丝状菌污泥膨胀的影响因素与控制

本文系统地介绍了近一、二十年来国际上关于丝状菌污泥膨胀的最新研究成果。从丝状菌的种类与特性、丝状菌污泥膨胀的机理、引起污泥膨胀的污水性质和运行条件等方面全面地论述了污泥膨胀的影响因素与控制方法,通过对国内外污泥膨胀研究现状与存在问题的分析,提出了该课题今后的研究方向。     

应用选择器抑制污泥膨胀的20年实践

选择器是在控制丝状菌膨胀实践中孕育而生。丝状菌一般在基质浓度较低的条件下生长，基质浓度较高时菌胶团将要代替丝状菌。根据这一理论，选择器在２０年间逐渐地被开发出来。本文列举了一些成功例子的设计参数和具体结构，并指出了选择器的局限性，即它不能解决所有由丝状菌引起的问题。     

新型序批式生物膜反应器中污泥膨胀的研究

利用自主设计的新型序批式生物膜反应器(SBBR),处理高浓度有机废水时,出现了污泥膨胀问题。通过对污泥膨胀的影响和诱因分析,总结出预防及恢复措施。结果表明,污泥膨胀导致COD、TN去除率分别从92.91%和81.44%下降到79.14%和54.40%;经鉴定丝状菌性污泥膨胀中丝状菌疑似镰刀霉;低温和进水有机负荷高是导致污泥膨胀的主要诱因;经35 d的调整恢复,新型SBBR恢复了有机物去除能力和一定的脱氮能力,间接反映出其稳定性在遭受破坏后的恢复能力较强。     

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(-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。     

微丝菌型污泥膨胀的工艺负荷调控方法

提出调控工艺局部污泥负荷分布来处理污水处理厂冬季微丝菌污泥膨胀。在某AAO工艺污水处理厂开展平行反应器实验,进行显微观测和工艺模拟,发现反应器前端厌/缺氧区污泥去除负荷的差值与微丝菌丰度、污泥粒径和沉降性能有相关性。比较多种运行模式的改善效果,发现AO模式沉降性能最好,优于AAO和多点回流。反应器前端污泥去除负荷梯度可作为调控指标,实验中AO模式负荷梯度可达0.54 kg COD·（kg SS·d）-1,明显高于AAO、多点回流和多点进水。因此,通过优化回流和排泥操作,可以调控污泥去除负荷的沿程分布,有可能缓解冬季的微丝菌型污泥膨胀。     

污泥膨胀状态下原生动物群落结构分析

系统研究了丝状菌膨胀与非丝状菌膨胀2种典型污泥状态下原生动物的群落结构特征及其演变规律。伴随丝状菌的大量增殖,原生动物总量相应减少,匍匐型纤毛虫及有壳类肉足虫数量迅速上升,占据明显的优势地位,典型原生动物为斜管虫（Chilodonella sp.）、小轮毛虫（Trochilia minuta）以及匣壳虫（Centropyxis sp.）;非丝状菌污泥膨胀对原生动物总量及种群结构影响较小,伴随粘性菌胶团的大量出现,各功能类群的比例变化较小,但原生动物总量持续增加,其中菌食性纤毛虫呈线性增加,典型原生动物为钟虫（Vorticella sp.）。     

氯化钙控制污泥膨胀

污泥膨胀是活性污泥工艺运行中经常遇到的最棘手的问题之一。本实验以人工合成污水为底物,采用序机式活性污泥法（SBR）;研究投加无机混凝剂氯化钙控制污泥膨胀的情况,同时研究丝状菌和菌胶团的变化。研究发现,投加氯化钙后,丝状菌数量明显减少;形成较多大而密实规则的菌胶团,污泥膨胀得到控制。污泥容积指数（SVI）由最初的309.5 mL/g降到67.1 mL/g,污泥沉降性能改善。停止投加氯化钙后又运行了18周期,活性污泥没有发生再次膨胀。投加氯化钙对COD去除率没有明显影响。研究结果表明,投加氯化钙是一种有效的污泥膨胀应急控制措施。     

缺氮和不同pH值对活性污泥膨胀的影响

探讨了啤酒废水中缺少氮以及进水pH值不同对活性污泥中微生物的生长竞争、增殖、类群变化、底物的利用和活性污泥沉降性能的影响。本试验采用3个尺寸相同的SBR反应器，进水pH值分别为7．0、6．0和5．0，P始终充足。当BOD5／TN在100／5与100／2之间时，多数微生物的营养要求被限制，底物的去除率降低，当BOD5／TN大于100／2时，会出现污泥膨胀；在P始终充足的情况下，只有-N含量很低的情况下才会出现污泥膨胀。     

活性污泥膨胀的研究

系统讨论了活性污泥法中经常发生的、并有严重危害的丝状菌污泥膨胀.介绍了与污泥膨胀有关的丝状菌种类和特性,以及污泥膨胀的影响因素和污泥膨胀的机理.结合国际近一二十年来,关于丝状菌污泥膨胀的最新研究成果,阐述了污泥膨胀的控制方法.     

污泥膨胀形成机理及控制措施研究现状和进展

污泥膨胀现象在全球污水处理厂普遍存在,已成为制约活性污泥工艺发展的重大难题之一.本文总结了丝状细菌研究现状;重点阐述了当前引起污泥膨胀的主要机理;说明了基于这些机理的选择器控制理论;给出了主要的选择器类型.对当前关于污泥膨胀的研究进展和方向,分别从微生物和数学模型2个方面进行了讨论,最后,提出了一系列亟待解决的问题.     

氧化锌纳米颗粒对SBR中活性污泥脱氮性能及硝化细菌丰度的影响

在SBR中添加氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs）,研究ZnO-NPs对活性污泥脱氮性能及硝化细菌丰度的影响。结果表明,低浓度（1 mg·L-1）ZnO-NPs对活性污泥脱氮性能无影响,高浓度（10、50 mg·L-1）ZnO-NPs可抑制活性污泥硝化性能,且对硝化菌活性抑制作用小于亚硝化菌。ZnO-NPs浓度梯度增加至50 mg·L-1较直接投加50 mg·L-1 ZnO-NPs对污泥活性抑制作用小。高浓度ZnO-NPs改变活性污泥微生物胞外聚合物（EPS）产量和性质。SBR运行结束时,高浓度ZnO-NPs的添加导致亚硝化菌相对丰度大幅度减小,而对硝化菌相对丰度影响较小。     

NaCl盐度对耐盐活性污泥沉降性能及脱氮的影响

针对海水冲厕工程的实施,采用序批式活性污泥反应器(SBR)处理实际含盐生活污水,考察了盐度对耐盐活性污泥沉降性能及脱氮效能的影响。研究发现,经过长期盐度驯化后的污泥系统也会出现丝状菌污泥膨胀。在经过10 g/L盐度长期驯化的污泥系统中,污泥容积指数(SVI)随着盐度的升高而降低,盐度升高使丝状菌减少,污泥絮体变小变密实。但是,盐度降低时会引发更严重的污泥膨胀,导致污泥流失。对脱氮性能的研究表明,硝化菌的耐盐能力较强。当盐度由10 g/L改变为0、5、15、20 g/L时,氨氮去除率依然可以维持在99%以上。但亚硝酸盐积累率无论是盐度升高或降低时都升高,这表明驯化后污泥中的亚硝酸氧化菌(NOB)对盐度变化的耐受能力比氨氧化菌(AOB)弱,无论盐度升高或降低都会对其产生较大的影响。     

分点进水A/O工艺处理低碳源生活污水的脱氮性能研究

针对低C/N比污水脱氮的难点问题,在缺氧段不同点设置进水口,采用分点进水A/O工艺处理校园生活污水.考察了在污泥回流比为100%,硝化液回流比为200%,分流比为1∶1,缺氧池水力停留时间(HRT)分别为2、2.4和3 h情况下,分点进水A/O工艺的反硝化性能,并与传统的A/O工艺进行比较.结果表明,当缺氧池的水力停留...     

纳米银和银离子对活性污泥系统污染物去除效率的影响

纳米银(silver nanoparticle,AgNPs)及所释放Ag+的毒性会对污水生物处理系统中的微生物造成影响,降低系统对污染物的去除效率。基于此,对表面包被聚乙烯吡咯烷酮的AgNPs在纯水和人工污水中的形貌、粒径分布、表面电位等进行了表征,以序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)模拟活性污泥污水处理系统,在进水中分别添加1 mg·L−1、10 mg·L−1 AgNPs和0.3 mg·L−1、3.0 mg·L−1 Ag+后,SBR连续运行50 d,考察了活性污泥系统污染物去除率的动态变化。结果表明：AgNPs在人工污水中易团聚,AgNPs浓度越高,团聚现象越明显;进水中添加10 mg·L−1 AgNPs可显著降低SBR对COD、${{\rm{NH}}_4^ + }$-N及${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$的去除率,其抑制效应主要来自于AgNPs本身而不是其释放的Ag+;添加1 mg·L−1 AgNPs和0.3 mg·L−1、3.0 mg·L−1 Ag+对活性污泥系统去除COD有抑制效应,但COD去除率仍高于60%,可以满足城镇污水处理厂污染物排放一级A标准(GB 18918-2002);添加1 mg·L−1 AgNPs可显著抑制活性污泥系统对${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$的去除;进水中分别添加1 mg·L−1、10 mg·L−1 AgNPs和0.3 mg·L−1、3.0 mg·L−1 Ag+对SBR出水中${{\rm{NO}}_2^ -} $-N和${{\rm{NO}}_3^ -} $-N去除率没有影响。鉴于目前进入城镇污水处理系统中AgNPs的浓度远低于1 mg·L−1,故AgNPs对活性污泥污水处理系统中污染物的去除没有显著抑制效应。     

膜曝气生物反应器内DO分布变化及其对有机物和氮去除的影响

以模拟生活污水为研究对象,探讨膜曝气生物反应器在不同的曝气压力下溶解氧的分布特征,并分析了DO的分布对有机物和氮去除率的影响。研究结果表明,不同的曝气压力下,沿曝气膜径向位置DO值逐渐降低呈梯度分布,轴向位置的DO浓度变化随沿程氧分压减小逐渐降低;不同位置的DO分布差异影响反应器内微生物群落的分布情况,进而影响碳氮的去除效果。COD和NH4+-N去除主要依靠生物膜内的好氧异养菌,去除率随DO的上升而增大,当反应体系中DO浓度在1.71 mg·L-1以上时,两者的最大去除率分别为84.4%和92.1%;TN的去除率随DO的上升而减小,在低DO的主体料液中,生物膜内侧依然保持高氧低碳环境,在保证硝化反应的同时反硝化作用进行较为充分,去除率可高达76.1%。     

厌氧氨氧化耦合异养反硝化的脱氮性能及污泥性状

通过连续实验和血清瓶批式实验研究了厌氧氨氧化耦合异养反硝化的代谢特性。在pH 7.8、温度25℃左右、水力停留时间1.5 h和苯酚浓度18.82 mg/L的条件下,耦合反应器能长期稳定运行。结果表明,NH+4-N、NO-2-N去除率高达100%,TN去除率为87.51%。消耗的NH+4-N、NO-2-N与生成的NO-3-N之比为1∶1.49∶0.12,平均总氮容积负荷为2.53 kg/(m3·d),平均总氮去除负荷可达2.26 kg/(m3·d)。系统内异养反硝化与厌氧氨氧化存在协同和竞争关系,总氮的去除是异养反硝化菌和厌氧氨氧化菌共同作用的结果。耦合系统中ANAMMOX对TN去除贡献率达到86.72%,异养反硝化对TN去除贡献率达到13.28%(其中以NO-2-N为电子受体的反硝化比例为7.16%,以NO-3-N为电子受体的反硝化比例为5.89%)。污泥性状研究表明,颗粒污泥存在3种形式:一种是ANAMMOX颗粒污泥;一种是苯酚反硝化颗粒污泥;一种是ANAMMOX菌外面包裹苯酚反硝化菌的颗粒污泥。另外,颗粒污泥的无机组分较高。污泥扫描电镜照片显示厌氧氨氧化菌为球状,反硝化菌为短杆状。     

污泥双回流-AOA中试系统处理低C/N城镇污水的脱氮除磷性能

为解决低C/N污水脱氮除磷难题,建立了基于污泥双回流-AOA新工艺的中试系统来处理低C/N城镇污水,处理规模为100 m³·d⁻¹,考察了系统对COD和氮磷的处理效果,并对比了无第二污泥回流时的AOA工艺处理效果,分析了设置第二污泥回流的优势。结果表明,污泥双回流-AOA工艺污水处理效果显著优于无第二污泥回流时的AOA工艺,COD、NH₄⁺-N、TN、TP平均去除率分别达88.8%,96.3%,85.8%,94.1%。内源反硝化批次实验表明,内源脱氮负荷与污泥浓度呈正相关。设置第二污泥回流,提高了缺氧区MLSS,缺氧段比反硝化速率和内碳源转化率均提升,缺氧区脱氮负荷提高,促进系统TN去除率提高;系统第二污泥回流比100%时,缺氧区脱氮负荷为0.086 kgN·(m^-3·d⁻¹)。此外,设置第二污泥回流可有效避免系统在缺氧末和二沉池NH₄⁺-N和TP质量浓度小幅回升。高通量测序结果表明,属于反硝化聚糖菌 (DGAOs) 的Candidatus_Competibacter为系统的优势菌属。本研究结果可为污泥双回流-AOA新工艺实现高效脱氮除磷提供参考。     

水解酸化-A2O污泥减量工艺的运行性能研究

生物处理单元采用水解酸化、多级串联接触曝气、连续流的除磷脱氮A2／O工艺,并辅以外排厌氧富磷污水侧流除磷,开发了一个新型的具有强化除磷脱氮功能的污泥减量HA—A／A—MCO工艺。用该工艺处理校园生活污水发现,在SRT60d、进水COD316～407mg／L、NH4＋-N30～40mg／L、TN35～53mg／L、TP8—12mg／L的条件下,出水COD≤18mg／L、NH4＋-N≤2．1mg／L、TN≤10．3mg／L、TP≤0．44mg／L。研究还发现,水解酸化池处理产生的VFA能有效促进生物除磷脱氮,导致厌氧释磷量达57mg／L,进入化学除磷池的侧流液量仅相当于进水量的13％;系统最主要的脱氮形式是SND和缺氧反硝化,SND脱氮占脱氮总量的50％,缺氧反硝化占26％;HA-A／A—MCO系统有效实现了生物相分离,并利用生物捕食作用获得较低的污泥产率,0．1gMLSS／gCOD。     

低浓度LAS对活性污泥性质和去除污染物行为的影响

采用SBR处理模拟废水,考察了不同浓度阴离子表面活性剂——烷基苯磺酸钠（LAS）对反应器活性污泥的影响。实验结果表明,低浓度表面活性剂LAS的投加,有利于提高SBR中活性污泥对COD和氨氮处理效率,并且活性污泥的沉降性以及微生物活性也随着LAS投加浓度的升高而升高。但是,当LAS的投加浓度过高时（1 mg/L）,污泥表面产生起泡、乳化和微粒悬浮等现象,使大量固体陷入漂浮泡沫层,降低曝气池的充氧效率,最终导致污泥解体,沉降性变差,活性下降。     

城市污泥的低温热干燥

污泥是城市产生的重要废弃物之一,因较高的含水率而体积庞大,因此对其进行脱水和干燥是实现减量化的重要手段。低于100℃的低温热干燥方法因干燥温度较低,具有节能、减少臭气排放等优点,可有效利用工业余热、废热、太阳能,以及热效率很高的热泵干燥工艺。采用薄膜态污泥进行低温干燥,通过实验分析了在温度为50℃和70℃、表面风速为0.3~1.2 m·s-1条件下污泥质量与含水率的变化。结果表明,较低的干燥温度一定程度上延长了干燥时间,但采用薄膜形态可以缓解干燥速度减慢的问题,且可有效解决“硬壳”现象而实现等速干燥,对提高能源利用效率具有较大好处。给出了气流温度、流速、泥层厚度对干燥速度的影响,干燥消化污泥所需时间要快于同条件下的未消化污泥。还给出了2种低温干燥工艺流程,为工业应用提供借鉴。