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.     

间歇式除磷好氧颗粒污泥反应器的快速启动

以厌氧/好氧方式运行SBR反应器处理实际生活污水,考察沉淀时间对培养具有除磷功能的好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS)的影响。在沉淀时间降低为6min时,出现了AGS;在沉淀时间降低为4min的第6天,AGS培养成熟,肉眼可见。从降低沉淀时间到AGS培养成熟共耗时28d。AGS培养及稳定运行阶段,出水磷含量平均在0.92mg/L左右,最低为0mg/L,最高为3.34mg/L。具有除磷功能的AGS成熟时,其周围有大量的浮游累枝虫。AGS粒径范围为0.0~0.3mm、0.3~0.6mm及>0.6mm的质量分数分别为44.88%,51.61%及3.51%,AGS与絮状污泥共存。与具有短程硝化功能的AGS相比,周期性的厌氧/好氧更有利于AGS的稳定维持,具有除磷功能的AGS远比具有短程硝化功能的AGS密实。试验结果表明在沉淀时间选择压的作用下,具有除磷功能的AGS形成的过程可分为3阶段:筛选-聚集-成熟。     

实际生活污水快速培养好氧颗粒污泥的方法研究

采用序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor,SBR),通过接种絮状污泥研究逐级改变进水组成(配水与实际生活污水的比例)实现好氧颗粒污泥快速培养,同时考查了好氧颗粒污泥培养过程中颗粒污泥的物理性质及对污染物的去除效果。结果表明:在好氧颗粒污泥培养初期通过添加营养物质并逐渐增加实际生活污水的比例可以实现好氧颗粒污泥的快速培养,与完全用配水培养的好氧颗粒污泥基本相似,且培养出的好氧颗粒污泥结构密实,湿密度为1.046 g/cm3,比重为1.025,平均沉降速度为38.67 m/h,粒径在1 mm左右,颜色为黄褐色;同时培养的颗粒污泥对污染物有较好的处理效果,COD、NH+4-N的去除率分别高达85%、90%。培养初期在实际生活污水中通过添加营养物质能够诱导好氧颗粒污泥形成,实现好氧颗粒污泥的快速培养。     

短程硝化颗粒污泥的快速培养与硝化特性研究

以城市污水处理厂剩余污泥为种泥,以2 min沉淀时间为选择压,在序批式反应器(SBR)中快速培养出好氧颗粒污泥。经过60个周期(20 d),反应器内出现砂粒状颗粒,并持续稳定运行120 d。成熟的颗粒污泥平均粒径856.56μm,具有良好的硝化性能。SBR反应器以固定曝气时间方式运行,亚硝酸盐积累率达80%以上,实现了稳定短程硝化。试验结果表明:絮体污泥(即接种污泥)与颗粒污泥的硝化过程相似但略有差异。二者差别在于,氨氮氧化结束后,继续曝气120 min,絮体污泥将亚硝酸盐完全转化为硝酸盐,而颗粒污泥仅将部分亚硝酸盐转化且过程比较缓慢。     

接种好氧颗粒污泥快速启动硝化工艺的过程研究

中温(28～30℃)条件下,以自配无机氨氮废水为研究对象,在柱形SBR反应器中接种好氧颗粒污泥,通过逐步提升进水NH4+-N浓度(100～1 000 mg·L-1)和缩短水力停留时间(8～4 h),快速启动硝化颗粒污泥工艺.系统运行约30 d时,进水NH4+-N负荷达3.9 kg·(m3.d)-1,NH4+-N平均去除率在95%以上;后续高负荷运行阶段,氨氧化速率达5.0 kg·(m3.d)-1左右;反应器中出现亚硝酸盐持续积累的现象,25～70 d期间,NO2--N积累速率达2～4.5 kg·(m3.d)-1;尽管进水组分发生变化(COD/N),且进水负荷波动频繁,但整个运行过程中污泥始终保持良好的颗粒结构,SVI为30～40 mL·g-1,36 d时粒径大于0.21 mm的颗粒污泥约占污泥的93%(质量分数);颗粒污泥由接种时的浅黄色逐渐变为棕黄色,部分变为棕色.结果表明,以好氧颗粒污泥接种是快速启动硝化工艺和形成硝化颗粒污泥的关键.     

NaCl对好氧颗粒污泥短程硝化反硝化的影响

利用SBR(序批式反应器)研究了不同ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)、进水ρ(NH₄+-N)对AGS(好氧颗粒污泥)短程硝化反硝化的影响. 结果表明,在pH、温度和ρ(DO)为8.0、30 ℃和3 mg/L条件下,以及ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)和ρ(NH₄+-N)为20 g/L、8 h、600 mg/L和70 mg/L时,η_A(NH₄+-N去除率)和NAR(NO₂--N积累率)达到最佳. 当进水ρ(NaCl)为10 g/L时,NOB(亚硝酸盐氧化菌)被完全抑制,AOB(氨氧化菌)能够保持正常活性. ρ(COD_Cr)较高时能够促进NAR的提高. 经过116 d的培养,AGS短程硝化反硝化的耐盐极限为50 g/L,此时η_A小于50%,AOB被严重抑制,AGS丧失硝化能力. AGS的同步硝化反硝化作用明显,SND(同步硝化反硝化率)平均值为24.2%,SNDV(同步硝化反硝化比速率)平均值为0.63 h-1,低ρ(DO)比高ρ(DO)下的SND同步硝化反硝化作用更为明显.      

不同温度下应用比值控制实现连续流好氧颗粒污泥短程硝化

在连续流反应器中接种成熟好氧颗粒污泥（AGS）处理低氨氮污水,通过控制溶解氧（DO）和出水氨氮（NH₄⁺-N）的浓度,研究了控制DO/NH₄⁺-N（R值）实现连续流好氧颗粒污泥系统短程硝化的可行性和不同温度（30、20、10℃）条件下实现短程硝化系统对R值的需求.结果表明,通过比值控制,连续流好氧颗粒污泥系统可以快速实现短程硝化;在30、20、10℃条件下,系统实现短程硝化所需要的R值分别为0.50（±0.05）、0.35（±0.03）和0.20（±0.02）.因此可知,温度越低,系统实现短程硝化所需要的氧抑制越强.采用荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization,FISH）实验表明,通过比值控制,氨氧化菌（AOB）得到一定的富集,而亚硝酸盐氧化菌（NOB）的相对数量逐渐减少.基于比值控制和污水水质的特点,选择短程硝化的方式有所不同,低氨氮废水选择半量亚硝化,而高氨氮污水则选择全量亚硝化.     

连续流态下以实际低基质生活污水培养好氧颗粒污泥及其脱氮性能

研究了连续流系统污泥颗粒化过程中COD、氨氮和TN的去除效果以及成熟好氧颗粒污泥的物理性质和脱氮动力学.结果表明40 d内连续流系统内能形成好氧颗粒污泥.随着颗粒化程度的提高,系统脱氮除碳性能有所增加;第41~60 d稳定运行期间,系统对COD、氨氮和TN的平均去除率分别到达到85.54%、95.5%和65.56%,且反应过程中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的积累不高.成熟颗粒污泥有较多的空隙结构,含有大量的胞外聚合物,相比于接种絮状污泥,其含水率、湿密度、沉降速度、机械强度、SVI值等都体现出了明显的优势.成熟好氧颗粒污泥同步硝化反硝化效率为81.69%,硝化速率(以NH+4-N计)和反硝化速率(以NO-x-N计)分别为5.78 mg·(L·h)-1和4.90 mg·(L·h)-1.     

实际生活污水短程/全程硝化反硝化处理中试研究

常温条件下,用A/O生物脱氮工艺中试试验装置处理实际生活污水,控制好氧区低DO浓度(0.5 mg/L),实现了短程硝化反硝化反应,亚硝酸氮平均积累率可达85%或更高.研究了低DO短程硝化反硝化、低DO全程硝化反硝化和高DO全程硝化反硝化3种运行方式或状态在总氮去除率、耗氧量、污泥性能和反应机理上的差别.结果表明,短程硝化反硝化是生物脱氮的最优运行方式,它可有效提高系统脱氮率、降低运行费用.短程硝化反硝化过程中缺氧区和好氧区的pH值变化幅度较大;而全程硝化反硝化过程中,缺氧区pH值变化很小或基本不变化,好氧区pH值变化幅度较大.全程硝化和短程硝化的硝化速率相差不大,但短程反硝化速率和全程反硝化速率相比增加了15%.可以应用DO和pH在线控制A/O工艺硝化反应过程.     

SBR系统中同步硝化反硝化好氧颗粒污泥的培养

采用人工配制的模拟生活污水,研究序批式反应器(SBR)中好氧颗粒污泥的培养.实验结果表明:通过对进水碳源进行调控,反应器中形成了高活性具有同步硝化反硝化能力的好氧颗粒污泥,反应器中COD和NH₃-N的去除率分别为74.0%～92.8%和82.3%～98.5%.颗粒污泥的粒径一般为0.5～1.0mm,MLSS达到4.5g·L^-1以上,SVI值约为32.5,其有效生物量及脱氮性能远远高于一般的好氧活性污泥.     

好氧颗粒污泥亚硝化工艺的启动与运行特性研究

以具有硝化功能的活性污泥与厌氧产甲烷颗粒污泥的混合物接种小试曝气上流式污泥床反应器,采用自配无机氨氮废水为进水,在中温（30～35℃）条件下成功培养获得亚硝化颗粒污泥,亚硝化工艺的进水NH^＋₄-Ｎ负荷可达2 .5～3 .0 kg/(m^３·d),氨氮去除率和亚硝化率均可稳定在90%以上;进水中约100 mg/Ｌ的有机COD对亚硝化工艺的运行无明显影响;常温（约20℃）条件下亚硝化工艺也能高效稳定运行.     

好氧颗粒污泥处理市政污水性能与微生物特性研究

以成熟好氧颗粒污泥（AGS）为接种污泥,在序批式反应器（SBR）中考察其对低浓度市政污水的处理效能、污泥特性及微生物多样性的变化.结果表明,在低有机负荷（进水COD为179~212 mg·L^-1）、高溶解氧（DO>5 mg·L^-1）条件下,系统出水COD低于50 mg·L^-1,NH₄⁺-N浓度稳定在0.7~0.8 mg·L^-1,但脱氮除磷效能有待优化.体系中0.2~0.6 mm的污泥颗粒最为稳定,运行期间污泥SVI₃₀值始终保持在32~40 mL·g^-1,呈现出良好的沉降性能.系统中少量絮状污泥的存在对AGS的稳定性是有利的,本试验条件下,<0.2 mm污泥体积占比约为30%时AGS体系稳定运行.胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）含量增加与AGS的稳定性呈正相关,可见PN对AGS稳定运行起着重要作用.微生物高通量测序结果表明,Proteobacteria和Bacteroidetes为主要菌门;运行过程中有利于硝化作用的Gammaproteobacteria逐渐成为优势菌纲;系统中存在促进EPS分泌和有机污染物去除的黄杆菌属（Flavobacterium）和陶厄氏菌属（Thauera）,这有利于AGS的稳定运行,同时也存在硝化螺旋菌属（Nitrospira）、陶厄氏菌属（Thauera）、副球菌属（Paracoccus）、梭菌属（Fusibacter）、变形菌属（Proteocatella）等脱氮除磷功能菌属,但需优化运行参数强化同步脱氮除磷效能.本研究结果对AGS系统处理实际市政污水的稳定运行具有重要的指导意义.     

同步脱氮好氧颗粒污泥的特性及其反应过程

厌氧颗粒污泥经过驯化后,成为具有同步硝化与反硝化(SND)功能的好氧颗粒污泥.实验在2L反应器中进行,温度,pH值,溶解氧分别控制在25℃,pH7～8,3～4mg/L.在实验条件下,SND好氧颗粒污泥COD去除率90%,氨氮去除率100%,出水检测不出NO₂^--N和NO₃^--N.反应器中SND颗粒污泥粒径在2.0～2.7mm的占全部颗粒污泥的50%,SVI为15～30mL/gTSS;污泥所能承受的最大压力为23.236N;SND好氧颗粒污泥中挥发性固体为9.92mg/mL,占总固体的2/3.采用SND好氧颗粒污泥进行脱氮研究,反应6h后氨氮去除率达100%,废水中检测不到NO₂^--N,仅残留2mg/L的NO₃^--N.     

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.     

颗粒污泥膜生物反应器同步硝化反硝化

在本实验条件下,厌氧-好氧序批式颗粒污泥膜生物反应器(GMBR)处理人工配水,结果表明,GMBR具有良好的有机物去除及脱氮效果,当进水TOC及氨氮分别为160.9～308.4mg/L、29.8～83.6mg/L时,GMBR的TOC、氨氮及总氮去除率分别为65.7%～98.6%、85.4%～98.9%及66.1%～95.1%.对于GMBR典型周期TOC、胞内聚β-羟基丁酸(PHB)、氨氮、硝酸盐氮及亚硝酸盐氮变化进行分析,结果表明,有机物主要在厌氧阶段去除并以胞内多聚物PHB形式储存,氨氮在好氧阶段经由同步硝化反硝化(SND)去除,并且反硝化碳源主要来自胞内储存物质PHB.以外源溶解性基质及胞内储存物质为碳源的批式实验表明,以外源基质为碳源的缺氧反硝化速率为胞内储存物质的4.2倍;以外源基质及胞内PHB为碳源的好氧SND效率分别为49.9%、82.5%.胞内储存物质PHB的慢速降解特性使得硝化与反硝化过程能够同步进行.     

A2O工艺处理生活污水短程硝化反硝化的研究

在常温条件下,采用A2O工艺处理低C/N比实际生活污水,通过控制好氧区DO为0.3~0.5mg/L以及增大系统内回流比以降低好氧实际水力停留时间(AHRT),成功启动并维持了短程硝化反硝化;系统亚硝态氮积累率稳定维持在90%左右.在C/N比仅为2.34的情况下,短程硝化系统对总氮(TN)的去除率高达75.4%.通过对不同碳源类型、不同硝化类型以及不同DO水平下A2O系统脱氮效率的比较研究发现,低氧短程硝化反硝化阶段与外加碳源的全程硝化反硝化阶段的TN去除率相当.同时研究表明,低DO运行并不会导致A2O工艺发生污泥膨胀.当接种污泥为膨胀污泥时,控制DO在0.3~0.5mg/L反而有助于改善污泥沉降性能和出水水质.     

颗粒活性炭诱导亚硝化污泥快速颗粒化

采用两组平行SBR反应器,R1反应器投加颗粒活性炭,R2反应器不投加,其他运行参数保持一致.在常规生活污水中投加氨氮作为进水,研究颗粒活性炭对亚硝化颗粒污泥形成的影响.结果表明,在颗粒形成初期,投加的颗粒活性炭作为初始晶核,节约了小颗粒的形成时间,R1反应器仅22d便实现污泥颗粒化,而R2反应器运行38d才形成颗粒;同时,在整个运行阶段,R1反应器中的胞外聚合物(EPS)含量,尤其是其中的蛋白质(protein, PN)含量,明显高于R2反应器的,进一步证实颗粒活性炭的投加有利于亚硝化颗粒污泥的快速形成.除此之外,R1反应器中的氨氧化率和亚硝化率相对较高,且波动幅度小,表明颗粒活性炭的投加有助于维持亚硝化颗粒污泥处理效果的稳定性.     

处理含油废水的好氧颗粒污泥形成过程及其特性研究

含油废水中因含有较高浓度的油脂类物质和聚合物而对环境造成危害,威胁人类健康,同时,为解决采用传统膜分离工艺运行成本较高的难题,开展了基于好氧颗粒污泥技术的含油废水处理研究.结果表明,以含油废水启动反应器,经35 d好氧颗粒污泥培养成熟,COD和溶解性油的去除率高达86.0%和94.2%;在絮状污泥颗粒化过程中,污泥胞外聚合物中蛋白质类物质含量提高3.7倍,蛋白质类物质与多糖类物质比值升高到2.72,证明胞外聚合物内蛋白质类物质浓度增加是活性污泥颗粒化的重要因素;好氧颗粒污泥荧光光谱结果显示好氧颗粒污泥中蛋白质类物质的稳定存在是好氧颗粒污泥形成的重要因素.选取好氧颗粒污泥技术处理含油废水的效果和成本均优于常规生物处理工艺和膜分离工艺,由于污泥及其胞外聚合物中多糖类和蛋白质类物质含量均较高,适用于回收污泥资源,对含油污泥的资源化利用意义重大.     

进水模式对强化脱氮好氧颗粒污泥培养的影响

针对不同进水模式对好氧颗粒污泥培养及强化脱氮效果的影响尚无统一定论的问题,系统比较研究了快速进水直接曝气、快速进水厌氧搅拌和厌氧推流慢速进水3种模式对好氧颗粒污泥形成特性及脱氮效果的影响.研究发现,快速进水直接曝气模式所形成颗粒污泥表面易生长丝状菌,颗粒粒径可达2.0mm以上,但易解体;快速进水厌氧搅拌模式可形成粒径多为1.5~2.0mm的好氧颗粒污泥,TN去除率达到80%,优于前种模式,但未能避免颗粒解体;厌氧推流慢速进水可获得粒径多为1.0~1.5mm的颗粒污泥,常规负荷下出水COD浓度约10~15mg/L,TN浓度小于1mg/L,TN去除率达90%,满足地表Ⅲ类水标准.系统比较证实,厌氧推流慢速进水方式是实现强化脱氮好氧颗粒污泥培养的最佳模式.