCl3所需的投加量远高于PAM,而且调理效果较差;PAM调理后,污泥粒径明显上升,远大于PAC或FeCl3调理后的污泥粒径;污泥调理过程中,粒径的变化与CST没有表现出明显的相关性。此外,絮凝调理过程主要通过压缩污泥EPS结构,促使储存在其中的部分水分释放出来,从而降低结合水含量。     

高盐废水体系运行模式对活性污泥颗粒化过程的影响

好氧颗粒污泥(AGS)技术在高盐废水处理领域具有广阔应用潜力,高盐胁迫条件下运行模式对造粒过程影响尚不清晰。采用3个序批式反应器(SBR),探究好氧模式(R1)、厌氧/好氧模式(R2为厌氧推流进水30 min;R3为厌氧推流进水120 min)对活性污泥颗粒化过程及高盐废水处理效能的影响。结果发现,R1、R2和R3造粒时间无显著差异(分别在第13、13、10 d实现完全颗粒化),而R3培养的颗粒结构更致密、胞外蛋白/胞外多糖(PN/PS)含量较高。3个SBR均可在高盐废水体系实现高TOC去除率(>97%);R1和R2的NH₄⁺-N去除率大于96%,而R3在50%~70%波动,可能是硫酸盐还原菌(Desulfovibrio和Fusibacter)在长厌氧推流进水过程产生的S^2-抑制了硝化反应。本研究结果可为高盐废水体系活性污泥造粒过程提供参考。     

酸处理对活性污泥脱水性能的影响及其作用机理

用硫酸对活性污泥进行脱水前预处理,可使污泥中水分分布发生有利于机械脱水的变化,即结合水含量减少、可脱水程度增大,从而改善活性污泥脱水效果.试验数据表明,只加阳离子PAM调理,污泥经过板框压滤脱水后(压榨时间30 min)泥饼含水率为76.14%;经过酸化预处理后再加阳离子PAM可以使泥饼含水率降至70.24%.不管是过滤脱水还是离心脱水过程,酸处理对污泥脱水速率没有太大影响,却可以提高污泥可脱水程度.进一步研究发现,酸处理的机理是:酸处理使污泥中胞外聚合物ECP水解、微生物细胞瓦解,从而絮体内部间隙水、细胞内部间隙水被释放变成自由水,污泥水分分布发生变化,污泥可脱水程度提高,最终导致污泥脱水效果好.     

耐镉硫酸盐还原活性污泥的驯化及其微生物群落结构分析

为了驯化耐镉硫酸盐还原活性污泥,在上流式厌氧反应器中分别接种厌氧颗粒污泥和铅锌尾矿砂污染土壤(分别记为1#、2#反应器),考察驯化过程中进出水COD、SO2-4、S2-和Cd2+浓度的变化情况,并借助高通量测序技术对污泥中的微生物群落结构进行分析.结果表明,经过两个阶段驯化,驯化结束时(第108天),1#和2#反应器对...     

叶绿素a对活性污泥中红斑顠体虫生长特性的影响

活性污泥-生物膜复合工艺在春夏之交常发生红斑顠体虫的爆发性繁殖,使系统性能恶化。用螺旋藻和活性污泥在光照培养箱中对红斑顠体虫进行培养,通过指数拟合,得出红斑顠体虫的指数增长率和倍增时间。用螺旋藻和活性污泥单独培养,红斑顠体虫倍增时间分别可达1.44 d和2.04 d。用活性污泥和螺旋藻对红斑顠体虫进行联合培养,发现在污泥浓度为132 mg/L时,叶绿素a浓度为85.9 mg/m3时,其倍增时间为1.14 d。可见在叶绿素a、活性污泥以及两者协同影响下,都可促进红斑顠体虫的生长。     

电絮凝处理腐殖酸过程中阳极钝化影响因素分析

针对电絮凝(electrocoagulation,EC)处理腐殖酸(humic acid,HA)过程中电极易发生钝化,造成处理效能下降的问题,主要探究了阳极表面粗糙度、初始pH、初始HA浓度对于铝阳极钝化的影响,随后通过检测溶液中残留Al³⁺浓度和阳极板表面形貌,进一步分析了HA浓度对于铝阳极钝化发展的影响机制。结果表明：铝阳极钝化程度与阳极板表面算数平均粗糙度(arithmetic mean roughness,Ra)呈负相关,随着Ra从2 055 nm下降到270 nm,阳极板的电荷转移电阻(charge transfer resistor,Rct)从1 174.0 Ω·cm²增大到1 481.2 Ω·cm²;当溶液初始pH从3 提高到 7 时,极板的Rct从461.0 Ω·cm²增大到1 120.2 Ω·cm²,而当pH继续升高到 9 时,极板的Rct下降到169.5 Ω·cm²;铝阳极钝化程度随溶液初始HA浓度呈现先减小后增大的规律。HA的质量浓度从0 mg·L⁻¹ 提高到20 mg·L⁻¹ 时,对应极板的Rct从1 536.4 Ω·cm²减小到932.9 Ω·cm²,HA的质量浓度进一步上升至200 mg·L⁻¹时,对应极板的Rct又从932.9 Ω·cm²增大到1 403.2 Ω·cm²。本研究结果可为EC在实际应用中抑制阳极钝化提供参考。     

絮凝体分形维数投药控制研究

依据分形理论,通过先进的图像分析处理技术,实现了对絮凝体分形维数的联机在线监测,试验证实分形维数可以很好地反映絮凝程度及其混凝处理效果,通过建立的混凝剂投加量、分形维数及沉后水浊度三者间的模糊控制模型,最终实现了对混凝剂投加量的自动控制与调节.