SBR加载不同粒径磁性活性炭对其污泥颗粒化进程的影响机制

在相同序批式活性污泥反应器(SBR)中分别加载1.5 g·L~(-1)的80、140、200、和300目不同粒径的磁性活性炭(反应器编号依次为2、3、4、5号),同时以不投加磁性活性炭的SBR反应器(1号)作为对照组,研究各反应器污泥体积指数(SVI)、粒径分布特征、胞外聚合物(EPS)中胞外蛋白(PN)、胞外多糖(PS)的含量变化规律以及除污性能.结果表明,不同粒径磁性活性炭对污泥颗粒化进程有一定的影响,粒径过大、过小对促进污泥颗粒化进程的强化作用不明显,当磁性活性炭的粒径为140目和200目时,活性污泥很容易以其作为"成核"载体快速形成好氧颗粒污泥,并且形成的颗粒污泥结构紧密,沉降速率快.采用高斯函数分析污泥粒径分布和标准偏差发现,反应器运行的第50 d,3号和4号反应器内污泥平均粒径均达到了780μm以上,明显高于其他反应器,标准偏差分别为318.9μm和362.3μm,两反应器内形成的颗粒污泥粒径较均匀,处理系统较稳定.与此同时,投加不同粒径的磁性活性炭均有利于促进污泥胞外蛋白质PN含量的增加,对胞外多糖PS的含量影响不大;但合适的磁性活性炭粒径(140目和200目)越有利于污泥PN的分泌,颗粒化程度明显的3号和4号反应器的PN/PS比值均高于其他3个反应器.磁性炭基好氧颗粒污泥的形成符合"惰性内核模型".此外,3号、4号反应器对废水TN和TP的去除率分别达到50%和60%以上,均高于其他反应器.     

EGSB反应器快速培养厌氧颗粒污泥

在EGSB反应器中接种取自UASB反应器的絮状污泥(占总接种污泥量的4/5)和少量厌氧颗粒污泥(粒径<0.8mm,占总接种污泥量的1/5),对用该反应器快速培养厌氧颗粒污泥进行了试验研究,结果显示:经过35d运行,反应器中的污泥出现明显的颗粒化现象,平均粒径达1.4mm,且粒径分布均匀,中间粒径(1～2mm)的质量分数达61.84%。当进水COD浓度为7500mg/L,容积负荷为52kg/(m3.d),水力停留时间约3.2h,回流比为12,上升流速为3.4m/h时,反应器仍可稳定运行,COD去除率达95.4%,且在此运行条件下,通过排泥维持反应器内的MLSS为45g/L时,污泥的增长最为迅速,经过4～5d,MLSS可达65g/L。     

厌氧反应器中污泥迅速颗粒化研究

以实验室规模的厌氧膨胀污泥床反应器(简称EGSB)内的活性污泥为研究对象，主要讨论影响活性污泥迅速颗粒化的因素，以加快絮状污泥的颗粒化进程。采用对比的实验方法，分别在反应器内加入小球藻和活性炭为载体进行对照实验。结果表明，小球藻和活性炭的加入在迅速提高COD去除率，污泥粒径增大和增强颗粒污泥沉降性方面有明显优势，胞外多聚物的含量均比接种时和对照实验中的相关数据有明显增加，颗粒污泥表面以产甲烷丝状菌和杆状菌为主。小球藻和活性炭的加入有助于加快活性污泥的颗粒化进程。     

UASB反应器快速启动的试验研究

在中温条件下投加颗粒活性炭可加快ＵＡＳＢ反应器颗粒化进程。通过对比试验,表明投加和不投加活性炭的反应吕处理石化石废水污泥颗粒化时间分别为３９ｄ和６２ｄ。投加活性炭反应器的颗粒污泥粒径也较大。最大ＣＯＤ去除率在８６％以上。并且投加活性炭反应器的有机负荷为不投加的２倍,运行效果更稳定。     

Ni2+对好氧颗粒污泥系统性能的影响

以城镇污水处理厂A²/O工艺的回流污泥作为接种污泥,在序批式反应器（SBR）中培养好氧颗粒污泥（AGS）,探究Ni²⁺对AGS系统的影响.结果表明：在25℃的条件下,50d左右培养出成熟的AGS,其形态多呈球状或椭球状,外表分布着少量丝状菌,颗粒污泥粒径主要在2~4mm,MLSS达6000mg/L,SVI维持在40~50mL/g.将Ni²⁺作用于培养出的成熟AGS,Ni²⁺在0~2mg/L的浓度范围内会提高AGS的稳定性,使MLSS上升,SVI降低;同时会促进AGS分泌胞外多聚物（EPS）,EPS组成成分中的蛋白质（PN）明显多于多糖（PS）;Ni²⁺对好氧颗粒污泥去除总氮（TN）的抑制程度要大于COD,最终COD去除率可维持在95%以上,TN去除率可维持在70%以上.     

Ni2+对好氧颗粒污泥系统性能的影响

以城镇污水处理厂A²/O工艺的回流污泥作为接种污泥,在序批式反应器（SBR）中培养好氧颗粒污泥（AGS）,探究Ni²⁺对AGS系统的影响.结果表明：在25℃的条件下,50d左右培养出成熟的AGS,其形态多呈球状或椭球状,外表分布着少量丝状菌,颗粒污泥粒径主要在2~4mm,MLSS达6000mg/L,SVI维持在40~50mL/g.将Ni²⁺作用于培养出的成熟AGS,Ni²⁺在0~2mg/L的浓度范围内会提高AGS的稳定性,使MLSS上升,SVI降低;同时会促进AGS分泌胞外多聚物（EPS）,EPS组成成分中的蛋白质（PN）明显多于多糖（PS）;Ni²⁺对好氧颗粒污泥去除总氮（TN）的抑制程度要大于COD,最终COD去除率可维持在95%以上,TN去除率可维持在70%以上.     

提高有机负荷对好氧颗粒污泥形成与稳定过程的影响

本研究在柱形SBR反应器中接种市政污水厂活性污泥,以乙酸钠为碳源,考察了逐步提高进水有机负荷(OLR)对好氧颗粒污泥(AGS)形成的影响,并分析了污泥外观形态、微生物活性与胞外聚合物(EPS)组成的演化规律.结果表明,当进水OLR在3.20~4.84 kg·(m3·d)-1时,污泥粒径的增长速率最快.更高的OLR将导致絮状污泥的大量出现,需辅以应急性排泥,才能保持AGS在反应器中的主导地位.成熟AGS的污泥浓度(MLSS)、污泥体积指数(SVI30)、平均粒径、沉降速率和比耗氧速率(SOUR)分别达到23.9 g·L-1、20 m L·g-1、1.4 mm、102 m·h-1和50.2 mg·(g·h)-1.污泥颗粒化过程不仅使污泥形态发生了根本变化,也显著增强了微生物活性.在此期间,胞外聚合物中PN、PS含量的变化对生物量累积、颗粒生长表现出良好的响应关系.充分发挥EPS组分的指示功能,将有助于优化现有AGS的培养方法.     

沉淀时间及生物膜对实际生活污水形成好氧硝化颗粒污泥的影响

利用3个间歇式活性污泥反应器（sequencing batch reactor,SBR,命名为R1、R2、R3）和1个间歇气提式内循环反应器（sequencing batch airlift reactor,SBAR,命名为R4）,处理低碳氮比实际生活污水,系统考察改变沉淀时间的方式及器壁生物膜对快速启动硝化好氧颗粒污泥（aerobic granular sludge,AGS）反应器的影响.结果表明,R1、R2、R4的沉淀时间骤降为2、4、2 min,由于一次性施加的沉速选择压过强,造成污泥大量流失,反应器崩溃,而后反应器器壁不断长出生物膜,混合液和出水中出现大量絮状、棒状、颗粒状污泥,经过35～40 d的培养,出水NH⁺₄-N小于1 mg/L,这主要是器壁生物膜的作用.反应器中的松软颗粒状污泥并非AGS,但它和AGS周围都有大量的轮虫等原生动物和后生动物,这表明生物膜和AGS同源.根据污泥沉淀的实际情况,逐步降低R3反应器的沉淀时间为8、6、5、4 min,当沉速达到10 cm/min时,污泥开始颗粒化;沉速达到12 cm/min时,污泥颗粒化基本完成,共经历了33 d.AGS与絮状污泥长期共存,以0.3 mm为界,两者质量比约为2∶1,AGS平均粒径在0.5　mm左右, NH⁺₄-N降解速率是污泥未颗粒化之前的5倍.     

好氧颗粒污泥技术处理乡镇污水应用

为研究好氧颗粒污泥技术是否适用于处理乡镇污水,采用该技术对处理规模为400 m3/d的乡镇污水处理厂进行改造,考察了污泥颗粒化过程、污染物去除效果及接种絮状污泥与好氧颗粒污泥微生物群落结构差异.结果表明,以进料负荷的交替变化作为调控措施,反应器启动后第13天污泥出现颗粒化,颗粒污泥平均粒径0.499 mm;启动第40天污泥完全颗粒化,颗粒污泥平均粒径1.336 mm.完全颗粒化后SBR反应器内ρ（MLSS）稳定在8~12 g/L,SVI维持在25~40 mL/g,出水ρ（COD_Cr）、ρ（NH₃-N）、ρ（TN）始终满足GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准要求.群落结构的研究结果表明,相比于接种絮状污泥,好氧颗粒污泥群落丰富度和多样性均明显减少,反硝化功能菌和聚磷菌丰度显著增加;在好氧颗粒污泥中,Nitrosomonas（亚硝化单胞菌属）、Nitrospira（硝化螺旋菌属）是主要的硝化功能菌;Dechloromonas、Clostridium sensu stricto 13（梭菌属）是主要的反硝化细菌;Aeromonas（气单胞菌属）、Clostridium sensu stricto 13（梭菌属）是主要的聚磷菌;Uncultured Xanthomonadaceae、Comamonas（丛毛单胞菌属）、Zoogloea（动胶菌属）是降解有机物的主要菌种,其中Comamonas（丛毛单胞菌属）、Zoogloea（动胶菌属）也是好氧污泥颗粒化过程中的关键菌株.      

好氧颗粒污泥处理高含盐废水研究

试验采用序批式摇床反应器(SSBR)在高含盐废水中利用不同类型接种污泥培养出了好氧颗粒.结果表明,好氧颗粒污泥能够有效处理高含盐废水并且具有很好的抗盐度冲击能力.当废水盐度小于10 g/L NaCl并且进水基质为葡萄糖时,利用好氧颗粒污泥处理该废水可以取得70.3%～97.6%的TOC去除率.当进水盐度达到35 g/L NaCl并且进水基质为难降解Vc废水时,利用好氧颗粒污泥处理该含盐废水能够取得与相同基质相同运行条件下淡水废水中相似的70%的TOC去除率.试验在含盐废水中得到了粒径为0.5～3 mm的好氧颗粒污泥,其沉降速度大大高于淡水对照组中得到的好氧颗粒污泥沉降速度.相对淡水对照组中好氧颗粒污泥,含盐废水中好氧颗粒具有污泥产率更低、污泥活性(OUR)更高、颗粒稳定性更好的优势.从不同接种污泥类型来看,好氧絮状污泥和厌氧颗粒污泥接种都能快速实现污泥好氧颗粒化,但絮状污泥接种实现好氧颗粒化所需的时间更短.另外,在相同运行条件下,接种好氧絮状污泥反应器取得的TOC去除效果优于接种厌氧颗粒污泥反应器,但厌氧颗粒污泥接种具有更强的抗盐度冲击能力.     

处理城市污水的好氧颗粒污泥培养及形成过程

在中试序列间歇式活性污泥法(SBR)反应器中采用有机物浓度低的城市污水培养好氧颗粒污泥. 运行过程中考察了污泥性能,并通过调整、优化沉淀时间和排水比等运行参数,培养出了高性能且稳定的好氧颗粒污泥. 活性污泥接种40 d后反应器内开始出现细小颗粒,160 d后颗粒污泥趋于成熟,粒径可达0.8 mm,且其周围有大量的原生动物. 颗粒化过程中,污泥密度、沉降速率和ρ(MLSS)分别从初期的1.004 0 g/cm3,6.8 m/h和4 000 mg/L升至1.010 5 g/cm3,38.5 m/h和8 000 mg/L,污泥容积指数(SVI₃₀)则从75 mL/g降至40 mL/g. 形成后的颗粒污泥对城市污水中COD_Cr和NH₄+-N有很好的去除效果,出水中ρ(COD_Cr)和ρ(NH₄+-N)分别在50和5 mg/L以下.      

低碳源废水培养的好氧颗粒污泥常温储存后活性恢复研究

通过考察好氧颗粒污泥特征、比耗氧速率（SOUR）、处理效果和菌群的变化,探索常温储存实际低碳源废水培养出的好氧颗粒污泥的可行性.试验结果表明,常温清水储存60d后颗粒结构未出现明显解体;污泥浓度由4960mg/L小幅降低至4740mg/L,但沉降性能保持良好（SVI为24.2mL/g）;SOUR整体下降较小（16%）,尤其是硝化菌的SOUR;污泥菌群在门和属水平上的相对丰度均发生了变化.在恢复运行后,颗粒形态恢复快且良好,粒径在长期运行后明显增大（200~250μm）;污泥沉降性能始终保持良好（SVI<20mL/g）,SOUR在运行20d后既能恢复;运行11d后COD处理效果完全恢复（平均出水COD为53mg/L）,运行5d后NH₄⁺-N处理效果完全恢复（平均出水NH₄⁺-N为0.7mg/L）.常温清水储存好氧颗粒污泥不仅操作方便,而且反应器能快速恢复稳定运行,具有显著的实际应用价值.     

流体流速对好氧颗粒污泥快速培养的影响

针对好氧颗粒污泥的快速培养,研究了流体流速对好氧颗粒污泥形成特性的影响机制.由于反应器构型的差异,造成水力剪切力与流体特性的不同,从而对好氧颗粒污泥的形成产生较大影响.研究表明,在圆筒式SBR反应器中接种厌氧活性污泥,在36d时培养得到了成熟的颗粒,与挡板式反应器相比提前了4d左右,且MLSS提高了16.2%,达到5023mg/L;颗粒也更加致密,SVI达到45mL/g,远好于挡板式SBR反应器（序批式反应器）的SVI 63mL/g.原因是与挡板式SBR反应器相比,圆筒式SBR反应器的平均液相流速更高,气泡分布更均匀,水力剪切力更强.因此圆筒式SBR反应器培养好氧颗粒污泥的时间较短,污泥颗粒化的速度提高,得到的颗粒污泥更加紧凑密实.     

厌氧/好氧运行方式对颗粒污泥形成的影响

序批式反应器(SBR)饱食-饥饿的运行方式对颗粒污泥的形成具有一定的促进作用,为考察该作用的大小,采用小试SBR装置,按照厌氧/好氧(An/O)交替的方式运行,考察了强化饱食-饥饿效应对颗粒污泥形成的影响.研究发现,An/O方式运行的第7d,反应器内即有微颗粒出现,30d后该颗粒污泥系统趋于稳定.通过对典型周期内厌氧和好氧末期污泥中胞外聚合物(EPS)的测定分析,发现厌氧末期的胞外多糖(PS)由最初的13mg/g-VSS逐渐上升到后期的55mg/g-VSS,且厌氧饱食阶段的PS含量一直高于好氧饥饿段.在颗粒形成初期,好氧饥饿阶段胞外蛋白质(PN)的平均含量为10mg/g-VSS,大于厌氧饱食段的6mg/g-VSS;而在颗粒成熟阶段,好氧末期PN为13mg/g-VSS,厌氧末段为20mg/g-VSS.在整个颗粒污泥的形成过程中,PS含量一直高于PN.由此可见,PS所具有的黏性作用在颗粒的形成中起到了比较重要的作用. An/O交替的运行方式会对SBR所特有饱食/饥饿效应起到强化作用,刺激微生物分泌大量的EPS,同时筛选出具有厌氧储存有机物能力的微生物,从而促进了颗粒污泥的形成.     

同步脱氮除磷好氧颗粒污泥培养过程微生物群落变化

本实验利用生活污水培养具有同步脱氮除磷(simultaneous nitrogen and phosphorus removal,SNPR)功能的好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS).采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序对AGS培养过程中细菌群落变化进行了研究,以期揭示污泥好氧颗粒化成因.采用实时荧光定量PCR对AGS培养过程中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和聚磷菌(polyphosphate accumulating organisms,PAOs)的丰度变化进行了研究.结果表明:历时100 d培养出的AGS质地紧实,具有良好的SNPR效果.AGS胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中多糖含量在培养过程中增加明显,而蛋白质含量保持稳定.AGS培养过程中,AOB的丰度略微下降,AOA的丰度明显下降,NOB的丰度无明显变化,而PAOs的丰度在AGS培养初期明显增加.在AGS培养过程中,细菌群落多样性呈现出先升高后降低的趋势,且细菌群落组成发生了明显的变化.持久型OTUs占样品总序列数的92.70%,其中变形菌门(Proteobacteria,31.07%~53.67%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,6.70%~16.50%)和绿弯菌门(Chloroflexi,7.84%~13.36%)是AGS培养过程中的细菌优势门.Candidatus competibacter属在AGS培养过程中大量富集(由种泥中的0.11%增加到35.33%),其可能会分泌胞外多糖,形成黏性EPS,促进絮状污泥团聚成为AGS.     

胞外多聚物在好氧颗粒污泥形成中的作用机制

在SBR反应器活性污泥好氧颗粒化过程中,分析不同时期污泥EPS主要成分的变化、污泥表面特性的变化及二者相关关系.不同时期污泥样品胞外蛋白的SDS-PAGE表明,蛋白分子量条带主要分布在（31.0～97.4）×10³,与种泥相比,颗粒污泥在形成过程中增加了一些新蛋白条带,且条带颜色逐渐变深,定性表明蛋白种类及含量的增加.定量测定也表明,胞外蛋白分泌量随颗粒污泥的形成逐渐从49.4 mg·g^-1增至148.3 mg·g^-1,多糖则无明显变化,蛋白/多糖值也从2.3逐渐增至4.9.颗粒污泥表面疏水性比种泥约增加1倍,疏水性的变化与蛋白/多糖值正相关,相关系数为0.969.测得种泥与颗粒污泥表面Zeta电位平均值分别为-28.5 mV和-13.2　mV,颗粒污泥表面的电负性明显降低.由蛋白质自身特性,可推测其通过增加污泥表面相对疏水性和降低污泥表面电负性而促进好氧颗粒污泥形成的作用机制.     

菌-藻共生好氧颗粒污泥的稳定性机理

在非曝气条件下接种好氧颗粒污泥(AGS)和绿藻藻种,经过18d的培养,成功构建了菌-藻共生好氧颗粒污泥系统(ABGS).研究表明,在非曝气条件下,与传统的AGS相比,ABGS具有更高的生物活性、除污染效能和机械强度,说明ABGS的稳定性更优.对ABGS的稳定性机理进行分析,发现在颗粒化过程中,胞外聚合物(EPS)特别是...