微丝菌诱发污泥膨胀生长特性控制策略研究进展

丝状菌过量生长诱发的污泥膨胀现象是城市污水生物处理系统稳定运行面临的巨大挑战,它会造成二沉池固液分离困难、出水水质恶化,严重时导致整体生物处理系统的崩溃。其中,微丝菌(Microthrix parvicella)诱发的污泥膨胀现象因其发生普遍,后果严重,在污水日常工艺运行中对其的预防与控制显得尤为重要。目前,由于微丝菌分离困难,已获得的纯培养物在实验室条件下生长极为缓慢,限制了人们对其生理生化特性的深入认识,为建立有针对性的通用控制策略带来了相当难度。从实际污水处理厂的污泥膨胀现象调查与解析、混合培养体系富集模拟实验的结果表明,微丝菌在低水温(12～15℃)、低污泥负荷(0.1 kg·(kg·d)~(-1)(以MLSS计))及含长链脂肪酸的环境中具有竞争生长优势,相关组学研究也证实了其对长链脂肪酸具有良好的吸收能力。丝状菌污泥膨胀的控制手段主要包括非特异性技术(如杀菌剂投加)和针对目标丝状菌的特异性技术(如絮凝剂投加、工艺运行参数调节等);而微丝菌膨胀的传统控制策略存在见效慢、成本高、通用性差等特点。迄今为止,我国针对微丝菌诱发污泥膨胀的有效特异性调控策略依然较少。因此,系统总结目前国内外对微丝菌理化特征与生长特性,详细介绍实际工艺运行过程中对其膨胀现象的控制方法,并提出可能的控制策略对未来的研究方向具有重要的现实意义。     

污泥转移SBR工艺污泥膨胀及恢复过程中EPS的动态变化

采用新型脱氮除磷工艺-污泥转移SBR处理生活污水,主反应器因长时间处于低污泥负荷0.09~0.15 kg·(kg·d)~(-1),引起了丝状菌污泥膨胀;通过采取提高进水负荷及静态进水等方式,提高主反应器内的污泥负荷0.21~0.39kg·(kg·d)~(-1)使其污泥膨胀得以控制及恢复。考察在此过程中,EPS的变化对活性污泥沉降性能的影响。结果表明在污泥膨胀及恢复过程中PS/PN与SVI值呈明显正相关性,R~2分别为0.886 7、0.867 3;在污泥膨胀时EPS总量与SVI值呈正相关性;在恢复过程中,EPS总量与SVI值之间线性相关性不强。影响活性污泥沉降性能的关键因素是EPS中多糖与蛋白质的相对含量。     

低碳排放的生物絮凝中试系统污染物去除特性及污泥EPS变化

用中试规模生物絮凝工艺处理含化学絮凝剂的生活污水,分别研究了HRT和进水SS对生物絮凝系统污染物去除特性、剩余污泥产量、污泥特性和温室气体排放的影响。结果表明:生物絮凝系统对COD、TN和TP有较好的去除效果,且污染物去除效果受进水SS影响较大;生物絮凝系统平均污泥产量和平均有机物产量最高可达53.63 kg·d~(-1)和21.14 kg·d~(-1);污泥胞外聚合物EPS浓度和PN/PS均与有机负荷呈反比;化学絮凝剂通过影响PN/PS和EPS浓度,可间接影响污泥的沉降性能;生物絮凝系统与AAO工艺相结合,可降低50.12 g·m~(-3)温室气体的排放。因此,生物絮凝工艺可为污水处理厂节能降耗运行奠定基础,有望得到广泛应用。     

新型微氧反应器对沼液的处理性能

针对现有微氧反应器存在回流能耗高、工程放大困难等问题,设计了2类新型曝气沉淀一体化微氧反应器。根据污泥滞留能力、污染物去除性能初步测试,优选出升流式矩形反应器和改进型圆形反应器作为沼液处理实验的微氧反应器。结果表明：2个反应器的平均NH₄⁺-N去除负荷为0.410 kg·(m³·d)^-1,平均TIN去除负荷为0.105 kg·(m³·d)^-1,出水SS均小于0.10 g·L^-1,都拥有优良的滞泥能力和污染物去除能力,无显著性差异(P>0.05)。在污泥浓度相近的情况下,升流式矩形反应器中污泥的VSS/SS由64.4%增至78.0%,这说明生物量明显增加,而改进型圆形反应器中污泥的VSS/SS降至62.1%;污泥指数显示升流式矩形反应器的污泥沉降性能更好。从污泥性状和工程放大可能性考虑,升流式矩形反应器更适合在工程上应用。     

上流式厌氧污泥床反应器中厌氧氨氧化脱氮性能的研究

研究了上流式厌氧污泥床(UASB)反应器中厌氧氨氧化工艺的脱氮性能。接种体积比为1∶1的已驯化半年的厌氧氨氧化污泥混培物和城市污水处理厂回流污泥,采用提高基质浓度和缩短水力停留时间(HRT)2种方式提高UASB反应器的脱氮性能。结果发现,2种方式结合可在UASB反应器中获得较高的脱氮速率,经过280d后,最高总氮去除速率达到5.16kg/(m3·d)。缩短HRT并未对UASB反应器的脱氮效果产生不良影响,反而强化了脱氮性能。HRT由0.4d缩短至0.2d时,总氮去除速率由1.89kg/(m3·d)增加到3.66kg/(m3·d)。形成的颗粒污泥中的细菌的细胞形态不规则,内部有厌氧氨氧化体,为典型厌氧氨氧化菌结构特征。污泥的比基质转化速率为3.15kg/(kg·d)。经16SrDNA检测,污泥中的厌氧氨氧化菌属于"Candidatus Kuenenia"属。     

运行方式对厌氧区碳源分流多级A/O工艺处理效果的影响

采用厌氧区碳源分流多级A/O工艺进行了低碳、高氮磷市政污水的中试试验,研究了运行方式对该工艺去除有机物以及脱氮除磷的影响。通过7个阶段的连续运行比较,得到系统最优流量分配比(体积比)为厌氧区分流75%∶25%,最终出水COD、氨氮、TN、TP质量浓度分别为20.8、0.64、14.2、0.89mg/L,基本满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。流量分配比对去除COD、氨氮基本没有影响,对去除TN、TP的影响较大。通过对内回流位置研究发现,内回流位置在消氧区更有利于处理效果的提升。通过对进水负荷研究发现,COD和氨氮污泥负荷还有很大的提升空间,控制TN污泥负荷为0.040kg/(kg·d)时对TN的处理效果较好。     

出水回流对强化循环高效厌氧反应器(SCAR)处理印染废水的影响

采用强化循环高效厌氧反应器(strengthen circulation anaerobic reactor,SCAR)处理实际印染废水,在HRT=13.5 h、平均容积负荷为4.1 kg COD/(m3·d)的条件下,研究回流强度对反应器运行效果的影响。在回流比R=3和4时,反应器对COD的平均去除率最高,而由于PVA难生物降解特性,回流比对PVA的去除效率影响不大。各回流比条件下,反应器出水p H值均较进水时高,系统中未出现VFA累积现象。不同回流比条件下,反应器中颗粒污泥均保持良好沉降性能,系统对COD的去除效果与脱氢酶活性、辅酶F420之间密切相关。     

气升回流一体化中试反应器的污泥减量化

为了减少分散型污水处理设施中剩余污泥的产量以及解决其维护频率高和运行设备复杂等问题,开发了一种集去除有机物、脱氮及污泥减量于一体的气升回流一体化反应器。该反应器由缺氧区、好氧区、沉淀区及气升区组成。中试反应器规模为10.31 m~3,以实际生活污水为处理对象,研究其污泥减量机理。结果表明,当进水容积负荷在0.14~1.39 kg COD·(m~3·d)~(-1)之间时,系统对COD、NH_4~+-N、TN及SS的平均去除率分别为88.6%、93%、66.9%和93%,其污泥表观产率系数Yobs为0.139 g TSS·(g COD)~(-1),表明该工艺具有良好的污泥减量化效果。根据稳态—ASM3号模型及氨氮的物料衡算分析可得:通过细胞裂解—隐性生长作用去除的污泥量占反应器污泥减少总量的77.6%,而原生动物和后生动物捕食的污泥量约占系统污泥减少总量的22.4%。该系统污泥自消解速率为0.44 kg TSS·d~(-1)。     

连续流好氧颗粒污泥技术处理低浓度市政污水的中试研究

基于河北省某污水处理厂原厌氧池构建了中试规模3 000 m³·d^-1 (Ⅰ、Ⅱ系列)的微氧-好氧耦合沉淀一体式反应器,以低浓度市政污水为基质、接种活性污泥,成功在连续流模式下培育了好氧颗粒污泥,并研究了颗粒污泥的形貌、结构特性、污染物去除性能及微生物群落结构变化。结果表明：中试系统形成的颗粒污泥轮廓清晰、呈规则球形和椭球形,平均粒径由接种污泥的28.9μm增至90.1μm,其中粒径>100μm的占47.8%,>200μm的占9.4%;中试系统培养的颗粒污泥机械强度远高于接种污泥的;Ⅰ、Ⅱ系列平均出水NH₄⁺-N分别为1.3和1.0 mg·L^-1,平均出水TN分别为9.9和9.1 mg·L^-1,系统具有良好的脱氮效果。此外,高通量测序结果表明中试系统大量富集了好氧反硝化菌Methylophilaceae和Methylotenera,好氧反硝化途径可能在脱氮中起重要作用。本研究可为连续流好氧污泥工艺的升级改造,以及在现有污水处理厂工艺基础上发展高效...     

日本污水脱氮除磷深度处理工艺分析

为提高进入琵琶湖水体水质和有效恢复并保持琵琶湖流域水生态环境,日本滋贺县10家下水道污水处理厂全部采用脱氮除磷深度处理工艺。湖南中部净化中心目前规模为26.85万t/d,采用缺氧-好氧循环硝化/反硝化(AO)、厌氧-缺氧-好氧(AAO)和多段进水多级缺氧-好氧硝化/反硝化(SMAO)3种深度处理工艺。AAO工艺是国内城镇污水处理厂广泛采用的二级生化工艺,AO、SMAO工艺在国内还没有应用实例。AO、AAO工艺采用内循环硝化/反硝化反应脱氮,SMAO工艺采用无内循环的多段进水多级硝化/反硝化反应脱氮。AO、SMAO工艺采用化学方式除磷,PAC添加浓度约50mg/L。AAO工艺采用化学和生物组合方式除磷,PAC添加浓度降低到约30 mg/L。AO、AAO工艺出水BOD、CODMn、SS、TN和TP均值分别约为0.9 mg/L、5.2 mg/L、1 mg/L、6.5 mg/L和0.06 mg/L,相应的去除率约为99.5%、94.2%、99.5%、78.0%和98.1%。SMAO工艺出水TN约为2.5 mg/L,TN去除率提高到91.6%,其他指标和AO、AAO工艺基本相同。     

城市污水处理厂微生物群落特征与群体感应调控

微生物群落在活性污泥中发挥有重要作用,为了解采用活性污泥法的城市污水处理厂微生物群落特征和群体感应调控作用,采集天津市某城市污水处理厂活性污泥样品,采用高通量测序对其微生物群落特征进行解析,并分析其群体感应调控作用。结果表明,该污水处理厂一年间活性污泥样品的微生物多样性和微生物群落结构存在一定差异性,主要是由于冬春季节发生了污泥膨胀。Ferruginibacter、f＿Saprospiraceae＿unclassified、Terrimonas、f＿Blastocatellaceae＿unclassified和metagenome等是该污水处理厂中主要优势菌属,冬春季节引发污泥膨胀的主要菌属是Candidatus Microthrix。群体感应调控作用分析表明C6-HSL能够抑制污泥膨胀,3OC12-HSL能够调控促进多糖的产生,f＿Saprospiraceae＿unclassified、f＿Caldilineaceae＿unclassified、SWB02、OLB12是主要的C6-HSL产生菌,f＿Bacteroidetes＿vadinHA17＿unclassified是3OC12-...     

厌氧折流板反应器处理邻苯二甲酸二丁酯废水

采用南京江心洲污水处理厂的厌氧消化污泥作为厌氧折流板反应器（ABR）的接种污泥,研究室温（25±5）℃条件下ABR对邻苯二甲酸二丁酯（DBP）降解的运行特性。结果表明,ABR在室温、容积负荷为0.9-1.8 kg/（m3·d）条件下启动运行30 d可以达到运行稳定,其COD去除率在90%左右。在负荷提高阶段,当水力停留时间（HRT）为12 h,容积负荷为2.0-6.8 kg/（m3·d）时,反应器对COD平均去除率大于85%;当HRT为12 h,容积负荷6.8 kg/（m3·d）时,COD去除率达90.7%,DBP降解率达87.3%。     

多菌群污水生物处理反应器中污泥分布的试验研究

在多菌群污水生物处理反应器处理城市污水的试验中,对反应器主反应区内水平中线及垂直中线上所布设取样点位的混合液悬浮固体(MLSS)、混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)、污泥沉降比(SV30)及污泥容积指数(SVI)进行了检测分析。结果表明,MLSS与MLVSS分布趋势大致相同,在水平方向与垂直方向污泥浓度总体呈现大小交替型分布;SV30与SVI在水平方向总体呈现出周边大、中心小的非对称分布,而在垂直方向由上到下呈现出先增大后减小再增大的分布趋势。污泥浓度与污泥沉降性能的差异分布,对将反应器进水点分布在污泥浓度高值区域、污泥回流点布置在污泥浓度低值区域及出水点选定在污泥浓度较低且沉降性能较好区域有着重要的指导作用,为反应器的优化控制提供了理论依据。     

多模式AAO系统处理城市污水的冬季运行优化研究

针对冬季低温条件下城市污水生物脱氮效果不佳的普遍问题,采用数学模拟方法,结合现场取样试验对苏州某污水处理厂多模式AAO系统开展了不同运行模式的研究.结果表明:(1)利用历史运行数据对ASDM模型进行校准,模型模拟结果理想.(2)在最优运行工况(倒置A A O模式、泥龄16 d、内回流比300％)下,冬季出水水质可满足《...     

西安市某污水处理厂A~2/O工艺除磷效果分析

基于西安市污水处理厂出水一级A达标排放的要求,对西安市某污水处理厂A2/O工艺运行效果进行监测分析,结果表明,该污水处理厂出水总磷一级A达标率仅为31.61%,出水总磷浓度偏高成为该污水处理厂一级A达标的限制因素。通过对污水处理厂现场调研与水质沿程监测分析发现,该污水处理厂污泥水中含有大量SS和TP,此部分污泥水回流至系统前端导致生物池进水总磷浓度急剧升高,生物池超负荷运行导致出水总磷偏高。同时由于生物池碳源不足,厌氧池释磷作用微弱,影响了系统的除磷效果。针对以上问题,进行了初沉池运行方式调整、强化污泥处理、出水增设滤池等一系列改造措施。改造后系统除磷效果明显提高,出水TP降低至(0.39±0.08)mg·L~(-1),基本可以达到一级A排放标准。     

改良型UASB厌氧氨氧化反应器运行效能对比

为探究组合启动模式实现厌氧氨氧化反应器高效启动和稳定运行的可行性,分别采用接种短程硝化污泥结合提高进水基质(A)和接种厌氧氨氧化污泥结合缩短水力停留时间(B)2种组合方式启动改良型UASB厌氧氨氧化反应器,对反应器启动效果进行研究,并通过改变进水基质比和低温冲击探究启动成功后的反应器性能。结果表明:A反应器启动成功时的总氮去除负荷(NRR)为0.520 kg·(m~3·d)~(-1)、亚硝化单胞菌Nitrosomonas相对丰度大幅下降、主要厌氧氨氧化菌属由Candidatus Kuenenia转化为Candidatus Brocadia;而B反应器NRR达到1.950 kg·(m~3·d)~(-1)、Candidatus Kuenenia始终为优势菌属。随着进水基质比的提高,B反应器的NRR和上升幅度始终高于A反应器,具有更强的抗负荷能力。当温度由35℃下降至15℃时,A和B反应器污泥对基质的降解速率分别下降92.94%和81.38%;温度恢复至35℃后,A反应器污泥降解速率的回升率大于B反应器污泥。因此,接种厌氧氨氧化污泥和缩短水力停留时间的组合方式更有利于改良型UASB厌氧氨氧化反应器的高效启动和稳定运行。     

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.     

膜生物反应器中污泥膨胀和腐败研究

针对聚醚砜膜生物反应器处理豆制品废水时发生的丝状菌污泥膨胀和污泥腐败问题,进行了实验研究。试验结果表明:污泥膨胀是由pH过低和有机负荷过高引起的,通过投加无水Na2CO3调节碱度和降低有机负荷,污泥沉降性能很快得到了改善;污泥腐败则是因废水厌氧降解过程所释放的NH3,CO2,H2S等气体所致。     

低接种污泥量强化循环厌氧反应器(SCAR)处理生活污水

采用强化循环高效厌氧反应器(SCAR)处理生活污水研究反应器的启动过程和运行特性。在低接种污泥量、回流比R=0.5、HRT为16 h条件下经过65 d完成反应器启动,系统出水COD稳定在约80 mg·L~(-1),VFA浓度约240 mg·L~(-1),颗粒污泥性状良好,微生物活性增强。SCAR反应器对污染物的去除受水力停留时间和反应器外回流比影响,微生物生化反应时间和在反应器中的空间分布状态共同决定着反应器的运行效果。SCAR反应器脱氮作用明显,实验条件下反应器对总氮的去除主要是通过反硝化作用实现。     

不同调控策略对CANON工艺快速适应氨氮浓度提升的影响

针对进水氨氮浓度变化会影响CANON颗粒污泥功能微生物间的协同导致系统不稳定的问题,通过接种常温下贮存2个月的自养颗粒污泥,并采用3种调控策略(维持HRT不变,快速提升氨氮浓度(R1);维持HRT不变,逐级提升氨氮浓度(R2);逐级提升进水氨氮浓度同时调整HRT,以125 mg·L~(-1)为进水氨氮增幅(R3)),分别考察各种调控策略对系统适应275 mg·L~(-1)和400 mg·L~(-1)氨氮浓度的效能影响,探讨调控策略与污泥性能的关系及游离氨(FA)、溶解氧(DO)的影响。结果表明,污泥性能提升期,负荷变化最为平稳的策略R3率先适应进水氨氮浓度的提升,仅44 d内总氮去除负荷可达到3.5 kg·(m~3·d)~(-1);污泥性能成熟期,快速提升负荷的策略R1可缩短适应时间至25 d,总氮去除率稳定在80%以上,去除负荷达到5.3 kg·(m~3·d)~(-1)。FA会影响功能微生物活性,策略R1在污泥性能提升期,FA浓度高达16.6～26.7 mg·L~(-1),一定程度上抑制了好氧氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AMX)的活性,导致系统适应期延长。在污泥适应高氨氮负荷过程中,比氨氧化速率(SAOR)和比总氮去除速率(SNRR)逐渐提高,污泥浓度和颗粒粒径逐渐增大。f值(ΔN O3--N/ΔTN)可作为DO调节的重要依据,DO与氨氮去除负荷呈良好的正相关性。