黄水为碳源的颗粒污泥除磷机理研究

颗粒污泥作为近年来备受关注的一种生物处理技术,具有结构密实、沉降性好、生物相丰富且活性高等优点。为了了解好氧颗粒污泥除磷机理,以黄水为碳源的同步脱氮除磷颗粒污泥为研究对象,研究颗粒污泥的物理特性、除磷特性,重点研究颗粒污泥中磷的形态及含量,同时研究不同方法对颗粒污泥胞外聚合物(EPS)的提取效果及其对磷去除的影响,揭示该颗粒污泥的除磷机理,为城市污水利用同步脱氮除磷颗粒污泥实现高效低耗除磷提供理论与技术支持。     

温度对亚硝化颗粒污泥性能和生物脱氮影响及其机理探究北大核心

以实际废水为研究对象,在序批式反应器中探究了温度对亚硝化颗粒污泥的性能及生物脱氮的影响。实验结果表明温度由10℃升高至30℃,亚硝化颗粒物污泥的混合悬浮固体由2 769 mg/L增加至4 120 mg/L,污泥体积指数(SVI)由58 m L/g下降至45 m L/g。此外,温度升高导致亚硝化颗粒污泥胞外聚合物含量下降,但是,胞外聚合物中蛋白质和多糖的比值增加,进而影响颗粒污泥的亚硝化率。当温度由10℃升高至30℃时,好氧颗粒污泥的亚硝化率由35%升高至92%。机理研究表明高温有助于亚硝化颗粒污泥的形成和亚硝化率的提高。本结果可为最终实现稳定、持久、高效的短程硝化-反硝化生物脱氮提供可行性方案。     

温度对亚硝化颗粒污泥性能和生物脱氮影响及其机理探究

以实际废水为研究对象,在序批式反应器中探究了温度对亚硝化颗粒污泥的性能及生物脱氮的影响。实验结果表明温度由10℃升高至30℃,亚硝化颗粒物污泥的混合悬浮固体由2 769 mg/L增加至4 120 mg/L,污泥体积指数(SVI)由58 m L/g下降至45 m L/g。此外,温度升高导致亚硝化颗粒污泥胞外聚合物含量下降,但是,胞外聚合物中蛋白质和多糖的比值增加,进而影响颗粒污泥的亚硝化率。当温度由10℃升高至30℃时,好氧颗粒污泥的亚硝化率由35%升高至92%。机理研究表明高温有助于亚硝化颗粒污泥的形成和亚硝化率的提高。本结果可为最终实现稳定、持久、高效的短程硝化-反硝化生物脱氮提供可行性方案。     

不同运行策略对反硝化颗粒污泥培养的影响

反应器运行环境对反硝化颗粒污泥培养具有重要影响，在上流厌氧污泥床反应器内研究了不同运行策略培养颗粒污泥的脱氮效率、污泥性能和菌群结构，同时对比分析了快速和慢速提升氮负荷策略培养反硝化颗粒污泥的性能。结果表明：耦合提升策略培养反硝化颗粒污泥的脱氮效率达到93.29%以上，悬浮挥发性固体质量浓度为46.29 g/L,粒径主要分布在2.36～3.35 mm,胞外聚合物为119.03 mg/g VSS,反硝化优势菌Proteobacteria在颗粒污泥菌群中所占比例为61.92%;相较于慢速提升氮负荷策略，快速提升氮负荷策略促使污泥脱氮效率增加了5.48%,挥发性悬浮固体质量浓度增加了20.11 g/L,粒径为2.36～3.35 mm的污泥占比增加了10%左右，胞外聚合物增加了7.27 mg/g VSS,Proteobacteria所占比例增加了5.11%。研究表明，耦合提升策略能够培养出脱氮效率高且性能良好的反硝化颗粒污泥，快速提升氮负荷能够促进颗粒污泥脱氮效率增加、性能更好。     

Cd对新型后置反硝化系统脱氮除磷的影响

针对重金属Cd~(2+)对新型后置反硝化脱氮除磷性能影响不明确的现状,本研究建立序批式反应器并探究了不同剂量的Cd~(2+)对后置反硝化生物脱氮除磷的影响。结果表明,低质量浓度Cd~(2+)(0.1和0.5mg/L)对生物脱氮除磷影响不明显,然而当Cd~(2+)的质量浓度为2 mg/L,生物脱氮除磷效率分别为78.6%和79.5%,显著低于空白组。机理研究表明高质量浓度Cd~(2+)对NH+4-N的氧化影响不明显,然而反硝化过程却受到严重的抑制作用。此外Cd~(2+)的存在对厌氧释磷和好氧吸磷均有不同程度的抑制,当Cd~(2+)的质量浓度为2 mg/L时,厌氧最大释磷量为47 mg/L,聚羟基烷酸酯(PHA)的最大合成量为4.35 mmol/g,显著低于空白组。PHA的厌氧合成受阻从而导致好氧分解产能低,好氧吸磷不充分。     

好氧颗粒污泥处理高氨氮废水研究进展

与传统生物处理工艺相比,好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)具有高生物量、沉降速度快、耐冲击负荷能力强、能够实现同步脱氮除磷等特点,且在去除高氨氮废水中的有机物、氮、磷等具有良好的效果,成为目前污(废)水处理领域的研究热点之一。本文介绍了好氧颗粒污泥在处理垃圾渗滤液、化肥工业污水、畜禽养殖废水等高氨氮有机废水的研究现状,在高氨氮条件下好氧颗粒污泥的形成机理以及主要影响因素,并展望了好氧颗粒污泥技术处理高氨氮废水的工程应用前景。     

长泥龄污水生物除磷系统的除磷效果

为保证磷的去除率,城市污水处理厂生物除磷系统污泥龄一般控制在15 d左右.污泥龄越短,剩余污泥排放量越大,污泥处理费用越高.为探明长泥龄污水生物除磷系统的除磷效果及其作用机理,采用厌氧/好氧(A/O)交替运行的SBR反应器,以无水乙酸钠、葡萄糖、可溶性淀粉、蛋白胨为混合碳源,模拟城市污水处理系统,对污泥龄分别为12d、20d和48 d的生物除磷系统出水总磷质量浓度进行连续监测,研究污泥龄与胞内聚合物PHB(聚羟基丁酸)和PHV(聚羟基戊酸)质量比的关系.结果表明,对于进水COD为450 mg/L,总磷质量浓度达8 mg/L的城市生活污水生物除磷系统,由于碳源充足,污泥龄达到48 d仍能保证出水总磷质量浓度长期稳定达标,长泥龄不会影响除磷效果.由于我国生活污水水质的变化,城市污水处理厂最佳污泥龄约为48d.污泥龄对聚磷菌体内的PHA(聚羟基烷酸)质量比及组成有重要影响.随着污泥龄的增长,PHA总量增加,聚磷菌得到了更多的吸磷驱动力,好氧时间不断减少,除磷效率不断增加.随着污泥龄的增长,聚菌体内的PHV质量比增加,而PHB质量比基本不变,因此PHB在PHA中占的比例有所下降.     

一种改良双污泥颗粒系统强化低碳氮比污水脱氮除磷的新工艺

以合成废水为研究对象,在序批式反应器中比较了改良双污泥系统与传统工艺在生物脱氮除磷性能、微生物种群、单位周期内营养盐和内聚物变化,并探究了可能存在的机理。结果表明,改良双污泥系统能够提高生物脱氮除磷效率,总氮和溶解性磷酸盐的去除率分别为94.6%和96.5%。荧光原位杂交实验表明改良双污泥系统中富集更多的聚磷微生物。单位周期研究显示改良双污泥系统中内聚物聚羟基烷酸酯(PHA)的最大积累量为8.5 mmol/g,高于传统工艺对照组。改良双污泥系统能够最大程度利用污水中有限的碳源以用于生物脱氮除磷。     

同步化学除磷对污水处理系统及A2/O单元的影响研究

为解决城市污水处理厂脱氮除磷过程中有机碳源不足及磷资源的有效回收问题,在A~2/O反应器中抽取厌氧释磷上清液实施同步侧流化学除磷,研究了3个不同侧流比(20%、25%和30%)对生物处理系统及潜在磷回收情况的影响。结果表明,在实施3种不同程度的侧流化学除磷下,对系统氨氮去除效果的影响较小;当侧流比为20%~25%时,系统脱氮除磷能力均有所提高,同时可实现28.50%~29.48%的磷回收;当侧流比增加到30%时,系统发生污泥膨胀并恶化。随侧流比增加,厌氧释磷量逐渐降低,系统微生物胞内合成PHA质量比逐渐减小,糖原质量比逐渐增加,系统SVI与污泥含磷率的变化趋势相反。同步侧流化学除磷导致系统微生物种群结构发生较大变化,与反硝化除磷相关的Dechloromonas菌属丰度由侧流前的1.96%增至7.95%,这有助于系统脱氮除磷效果的提高。在30%侧流比下,污泥中丝硫菌属的细菌占到4.32%,这是引起污泥丝状膨胀的主要原因。侧流比不宜过大,否则会失去高效磷回收优势,要实现可持续磷酸盐回收,最佳侧流比应控制在20%。     

剪切力对好氧颗粒污泥的影响及其脱氮除磷特性研究

以普通絮状活性污泥为接种污泥,以人工配制模拟生活污水为进水,采用有机负荷调控法,在SBR反应器内培养富含聚磷菌的好氧颗粒污泥,研究剪切力对好氧颗粒污泥理化特性及生物学特性的影响,并探讨好氧颗粒污泥的同步脱氮除磷特性.首先SBR以厌氧/好氧方式运行,采用有机负荷调控法培养出富含聚磷菌的好氧颗粒污泥,其粒径在1.0～2.0 mm,SVI在20～22 mL/g,MLVSS/MLSS为91.0％,活性污泥比耗氧速率(SOUR)为45.32 mg/(g·h).颗粒污泥具有良好的沉降性能和较高的生物量,磷酸盐去除率为78％ ～ 99％.然后通过控制搅拌机转速研究4种不同剪切力(以剪切应力表示为0.120 N/m2、0.151 N/m2、0.184 N/m2、0.220 N/m2)条件下好氧颗粒污泥的颗粒化进程、颗粒污泥形态及生物活性.结果表明,当剪切力在0.120-0.220 N/m2之间时,剪切力越大,培养出的好氧颗粒污泥的结构越密实,形状越规则,生物活性越强;在一定范围内(0.120～0.184N/m2),剪切力越大,污泥的颗粒化进程越快,培养出的颗粒污泥的粒径越大;但当剪切力为0.220 N/m2时,污泥的颗粒化进程反而变慢,培养出的较大的颗粒污泥解体,颗粒污泥的粒径反而变小.最后采用逐渐增加进水NH;-N负荷的方法诱导具有同步脱氮除磷能力的好氧颗粒污泥,25d后,SBR对NH4+-N、TN、PO3-4--P的去除率分别达到99.7％、89.8％及94.5％.     

C/N对颗粒污泥快速培养及性能的影响

好氧颗粒污泥由于良好的沉降性,高生物量以及兼具好氧、厌氧的微环境等特点而引起关注。污水进水碳/氮(C/N)是影响好氧颗粒污泥的快速培养及性能的一个重要因素。本文探究了C/N对颗粒污泥快速培养及性能的影响。结果表明过低或过高C/N不易快速形成颗粒污泥,最佳C/N为8。当C/N由2增加至8时,SVI降低,MLSS升高,而继续增加C/N至15时,SVI升高,MLSS降低。当C/N为8时,颗粒污泥对COD、磷酸盐和总氮的去除效率分别为89%、95%和81.6%。     

污泥转移对新型SBR工艺除磷的影响

污泥转移SBR工艺由并联运行的SBR反应器和连续运行的生物选择器构成,其显著特点是通过污泥回流实现除磷优势菌种的筛选,强化除磷效果。以生活污水为处理对象,研究了污泥转移15%、30%、40%时厌氧释磷和好氧吸磷的情况。结果表明:厌氧段胞内聚-β-羟基丁酸(PHB)合成量随污泥转移量提高先上升后基本持平,与释磷量变化趋势相同;静态试验结果显示,厌氧释磷速率随污泥转移量增加而提高,污泥转移15%、30%、40%的比释磷速率分别为6.23 mg P/(g MLSS·h)、9.88 mg P/(g MLSS·h)、12.97 mg P/(g MLSS·h);随污泥转移量提高,好氧末端胞内聚磷酸盐合成量变化趋势与吸磷量变化趋势相同,也表现为先上升后基本持平;当污泥转移30%时系统除磷效果最佳,总磷(TP)去除率为96.7%±1.9%,污泥转移40%的TP去除率与30%的相近,且均高于污泥转移15%的。研究表明,通过控制适宜的污泥转移量能够筛选富集除磷微生物,达到强化除磷的目的。     

碳源种类对同步脱氮除磷颗粒污泥除磷性能的影响

以厌氧/好氧交替运行培养的具有脱氮除磷功能的颗粒污泥为对象,研究不同碳源条件下对除磷特性的影响。研究结果显示,醋酸钠为单一碳源培养的颗粒污泥呈淡黄色,粒径分布较均匀,主要为双球菌和短杆菌,磷平均去除率为84.77%,厌氧末端释磷量平均为89.76 mg/L,最大释磷和吸磷速率分别为106.33mg/(g·h)和50.92 mg/(g·h);乙酸钠葡萄糖为复合碳源培养的颗粒污泥呈白色和淡黄色,粒径分布不均匀,主要为单球菌,磷平均去除率为93.06%,厌氧末端释磷量平均为75.52 mg/L,最大释磷和吸磷速率分别为92.84 mg/(g·h)和28.23 mg/(g·h),两种碳源条件下表现出良好的除磷能力。     

低强度超声对短程硝化污泥活性的影响

为提高短程硝化反硝化脱氮效率,采用低强度超声对短程硝化反应进行强化,通过对比氨氧化率和亚硝酸盐生产量,考察低强度超声对短程硝化污泥活性影响。首先,通过对超声能量的优化试验,发现低强度超声能够提升短程硝化污泥反应速率,且超声能量为43.20 kJ时氨氧化率和亚硝酸盐生成量最大;然后考察超声能量与污泥浓度的关系。结果表明:1)在相同超声能量(43.20 kJ)条件下,随着污泥质量浓度(0.34~1.03 g VSS/L)增加,能量密度降低,反应速率不断提高;2)保持污泥浓度恒定,增加超声能量,发现在43.20 kJ时短程硝化污泥活性最好,氨氧化速率比对照组提高25.42%,继续增加能量后去除速率开始下降,原因是适宜的能量会增加微生物细胞壁和细胞膜的通透性,加快基质传递和反应速率,提高微生物活性,但当所施加能量超出其所能承受范围,则会对微生物内部产生损害,降低其活性;3)考察超声能量对胞外聚合物浓度和酶活性影响,在43.20 kJ条件下,多糖、蛋白质和胞外聚合物(EPS)浓度分别提高了18.32%、26.54%和22.05%,氨单加氧酶活性增加19.82%。研究表明,由于低强度超声作用加快胞外聚合物分泌,增加生物酶活性,进而促进了短程硝化污泥反应速率。     

新型后置反硝化处理石油烃类废水的可行性研究

在新型后置反硝化工艺中验证了石油烃类废水治理的可行性并进一步探究p H的影响。结果表明新型后置反硝化工艺能够有效处理石油含烃类废水,稳定运行期COD,氨氮和烃类物质的去除率分别为85.2%,84.1%和86.3%。p H对COD和含烃类物质去除影响较大,而对氨氮去除影响小,并且p H=8是石油含烃类物质废水治理的最佳p H值。当p H值由6升高至8时,NO-3-N出水含量由1.9 mg/L下降至0.98mg/L,而胞内聚合物聚羟基烷酸酯(PHA)的含量却由4.85 mg/g升高至5.62 mg/g,PHA含量升高利用其在好氧和缺氧期分解产能用于反硝化。而过高p H不利于新型后置反硝化工艺烃类物质去除,脱氮和胞内聚合物的合成和积累。     

单一好氧环境强化生物除磷诱导及影响因素研究

为了加深对聚磷菌(Phosphate Accumulating Organism,PAOs)代谢多样性及代谢机理的认识,采用序批式反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR),研究了PAOs单一好氧生物除磷能力的诱导过程,以及好氧时间、静置时间对单一好氧生物除磷效率的影响。结果表明,PAOs单一好氧环境生物除磷能力的诱导很快完成,SBR反应器运行周期内生物除磷过程分为饱食期与饥饿期,其中,饱食期水溶液中COD降解速度很快,磷酸盐质量浓度略有升高,PAOs体内聚-β-羟基丁酸(Poly-β-hydroxybutyrate,PHB)质量比增加,聚磷质量比降低;饥饿期水溶液中磷酸盐质量浓度持续下降,聚磷菌体内PHB质量比减小,聚磷质量比增加。聚磷菌在单一好氧环境条件下的除磷能力不能长期保持,只有保证足够的好氧时间及静置时间,才能取得高效的单一好氧环境除磷效果。     

污水处理厂碳源回收潜力与活性初沉系统构建及应用

针对城市污水处理厂初沉池中颗粒态物质沉降导致碳源流失、严重制约脱氮除磷效率的问题,对初沉池中流失碳源情况进行了分析。结果表明,初沉池对污水中SS、TCOD的去除率分别为56.7%±7.73%、43.71%±5.42%,该部分颗粒物质的沉降是碳源流失的主要因素。为探明污水中碳源的回收潜力,对颗粒态物质的生物降解性进行了检测。结果表明,污水中易生物降解有机物质量浓度较低,仅占进水COD的13.1%,而慢速生物降解有机物占51.4%。由此可知,加速慢速生物降解有机物向易生物降解有机物的转化可充分挖掘碳源的回收潜力。因此,构建了一种新型活性初沉池系统,组合搅拌淘洗和污泥发酵工艺,并应用于西安市第四污水处理厂。结果表明,初沉池出水中SCOD和VFA质量浓度分别提升了25%~35%、55%~65%,显著增强了脱氮除磷效果。     

同步硝化与反硝化(SND)好氧颗粒污泥脱氮过程初步研究

研究好氧颗粒污泥的同步硝化反硝化脱氮,寻找消除氮素对水体污染的途径。在反应器中培养了好氧条件下具有同步硝化反硝化功能的颗粒污泥,进行脱氮过程研究。好氧颗粒污泥为无载体结构,直径2～3 mm,其构成松隙,具有厌(兼)氧与好氧微生物生长代谢的环境;反应液中氨氮浓度为201 mg·L-1时,6 h反应周期内氨完全被氧化,出水中检测不到NO2--N,仅残留2 mg·L-1的N03一N,硝化与反硝化两个过程完成了脱氮反应,颗粒污泥中存在硝化细菌和反硝化细菌;改变反应器中进水有机物浓度,发现COD浓度越大,氮去除率越低,硝化细菌在高有机物浓度下反应活性受抑制,自养硝化细菌竞争氧及其他营养物质的能力弱于异养细菌;在好氧条件下(4 mgO2·L-1),进水中不加有机碳源,反应6 h后NH4+-N去除率达75％,反应过程中pH值下降,说明颗粒污泥中硝化细菌为自养型,硝化反应产酸降低反应器中pH值;在厌氧条件下,进水COD和NO3--N浓度分别为227.25 mg·L-1和103.63 mg·L-1,反应结束后,NO3--N去除率为74％,反应过程中pH值呈上升趋势,证明了好氧颗粒污泥中存在厌氧反硝化细菌,且反硝化细菌生长于颗粒污泥内部的厌氧区域,反硝化产碱使反应液pH值上升。     

温度和COD对SBR反硝化同时除磷系统除磷能力的影响

以除磷脱氮SBR(Sequencing batch reactor)系统作为研究对象,考查了温度和COD对其反硝化,以及除磷能力的影响.结果表明,反硝化除磷适宜温度范围为18～37℃.在此温度范围内反硝化除磷速率随温度升高而提高,而且温度变化基本上不影响反硝化除磷系统PO34-去除量和NO3-转化量之间的定量关系.同时实验还发现,反硝化同时除磷系统比传统的厌氧/好氧除磷系统节省33%的碳耗.当进水PO34--P质量浓度8.0～9.2 mg/L而COD质量浓度低至220～240 mg/L时就可以保证出水PO43--P质量浓度小于0.5 mg/L.而传统的厌氧/好氧SBR除磷脱氮系统则需将进水COD质量浓度提高至350 mg/L时才能实现这一目标.     

接种不同污泥启动厌氧氨氧化ASBR反应器研究

采用ASBR反应器,分别以好氧硝化污泥和厌氧颗粒污泥为种泥,通过对氨氮、亚硝酸盐氮等指标的监测和数据分析、污泥颜色的观察,研究2个厌氧氨氧化反应器启动的可行性及其差异.结果表明,2个厌氧氨氧化反应器均可成功启动;采用好氧硝化污泥启动厌氧氨氧化反应器耗时142 d,启动前后污泥颜色变化不大,亚硝酸盐氮浓度超过20 mmol/L会对厌氧氨氧化产生明显的抑制作用;采用厌氧颗粒污泥启动厌氧氨氧化反应器耗时249 d,启动前后污泥颜色变化很大,从黑色逐渐变为砖红色,亚硝酸盐氮浓度超过13.4 mmol/L会对厌氧氨氧化产生抑制作用;分别用以上2种污泥启动的厌氧氨氧化ASBR反应器中占优势地位的厌氧氨氧化菌不同.