常温下IC反应器启动过程中的颗粒污泥性能研究

在常温下用自配葡萄糖废水启动IC反应器,研究了厌氧颗粒污泥的形成过程和特性。IC反应器进水浓度为3 000 mg COD/L,水温为14.5～26℃,25 d内形成了颗粒污泥。结果表明,随着运行时间和容积负荷的增加,颗粒污泥粒径逐渐增大。反应器启动完成后,反应器中2 mm的颗粒污泥增加到6.6%,0.3 mm的颗粒从57.7%减少到39.4%;VSS浓度从24.7 g/L上升到48.2 g/L;VSS/SS从34.4%增加到72.8%。颗粒污泥的沉降速度与颗粒粒径成正比,0.3～3 mm的颗粒污泥的沉降速度介于34.05～109.75 m/h之间,具有良好的沉降性能。初始接种污泥几乎没有产甲烷活性,与第30 d的初期颗粒污泥相比,成熟的颗粒污泥的产甲烷活性提高了46.7%。     

EGSB反应器处理焦化废水的颗粒污泥反应动力学研究

为了对处理实际焦化废水微氧EGSB反应器污染物去除机理进行研究,建立了处理实际焦化废水微氧EGSB反应器内污染物质降解动力学模型,考察EGSB反应器启动和稳定运行阶段不同运行条件时COD去除效果,并分析动力学参数的变化。研究确定了处理实际焦化废水(进水COD 2 000 mg/L左右)微氧EGSB反应器在启动和稳定运行阶段所适用的基质降解模型,动力学常数vmax、KI、KS、vmax/KS、KS/KI分别为7.34×10-3h-1、197.76 mg/L、19.53 mg/L、3.7×10-4L/(h·mg)、0.10和2.4×10-2h-1、66.64 mg/L、44.07 mg/L、5.4×10-4L/(h·mg)、0.66;微氧EGSB反应器内颗粒污泥能够逐渐适应并高效降解焦化废水中污染物质,焦化废水中毒性污染物质对颗粒污泥的抑制程度是由KS/KI决定的,KS/KI越大,抑制程度越弱,处理实际焦化废水EGSB反应器启动和稳定运行阶段的KS/KI分别为0.04~0.1和0.66~0.74;液体上升流速Vup的提高能够明显提高最大比基质降解速率vmax,降低半饱和常数KS和抑制常数KI,最终强化微氧EGSB反应器的运行效果,稳定运行阶段COD去除率高达92.7%。     

污泥颗粒吸附染料的研究

研究了污泥颗粒在不同SS时对染料吸附的影响。结果显示，在SS小于1g/L时，吸附密度随着SS的增加而降低，但在SS大于1g／L时，单层吸附密度则相对变化不大。应用多层吸附模型可计算吸附常数、吸附吉布斯自由能和单层吸附密度，进而可以求算不同污泥颗粒的比表面积。     

市政污泥干化动力学研究

利用同步热分析仪(TGA/DSC),采用非等温法,开展了市政脱水污泥干化过程的动力学研究。分析了升温速率对污泥干燥过程的影响,确定出污泥干化过程的最概然机理函数G(α)MP,计算了不同升温速率下的表观活化能E和指前因子A。结果表明,污泥非等温干燥过程可以分为缓慢加速、快速加速和减速3个阶段;升温速率的增大会缩短加速段干化时间,但对减速段没有影响;随着升温速率的增加,干化活化能和指前因子先增大后减小,活化能在19.45~28.46 kJ/mol之间变化,指前因子变化范围为1.5×105~5.0×106 s-1,且在升温速率为15 K/min时两者达到最大值;干燥过程最概然机理函数的积分形式为G(α)MP=1-(1-α)4反应级数为4;污泥干燥过程的活化能和指前因子之间存在动力学补偿效应。     

膨胀颗粒污泥床反应器启动过程中颗粒污泥性质变化研究

采用小试规模的膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器,考察其启动规律及运行特点.在60 d内EGSB反应器的COD容积负荷达到12 kg/(m3·d),COD去除率保持在95%以上.试验中对不同水力负荷下污泥床状态进行了分析.结果表明,将水力负荷控制在1.0 m3/(m2·h)以上,可以确保污泥颗粒化的进行及EGSB反应器的稳定,否则易发生沟流、活塞式漂浮等污泥床异常现象.同时,对颗粒污泥性质及微生物相变化进行了跟踪分析.随着运行条件的改变,由上流式厌氧污泥床(UASB)反应器接种的污泥结构、性能和微生物群落都在不断发生变化.最终得到的颗粒污泥结构密实,沉降速率为38.8～64.6 m/h,比产甲烷活性达到314.25 mL/(g·d),内部微生物相丰富,各菌种呈混杂分布.     

表观气速对好氧污泥颗粒化过程中生化动力学模型参数变化的影响

在高径比120/6,结构相同的2个SBR反应器中培养好氧颗粒污泥,并以修订ASM3模型为基础进行反应过程模拟,并分析表观气速(2.0 cm·s⁻¹和3.0 cm·s⁻¹)对好氧污泥颗粒化过程中动力学参数的影响。结果表明,反应器运行初期(t=4 d),表观气速2.0 cm·s⁻¹时的半饱和系数K_S、基质降解动力学参数v_max、污泥衰减系数K_d、污泥比增殖速率μ_H和污泥的产率系数Y_H均大于表观气速3.0 cm·s^-1时的参数值,说明微生物在表观气速2.0 cm·s⁻¹时更易适应环境变化。然而,随着初始好氧颗粒的形成(t=10~28 d),各参数值在表观气速3.0 cm·s⁻¹时变得更高,尤其对K_S、μ_H及K_d的影响更明显。修订的ASM3可模拟好氧颗粒污泥形成过程中溶解氧DO、好氧速率OUR、COD、NH₄⁺-N的变化,说明模型预测的可行性和有效性。反应器内表观气速不同,影响了微生物生长的各动力学参数和反应器内的流态,从而导致污泥的特性和结构发生了变化,最终使得SV₃₀/SV₅、污泥粒径、污泥密实度D₂和规则程度D_pf,COD和NH₄⁺-N等参数出现差异。本研究结果可为运用数学模型反映生物反应器中参数变化以优化反应过程提供参考。     

混凝强化形成好氧颗粒污泥

为了缩短好氧颗粒污泥形成的时间,通过在颗粒污泥形成初期投加混凝剂的方式,研究强化造粒条件下颗粒污泥的形成过程及其特性。结果发现,投加混凝剂后,反应器在第8天出现了颗粒污泥,并在第25天时实现完全颗粒化,比未加混凝剂反应器颗粒形成的时间缩短了2 d,完全颗粒化时间缩短了10 d。强化造粒条件下形成的颗粒污泥,颗粒强度、比重分别为99.03%和1.1892,分别比对照高出3.28%和0.1539。可以看出,在混凝强化造粒条件下培养出的颗粒污泥,与常规方法相比具有颗粒化进程快,颗粒强度大,比重大等优点。     

好氧颗粒污泥降解苯酚

以人工配水启动SBR,逐步提高进水苯酚浓度,探究好氧颗粒污泥对苯酚的降解能力,同时分析苯酚对好氧颗粒污泥特性的影响。经过55 d的运行,进水苯酚浓度逐渐增到3 000 mg/L,苯酚、COD及NH+4-N去除率分别达到了98.33%、97.27%和57.58%,好氧颗粒污泥表现出对苯酚的良好的去除能力。扫描电镜照片显示投加苯酚后的颗粒污泥表面更加光滑,结构更为紧凑。胞外聚合物红外光谱分析表明投加苯酚前后好氧颗粒污泥EPS的主要组分没有明显改变。苯酚毒性刺激了颗粒污泥分泌更多胞外聚合物,胞外聚合物中多糖含量由初始的12.70 mg/g VSS增加到35.17 mg/g VSS,蛋白含量由4.93 mg/g VSS增加到8.01 mg/g VSS。投加苯酚后的污泥粒径明显增大,主要污泥粒径由0.5~2.0 mm增大到2.0 mm以上。     

NO2对颗粒污泥甲烷化动力学特性的影响

采用间歇试验方法，以乙酸和乙酸盐混合物为基质，对取自EGSB反应器具有厌氧甲烷化反硝化与厌氧氨氧化活性的颗粒污泥的甲烷化动力学以及NO₂影响进行研究。无NO₂时，最大比基质降解速率为0.158 mg COD/mg VSS·h，半饱和常数为464 mg COD/L，甲烷的产率系数为0.254 mL CH₄/mg COD。添加微量NO₂对甲烷化有抑制作用，抑制程度随着微量NO₂浓度的增高而增大，在NO₂浓度为30.36 mg/m³、50.6 mg/m³、101.2 mg/m³、202.4 mg/m³和303.6 mg/m³条件下，甲烷化抑制程度分别为7.40％、11.87％、27.56％、39.75％和43.24％，外推得NO₂的甲烷化半抑制浓度IC₅₀值为383.8 mg/m³。NO₂气氛下甲烷化动力学可用反竞争性抑制动力学进行描述，最大比基质降解速率为0.148 mg COD/mg VSS·h，半饱和常数为396 mg COD/L，NO₂抑制系数为250 mg/m³。     

厌氧颗粒污泥胞外聚合物的影响因素研究

为明确厌氧颗粒污泥胞外聚合物产生的影响机制,通过改变pH、污泥负荷（Ns)和C/N比,研究厌氧颗粒污泥及其上清液的EPS（胞外聚合物）产生量及组分多糖、蛋白质的变化情况,采用红外光谱对比分析了pH、Ns、C/N比对EPS分子结构的影响;结果表明,过酸、过碱和不适当的C/N比不利于厌氧颗粒污泥形态保持和微生物生长,但Ns对厌氧颗粒污泥形态的影响不大。红外光谱分析表明,蛋白质肽键在强酸、强碱条件下均发生了变化,羧基、醇和酚则在强酸条件下(pH 3)消失,C/N比和污泥负荷对EPS的分子结构影响不大。     

高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养及其特性分析

为实现高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养,以反硝化颗粒污泥为接种污泥,对高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养进行了研究。在降低进水硝酸盐($ {\rm{NO}}_{\rm{3}}^{\rm{ - }}$)浓度的同时,采用逐步升高进水高氯酸盐($ {\rm{ClO}}_{\rm{4}}^{\rm{ - }}$)浓度的方法,考察了高氯酸盐还原颗粒污泥培养过程中$ {\rm{ClO}}_{\rm{4}}^{\rm{ - }}$的去除以及颗粒污泥的特性。结果表明：以反硝化颗粒污泥为接种污泥,经过50 d快速培养出高氯酸盐还原颗粒污泥,$ {\rm{ClO}}_{\rm{4}}^{\rm{ - }}$去除速率达96%以上;其混合液悬浮固体浓度(MLSS)为50.68 g·L−1,混合液挥发性固体浓度(MLVSS)为40.58 g·L−1,主要粒径分布在<0.60 mm和1.00~2.00 mm。$ {\rm{NO}}_{\rm{3}}^{\rm{ - }}$浓度逐步降低的培养方式可缓解$ {\rm{ClO}}_{\rm{4}}^{\rm{ - }}$对颗粒污泥中各类微生物的毒性,为高氯酸盐颗粒污泥的快速培养提供了新的方法,具有重要的理论和实践意义。     

好氧颗粒污泥对膜生物反应器污泥性能的影响

采用膜生物反应器进行含酚废水的处理,探讨投加好氧颗粒污泥对反应器中污泥性能的影响。结果表明,在膜生物反应器中投加好氧颗粒污泥能有效改善污泥性能,提高处理效果。从采用絮状污泥到逐渐增加好氧颗粒污泥投加量为100%的过程中,反应器中污泥浓度明显提高,MLSS由5 582 mg/L增加到8 168 mg/L;沉降性能得到改善,SVI由135.85 mL/g下降到29.36 mL/g;疏水性增强,Zeta电位由-20.302 mV升高到-4.325 mV;对含酚废水中COD、NH3-N的降解能力明显提高,COD、NH3-N、NO3-N去除率分别由87.3%、83.2%、55.3%增加到99.2%、94.9%、66.3%。改善了膜污染现象,膜通量衰减率由63.3%降低到42.8%。用二元多项式三维回归分析,得到污染物去除率关于好氧颗粒污泥投加量和反应器运行时间的二元方程,对指导好氧颗粒污泥膜生物反应器的连续运行具有重要意义。     

降低负荷以提高反硝化颗粒污泥的稳定性

在上流式污泥床反应器（USB）内,接种好氧活性污泥,以甲醇为碳源,NO-3为电子受体,经过40多d培养,得到良好的反硝化颗粒污泥,粒径2～3 mm,MLSS为36 g/L,氮去除速率和COD去除速率分别在0.15 g NO₃-N/(g VSS·d)和0.8 g COD/(g VSS·d)。当负荷提高至6.44 g NO₃-N/(L·d)继续运行1周后,观察到反应器内颗粒污泥出现上浮,浓度降低,颗粒粒径多数在3～5 mm,外观呈乳白色。为恢复反应器稳定运行,当负荷降至3.86 g NO₃-N/(L·d)时,上浮现象减轻,当负荷降至2.57 g NO₃-N/(L·d)时,上浮现象消失,颗粒污泥密度由不稳定时的1.0018 g/cm³提高到1.0126 g/cm³,颗粒粘连现象基本消失,污泥氮去除速率在0.19 g NO₃-N/(g VSS·d),连续运行30 d,系统保持稳定。分析认为,颗粒污泥表面微生物生长速度过快是导致不稳定的主要因素,较长的泥龄有利于系统稳定。     

连续流传统活性污泥系统中好氧颗粒污泥的培养

采用西安市第四污水处理厂A2/O系统中的絮体污泥为接种污泥,在连续流传统活性污泥系统中进行了好氧颗粒污泥的培养研究。当系统温度为25～27℃、沉淀时间为2 h、溶解氧为4.2 mg/L、搅拌速度为240 r/min时,系统可培养出粒径为0.5～1.5 mm的颗粒污泥,扫描电镜结果显示,颗粒污泥主要由球状菌和杆状菌组成,此外还存在少量的丝状菌。实验结果表明,相对于反应器的形式和沉淀时间,水力剪切力和接种污泥中的丝状菌对好氧颗粒污泥形成的影响更大,胞外多糖的产生对好氧颗粒污泥的形成也起着至关重要的作用。     

调节好氧消化pH值提高污泥沉降和脱水性能

为考察调节pH值对剩余污泥好氧消化效果的影响,采用2个反应器,在不调节pH值与加入NaHC03调节pH≈7两种条件下进行好氧消化对比试验.监测消化过程中污泥TSS、TVSS、SOUR、沉降性及比阻的变化情况,结果表明:在两种条件下污泥均能达到稳定,消化30 d TVSS去除率分别为47.1%和49.2%.消化过程中调节pH≈7,TSS、TVSS去除率略有提高,上清液的浊度和COD降低,并且污泥的沉降、脱水性能改善,因而更有利于后续的处理.     

低COD浓度废水启动EGSB反应器

以厌氧活性污泥和好氧活性污泥接种于2个膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器中,进水流量为10 mL/min,回流量为180 mL/min,进水COD浓度在180 mg/L左右,有机负荷率(OLR)为1.728 kg COD/m3·d左右,污泥负荷率(SLR)为0.19 kg COD/kg MLSS·d左右,出水COD浓度维持在40mg/L左右,COD去除率达80%以上.控制温度在32～35 ℃,pH在6.8～7.2,反应器内氧化还原电位在-340 mV以下,水力停留时间(HRT)4.2 h,上升流速4.86 m/h以及加入80 mg/L絮凝剂(硫酸铝钾),缩短了启动时间,促进了颗粒污泥的形成.分别经过60 d和120 d运行,反应器启动成功.结果表明,上升流速、絮凝剂和污泥类型对颗粒污泥的形成有影响;接种好氧活性污泥在低浓度COD下,合理控制负荷速率能成功启动EGSB反应器.     

好氧颗粒污泥胞外多聚物的提取及成分分析

EPS是微生物聚集体的重要组成部分,提取和分析好氧颗粒污泥的EPS利于深入研究这一新兴微生物聚集体.采用加热、超声、高速离心和加碱等5种方法提取好氧颗粒污泥的EPS,并分析其主要成分.结果表明,匀浆预处理是提取颗粒污泥EPS首要步骤,超声和加热分别适合EPS定性与定量分析,在35 w、超声4 min的条件下,活性污泥与好氧颗粒污泥EPS提取液中TOC产量分别为105.3 mg/g VSS和96.5 mg/g VSS;加热法(80℃,60 min)提取的EPS产量略高于超声法,对于活性污泥和好氧颗粒污泥,TOC含量分别为142.6 mg/g VSS和153.2 mg/g VSS;蛋白质是活性污泥和好氧颗粒污泥EPS中比例最大的成分,且蛋白与多糖在好氧颗粒污泥与其在絮状活性污泥中的比值范围分别为3.22～5.80和1.68～2.63.