厌氧折流板反应器(ABR)中成熟颗粒污泥的分形分析

研究了ABR反应器启动成功后成熟颗粒污泥的物理性质和不同拓扑空间下的分形维数.结果表明,在反应器启动成功后,各格室中形成了平均粒径为1.70～2.70mm、边界较为清晰的黑色颗粒污泥.它们的SVI值为25～35mL·g-1,有效密度主要集中在1.02g·mL-1以下,自由沉降速率主要集中在14.40～86.40m·h-1之间.在它们的等速自由沉降的过程中,第2格室到第5格室中颗粒污泥水平方向的投影平均直径与垂直投影方向上平均直径的比值接近0.73,而第1格室的这一比值却为0.83.依据沉降速率-当量圆直径的双对数图计算出的各格室中颗粒污泥的质量分形维数Df 处于2.097～2.801之间,大小顺序为第5格>第3格>第2格≥第1格>第4格,表明第5格室中形成的颗粒污泥较为密实,而第4格室的密实程度最小,但密实的颗粒污泥并不一定意味着较高的平均沉降速率.此外,依据投影法计算出的ABR各格室中颗粒污泥在低维拓扑空间下的几种分形维数之间的关系与其理论公式之间的关系相符,其中二维拓扑空间的分形维数为1.69～1.84(投影面积-长轴),大小顺序为第3格室>第1格室>第5格室>第4格室>第2格室,这些Dsub>2不等于2,即不符合Meakin的结论.一维拓扑空间下的分形维数在0.99～1.03之间,各格室之间差异不大,表明颗粒污泥的边界不规则程度小.     

HRT对ABR处理低浓度废水的效果和颗粒污泥特征的影响

采用效果检测、粒度分布与分形等方法,研究了ABR处理低浓度废水时水力停留时间(HRT)对其运行状况和颗粒污泥特征的影响.结果表明,随着HRT从24 h逐渐缩短到5 h,反应器保持了较高的有机物去除效果,运行稳定阶段的COD去除率多在90%以上,主要承担COD去除的格室由反应器的前2格逐渐过渡到中间3格室;反应器后面格室颗粒污泥的MLSS值随着HRT的缩短总体也呈增加趋势,MLVSS/MLSS值先降低后升高,前3个格室的MLVSS/MLSS值高于后2个格室的趋势越来越明显.分形维数和粒度的变化表明,HRT为24 h和18 h时,ABR中颗粒污泥呈现表面光滑、结构密实和粒径逐渐增大的特点;HRT为12 h和8 h时,形成大而中空、表面相对不规则的疏松颗粒污泥; HRT为5 h时,水力扰动破碎、筛分以及微生物修补作用的综合影响导致颗粒污泥粒径减小、表面光滑、结构密实.在同一HRT下,ABR不同格室中颗粒污泥D1和D2呈现出相反的变化趋势,显示了沿着ABR格室,颗粒污泥表面变得光滑时对应的结构比较密实的特征.     

ABR的启动与颗粒污泥形成特征

阐述了ABR反应器的启动过程和颗粒污泥培养技术特征.试验得出低负荷是ABR反应器成功启动的关键.水流特性、适宜菌群、水力负荷、适宜碱度等是颗粒污泥形成的重要条件.有机负荷为0.85kg(COD)(m3·d)到150kg(COD)(m3·d),水力负荷是0.198m2/(m3·h),出水碱度控制在CaCO3500mgL以上,运行60d左右能实现稳定的启动,并培养出颗粒污泥.ABR各隔室条件不同,形成污泥形状不同,但不同颗粒污泥基本都有丝状菌、杆菌为核心菌连接成网络,吸附基质及其它惰性物质组成,颗粒污泥内丰富的空穴为物质迁移和微生物降解提供了条件.     

不同碳源培养的成熟好氧颗粒污泥的分形表征

为了表征不同碳源培养的好氧颗粒污泥的密实以及规则程度,试验利用不同碳源培养的成熟好氧颗粒污泥SEM照片,采用Photoshop、Fips2对图形进行处理并且对图像进行分形计盒维数的计算.其中,1号(葡萄糖膨胀颗粒)好氧颗粒的计盒维数最低,达到1.794±0.011,3号(蛋白胨颗粒)与5号(生活污水颗粒)的分形维数较高,达到了1.866±0.018和1.880±0.015,较为致密.不同碳源培养的好氧颗粒污泥的边界计盒维数主要分布在1.14左右,其中6号(啤酒颗粒)的形状较为规则,计盒维数达到1.115±0.003,7号(垃圾渗滤液颗粒)污泥的形状最不规则.结果表明,利用二维分形维数能够较好地表征、区分不同好氧颗粒污泥的密实程度、规则程度,并且能够表征好氧颗粒污泥的状态,如膨胀等.分形表征一定程度上弥补其他现有表征好氧颗粒污泥的理化特性方法的缺陷,为研究好氧颗粒污泥的组成、结构及物化特征的关系提供重要依据.     

ABR处理低浓度废水的污泥颗粒化研究

通过两个ABR反应器不同启动方式的对比,考察了污泥颗粒化的进程。试验以污水厂的厌氧污泥为对象,以颗粒污泥的粒径、形成特征等作为评价污泥颗粒化的指标,分析了控制进水CODcr浓度和改变水力停留时间两种运行方式对污泥颗粒化的影响。试验结果表明,两种启动运行方式均能够实现污泥的颗粒化,但在颗粒粒径和颗粒化程度上有所区别。培养出的颗粒污泥形状一般为球形或椭球形,直径在1 mm～2 mm。污泥结构紧密,表面较光滑,以丝状产甲烷菌为主。     

产甲烷ABR中颗粒污泥的快速培养及特性研究

在两相厌氧工艺的基础上,进行了产甲烷ABR中颗粒污泥的快速培养及特性研究。采用低负荷启动方式,通过先提高进水COD,再提高流量的方式使产甲烷ABR在最佳条件下运行,经过35d后,产甲烷ABR启动成功,结果表明:当进水COD为6000mg/L,HRT为10h,进水容积负荷为9.9 kgCOD/(m~3·d)时,对COD的去除率达到97.1%,同时产甲烷ABR颗粒污泥的污泥浓度逐渐升高,粒径明显增大,粒径>1mm的颗粒污泥达到了87%。     

ABR耦合CSTR一体化工艺好氧颗粒污泥形成机制及其除污效能研究

本研究通过对厌氧折流板反应器(ABR)改进,使其成为厌氧与好氧组合一体化工艺,实现耦合运行.对连续流条件下其好氧颗粒污泥形成机制进行了研究.将ABR末端隔室分别改为曝气池与沉淀池,并分别在厌氧区和好氧区接种厌氧颗粒污泥和普通活性污泥,保持好氧区C/N为2,COD容积负荷逐渐由1.5 kg·(m3·d)-1提高至2.0 kg·(m3·d)-1,沉淀池HRT逐步由2.0 h缩短至0.75 h.研究表明,经110 d的运行,在好氧区中成功培养结构致密、沉降性能良好(平均沉降速率为20.8m·h-1)的淡黄色颗粒污泥.在好氧区沉淀时间为0.75 h、COD容积负荷为2.0 kg·(m3·d)-1的条件下,系统稳定运行时具有较好的脱氮除磷效果,COD、NH+4-N、TP和TN的去除率分别为90%、80%、65%和45%.研究表明,因沉淀时间缩短而不断提高的选择压、维持较高的有机负荷是好氧颗粒污泥形成的主要驱动力.     

沉积物颗粒表面分形特征的研究

通过一阶分子连接性指数1χ与分子表面积TSA之间的相关性计算出吸附分子的尺度,采用分形吸附等温线法计算出妫河沉积物的Ds为2.379,官厅沉积物的Ds为2.836.基于沉积物对N2的吸附脱附等温线数据,采用FHH(Frenkel-Halsey-Hill)方程计算出两种沉积物的表面分形维数Ds,发现官厅沉积物与妫河沉积物的Ds相差不大;温度影响Ds主要是由于升温改变了沉积物的组成与结构.在本实验中采用热力学模型(thermodynamicmodel)计算出的Ds值大都超过3.此外,沉积物的Ds与其比表面积、矿物含量、CEC、有机质的相关性差.以萘、菲、芘作为码尺计算出的Ds并不完全是表面空间填充能力的客观表现,而是表面吸附过程的一个重要的综合性特征参数.     

改性蒙脱土颗粒吸附直接染料的分形特征

研究了改性蒙脱土颗粒(050823和MMT35)吸附2种直接染料(直接耐晒黑G和直接大红4BE)的吸附特性,并从类分形动力学规律、颗粒吸附染料前后的表面分形特征变化等方面对上述吸附过程进行了探讨.结果表明,颗粒对染料的吸附可分为快速的边缘覆盖和缓慢的晶层吸附2个过程.整个吸附过程符合准-二级反应动力学方程,并且染料进入晶层的吸附阶段具有类分形特征.除MMT35-直接大红4BE染料吸附体系外,Freundlich、Langmuir吸附等温模型的非线性方程、不同形式的线性方程及分形Langmuir模型对其余3个吸附体系(050823-直接耐晒黑G、050823-直接大红4BE、MMT35-直接耐晒黑G)等温线数据的模拟均取得了较好的效果,其中,非线性方程是获得统一模型参数较好的方法.此外,染料分子主要通过静电引力/斥力和范德华引力的综合作用吸附在颗粒上,并通过晶层膨胀和开孔作用,使颗粒表面粗糙度增加,相应的表面分形维数Ds升高.     

低基质颗粒污泥反应器中亚硝化的实现过程及其污泥变化特征

在CSTR反应器中接种硝化颗粒污泥处理低氨氮浓度废水,研究其亚硝化的实现过程,并基于对颗粒污泥理化性质、功能菌群的空间分布规律及活性的分析,系统阐述了影响亚硝化稳定的关键因素.结果表明,通过协同调控进水氨氮负荷(NLR)和溶解氧(DO)水平等参数,亚硝化成功实现并可维持稳定,亚硝积累率达80%以上.所得亚硝化颗粒污泥为棕黄色,呈现出光滑、饱满的椭球形或球形,颗粒表面微生物以球菌为主;颗粒平均粒径1.3 mm,平均沉降速率为71.3 m·h^-1.批次试验显示,颗粒污泥(粒径>0.8 mm)中存在明显的成层分布结构,氨氧化细菌(AOB)主要占据颗粒表层空间,而亚硝酸盐氧化细菌(NOB)主要分布在颗粒内部;絮体或小粒径污泥(粒径<0.8 mm)与颗粒污泥(粒径>0.8 mm)呈现出不同的微生物空间分布特征.在颗粒污泥反应器中,良好的硝化菌群分层结构、较高的出水氨氮浓度(15～33 mg·L^-1)或较低的DO/NH⁺₄-N(0.08～0.15)是亚硝化实现过程中的关键影响因素.     

厌氧折流板反应器(ABR)的水动力学及污泥特性

ABR作为一种新型的厌氧反应器工艺 ,具有许多优良的性能 ,如良好的水力条件及抗冲击能力、简单的构造、良好的生物种群分布及处理效果等。目前 ,其在不同废水处理中运行效果已得到越来越多的研究和实际应用。在此就该工艺的水力流态及污泥性能作了探讨     

多点分区进水厌氧折流板反应器运行效能研究

以4格室单侧进水厌氧折流板反应器(ABR)为对照,研究了分区进水对ABR运行效果的影响.结果表明,在室温条件下,HRT=4 h时,单侧进水ABR对溶解性COD去除率为30%,而分区进水ABR对COD的去除率平均为35%,最高可达45%,COD去除率平均提高5%以上.分区进水ABR各室内生物种群主要以兼性水解酸化菌为主,同时亦存在产甲烷菌.分区进水避免了反应器第1格室内有机负荷过高,挥发性脂肪酸(VFA)过度积累的弊端,改善了反应器后部格室有机基质不足的现象,增强了反应器内微生物的活性,提高了对污染物去除的能力.     

厌氧折流板反应器处理制糖废水的效能及微生态特性研究

研究了厌氧折流板反应器（ABR）处理制糖废水的运行特征,并通过污泥EPS测定、小瓶静态试验、扫描电镜等分析了其微生态特征。结果表明：在HRT为24 h,水温33℃,进水ρ（COD）为1 355～2 955 mg/L,反应器对COD的去除率为87%～96%,其中第1隔室抗废水的冲击最大,VFA值最高而碱度最低,分别为9....     

厌氧折流板反应器处理有毒废水及其污泥特性的研究

在16.2L厌氧折流板反应器中,处理以葡萄糖为共基质的含五氯酚钠(PCP-Na)有毒废水,进水COD为1100—1200mg/L,HRT为1d.结果表明,ABR对有毒物负荷变化的适应能力强,当进水PCP-Na小于8mg/L时,出水COD在80mg/L以下,PCPNa在0.2mg/L以下,运行稳定.在有毒物低于抑制浓度下,反应器内能形成颗粒污泥.颗粒污泥表面为发酵产酸菌,内部为产甲烷菌,自身形成良好的有机质分解链.各室微生物的组成与分布随流向逐室递变,递变的规律与底物的降解过程相关.污泥的产甲烷活性和沉降性能等与其微生物组成结构密切相关.     

复合式厌氧折流板反应器启动性能研究

研究了以厌氧污泥接种的复合式厌氧折流板反应器(HABR)的启动,考察了其快速启动过程中的处理效果及颗粒污泥的形成。结果表明:在中温(34±1)℃条件下,先固定进水浓度为1000 mg/L,逐步缩短水力停留时间(HRT):48 h-24h-12 h,后固定HRT为18 h,并逐步提高COD浓度的方法,HABR在38 d内完成了启动。启动完成时容积负荷为3.3 kgCOD/(m3.d),COD去除率>95%,出水pH在6.9~7.2,挥发性脂肪酸(VFA)的浓度小于2 mmol/L。启动过程中表现出了明显的生物相选择和分离特性,同时证明HABR中填料上的生物量对COD的去除有一定的作用。     

升流式厌氧污泥层反应器水力混合特性研究

对升流式厌氧污泥层反应器在常温下处理生活污水启动,培养颗粒污泥及运行的水力混合问题进行了系统研究,试验结果表明,当HRT在4.28-11.7h时,死区容积只占反应器总容积的2.1%-6.7%.反应器在实际运行中可忽略不良水力混合的影响,水力负荷(L)和沼气容积产量(G)共同影响水流流速在升流方向上的均匀性,它们与离散数D(无因次)之间存在着如下关系：D=0.0033L+0.045G+0.073.提出了用D定量地表示升流筛分强度,在本试验条件下,当D在0.088-0.095时,形成了颗粒污泥。     

温度对ABR反应器处理效果和微生物群落结构的影响

采用厌氧折流板反应器(Anaerobic baffled reactor, ABR)工艺处理模拟养猪场废水,考察低温(15±1)℃、中温(35±1)℃、高温(50±1)℃等3个温度条件对ABR处理效果和微生物群落结构的影响.同时,在水力停留时间HRT为24 h,进水COD为2000 mg·L^-1的条件下,考察了不同温度条件对ABR系统出水COD、pH、挥发性脂肪酸(Volatile fatty acid, VFA)的影响.最后,采用扫描电镜和荧光原位杂交技术(Fluorescence in situ hybridization, FISH)分别考察了不同温度条件对污泥微生物形态、种群结构和相对丰度的影响.结果显示,中温条件下系统的COD去除率最高,保持在96%以上,而低温和高温条件下系统的COD去除率均在70%左右;温度变化对反应器内pH值的影响不大;VFA含量在中温条件下最低,表示反应器运行最稳定;FISH结果显示,中温条件下系统真细菌和古细菌的总相对丰度最高,比低温和高温条件下分别高出12%和27%.     

ABR处理滞头废水试验研究

以去除蛋白后的滞头废水为基质对厌氧折流板(ABR)反应器处理效果进行研究,分析了ABR反应器的工艺特征和运行稳定性,同时对反应器各格室颗粒污泥特性进行分析.结果表明:ABR反应器在(35±1)℃,HRT为32 h,进水COD浓度由500 mg/L逐步提高到5 000 mg/L,运行稳定后,COD去除率保持在90％以上;...