悬浮载体生物膜内硝化菌群空间分布规律

利用16S rRNA寡核苷酸探针荧光原位杂交和共聚焦激光扫描显微镜联用技术,对悬浮载体生物膜内硝化菌群的空间分布规律进行了分析.试验采用3组结构完全相同的悬浮载体生物膜反应器,每个反应器的曝气区为6L,沉淀区为2L,水力停留时间为1.0h,3个反应器的进水COD/NH₄⁺-N分别为15、10和5,从反应器中取出载体颗粒表面的生物膜进行分析,研究各反应器中生物膜的微生物群落结构的变化规律.结果表明,SCBR内载体表面生物膜的总体厚度在80～120μm左右,氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌主要分布在生物膜表面的20～30μm左右范围内.随着进水中COD/NH₄⁺-N的增加,氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌在整个生物膜中所占的比例逐步下降.     

A2O缺氧池添加天然碳源玉米芯的脱氮特征

基于低碳源污水易硝化难反硝化的问题,构建了在A²O缺氧池添加天然碳源玉米芯的中试系统,采用物料衡算、反硝化速率测定和微生物群落分析等方法,研究了该系统的脱氮效能和反硝化体系特征.结果表明,TN去除率提升13%,出水从16.2降至10.0mg/L;同时不会造成出水氨氮和色度超标的风险.物料衡算表明,COD碳源的氧化消耗量和出水排放量降低,更多的碳源用于反硝化和污泥增殖,从而提升了氮素的去除量,其中反硝化的提升贡献更大.缺氧池形成了悬浮污泥加生物膜的复合型脱氮体系:在污水自身碳源存在时,生物膜和悬浮污泥的反硝化速率分别为24.89和32.42mg/(L∙h),可实现快速脱氮;当自身碳源消耗殆尽,二者的反硝化速率分别是4.71和1.73mg/(L×h),单位生物量反硝化速率分别是1.58和59.1mg NO₃^--N/(g VSS×h),表明玉米芯主要被生物膜利用以维持反硝化进行.该体系的主要反硝化菌属为Azospira,此外在生物膜表面还富集了能够附着生长的Iamia和Haliangium,以及能够降解玉米芯木质素的Sulfuritalea等反硝化菌属.     

溶解氧对悬浮与附着生长系统短程硝化反应的影响机制

溶解氧(DO)是控制短程硝化的重要因素,其对不同的生物处理系统有不同的影响.本文研究了DO对悬浮污泥及生物膜系统短程硝化效果的影响,并利用高通量测序技术分析了微生物群落结构变化.结果表明,对于悬浮污泥系统,当DO从0. 25 mg·L~(-1)增加到0. 50 mg·L~(-1)时,氨氧化速率(AOR)从18. 08 mg·(L·h)-1升高至30. 27 mg·(L·h)-1;当曝气继续增加,DO达到3. 00 mg·L~(-1),仅运行14 d,进水氨氮(NH_4+-N)基本全部转化为硝酸盐氮(NO_3--N),且通过降低DO来恢复短程硝化效果需77 d,恢复过程缓慢.对于生物膜系统,DO由2. 50 mg·L~(-1)上升到3. 00 mg·L~(-1)的过程中,AOR稳定在11. 50～13. 50mg·(L·h)-1,当DO为3. 00 mg·L~(-1)时,80 d的运行结果显示,出水中氨氮与亚硝酸盐氮(NO_2--N)的比值可长期稳定在1∶1. 2～1∶1. 7,基本满足ANAMMOX工艺进水要求.微生物群落结构分析结果表明,悬浮污泥系统在DO从0. 25 mg·L~(-1)增加到3. 00 mg·L~(-1)的过程中,主要氨氧化菌(AOB)菌属Nitrosomonas丰度由10. 07%增长至18. 64%.当DO为3. 00 mg·L~(-1)时,生物膜系统中Nitrosomonas菌属丰度与悬浮污泥系统相近为20. 43%,且生物膜系统富集了0. 78%的ANAMMOX菌属Candidatus_Kuenenia.综上,生物膜系统内DO的变化受曝气量影响较小,短程硝化效果受DO影响较小,短程硝化速率更稳定,更适合作为ANAMMOX脱氮工艺的前处理单元.     

生物流化床内亚硝酸积累试验

利用下向流生物流化床反应器研究了生物膜在硝化过程中亚硝酸积累现象．结果表明,挂膜后反应器运行初期出现亚硝酸积累,但氨氮去除率仍可达到97％.随着硝酸菌的适应与增殖,出水中硝化产物以硝酸为主．进水氨氮浓度提高至200mg/L以上时,再次出现亚硝酸积累.在144mg/L和222mg/L进水浓度下,水力停留时间缩短到5h以下,则氨氮去除率下降且出水中亚硝酸所占比例明显上升;容积负荷提高到0.95kgNH₄⁺N/（m³·d）后也会如此反应器中DO降低到0．5～1mg/L会造成亚硝酸积累和氨氮去除率下降．硝化菌适应低氧环境后对氨氮的去除率仍能恢复到85％,但亚硝酸仍积累,这时生物膜中亚硝酸菌成为优势菌.本文还对影响亚硝酸积累的不同因素进行了分析．     

生物膜SBR反应器中低氨氮浓度废水亚硝化启动试验研究

为建立生物膜SBR反应器处理中低氨氮浓度废水的自养脱氮系统,采用控制DO浓度、HRT和不同生物载体填料的4组小试生物膜SBR反应器,对中低氨氮浓度废水进行了单级自养脱氮工艺亚硝化阶段的启动试验研究.结果表明:接种普通好氧活性污泥和厌氧污泥,在水温30℃±2℃,氨氮浓度60～120mg/L,DO为0.8～1.0mg/L和HRT=24h条件下,运行130d可实现稳定的亚硝化,YJZH软性组合填料更适合于微生物附着.     

不同曝气量对SBBR短程硝化微生物特性及氮转化的影响

在实验室规模的序批式生物膜反应器(SBBR)中研究了不同曝气量(7.2、12.0、15.6L·h-1,对应反应器中平均溶解氧浓度分别为0.5、0.8、1.2mg·L-1)下生物膜的生物特性变化及短程硝化过程规律.结果表明:减小曝气量使反应器内溶解氧浓度降低,将导致生物膜的总生物量下降,生物膜中氨氧化菌逐渐成为优势菌,无论数量还是生物活性均高于亚硝酸氧化菌,利于亚硝酸盐积累;在一个反应周期中,生物膜对溶解氧需求的分配是不同的,曝气初期溶解氧主要用于异氧菌对COD的降解,其后用于氨氮转化.根据上述规律,提出在短程硝化过程中采用"梯级递减式曝气"供氧新策略,即在反应初期保持一种较大的曝气量,提高反应器溶解氧浓度,促进COD快速降解,随后保持一种小曝气量使反应器中溶解氧维持较低的浓度,从而促进亚硝酸盐积累及优化供氧效率.     

膜曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

炭膜作为膜曝气生物膜反应器膜组件处理人工合成废水,在单一反应器内实现了同时去碳脱氮.结果表明,当进水COD和NH^＋₄-N浓度分别为338 mg/L和75 mg/L,HRT为14 h,炭膜腔内压力为13.6 kPa时,COD、NH⁺₄-N和TN的去除效率分别为82.5%、 95.1%和84.2%.但是在反应器运行的后期TN去除效率明显下降,主要是因为高有机负荷导致无纺布上的微生物过度繁殖,严重影响了硝化过程的进行.通过荧光原位杂交和扫描电镜技术观察生物膜微生物结构,得出厌氧或兼氧菌主要分布在生物膜外层的缺氧区,而氨氧化菌主要分布在生物膜内层的好氧区.硝化细菌和反硝化细菌在生物膜内的共存实现了炭膜曝气生物膜反应器的同步硝化反硝化.     

移动床膜生物反应器同步硝化反硝化特性

采用挂膜填料代替传统膜生物反应器(MBR)的活性污泥,构建一种新型的移动床膜生物反应器 (MBMBR),考察其处理模拟生活污水的效果及同步硝化反硝化(SND)特性.结果表明,移动床膜生物反应器运行67 d,对模拟生活污水表现出良好的去除有机物及同步硝化反硝化能力.进水COD浓度为573.5～997.7 mg/L时,膜出水COD去除率为88.3%～99.2%.进水氨氮浓度为45.5～99.2 mg/L时,膜出水氨氮去除率为72.1%～99.8%,总氮去除率为62.0%～96.3%.批式实验结果表明,生物膜去除总氮的最佳溶解氧浓度为1 mg/L,其中氨氮和总氮去除率分别为100%和60%.生物膜系统内可能存在好氧反硝化现象.DO为3 mg/L且有机碳源充足时,生物膜总氮去除率为99.0%,SND率达到99.8%.扫描电镜对生物膜的观察发现生物膜内部存在着明显的孔隙,有利于溶解氧和有机基质从外界向生物膜内部传递.     

HITNP同步除磷脱氮新工艺

HITNP同步除磷脱氮新工艺采用复合式活性污泥生物膜系统,避免了硝化菌和聚磷菌的污泥龄矛盾.利用反硝化除磷的“一碳两用”缓解原水碳源不足的矛盾.通过独特的硝化液回流方式,使全部污泥经历了释磷和聚磷循环,厌氧池污泥浓度是缺氧池污泥浓度的1.5～2倍,对进水中的大分子有机物降解效果好,厌氧池COD的去除率高,强化系统的除磷能力.以低碳氮比的生活污水为处理对象,长期的运行结果表明,该工艺出水中的总磷、氨氮、总氮和COD的去除率分别为91.1% 、88.7%、58.1%和88.6%.出水水质平均值为磷0.27 　mg/L,氨氮1.74 　mg/L,总氮17.30 　mg/L和COD 24.38 　mg/L.HITNP同步除磷脱氮新工艺具有稳定的同步除磷脱氮效果,出水达到国家城市污水厂污染物排放标准GB18918-2002一级B标准要求.     

关键参数对MBBR工艺生物膜活性的影响研究

对MBBR工艺处理工业园区废水的参数进行优化比较,重点测试了不同曝气量和水力停留时间下MBBR载体生物膜降解速率,测试并分析了生物膜活性的变化规律。结果表明,当曝气强度为350L/h,水力停留时间为12h,系统出水较优,COD去除率约为70.8%,NH3-N去除率约为91.7%,TN去除率约为38.3%。MBBR工艺表现出优异的氨氮去除效率,具备较高的同时硝化反硝化能力。生物膜活性影响分析表明,曝气量增大有利于生物膜耗氧活性和硝化活性提高,但其对反硝化活性有抑制作用;水力停留时间过大或过小均不利于生物膜保持高活性;综合分析表明,气水比约为50∶1,水力停留时间为12h时,系统生物膜耗氧活性和硝化反硝化活性较高。     

内循环SBR反应器无厌氧段实现同步脱氮除磷

研究了内循环SBR反应器在模拟城市生活污水处理中脱氮除磷的效果.结果表明,在曝气时间为4h,曝气开始时DO浓度为6mg·L-1,pH值7～8时,反应器对COD、NH4 -N、TP均有较好的去除效果,进水中COD浓度、NH4 -N浓度、TP浓度分别由170～260mg·L-1、20～30mg·L-1、8～20mg·L-1降到出水的4～48mg·L-1、0～2.0mg·L-1和0～1.4mg·L-1,COD、TIN(NH4 -N NO3--N N02--N)的去除率分别为89.7%±6.5%、70%左右,NH4 -N的转化率为97.4%±3.6%、TP的去除率为95.6%±4.4%.在本研究的实验过程中反应器进水后未经过传统除磷理论认为所必须的厌氧段而直接曝气,TP的去除效果仍然良好且运行稳定,这和传统的理论与研究有所区别.     

PVA大孔载体固定化微生物SBBR脱氮

用课题组研究开发的纳米复合聚氨酯大孔载体固定化微生物SBR脱氮.SBR一个运行周期按进水5 min,曝气2.5 h,沉淀l h,排水30min的方式连续进行.系统稳定后,考察其脱氮效率,结果表明,进水COD为30～l00mg/L,经过一个周期,出水COD达到饮用水一级标准;进水NH4+-N的浓度为4.5～24.2mg....     

应用亲电型悬浮生物载体处理工业废水的现场中试

研究采用本课题组研发的亲电改性聚乙烯为悬浮生物膜载体,构建移动生物膜与活性污泥复合工艺(integrated free-floating biofilm and activated sludge,IFFAS),对东北某工业园区污水处理厂的污水处理进行现场中试。结果表明,当进水ρ(COD)、ρ(NH3-N)、ρ(TN)分别为139~741,19.3~44.9,29.6~148.6 mg/L时,改性载体在10 d左右即可完成挂膜;中试IFFAS工艺稳定运行阶段,出水COD、NH3-N、TN的平均去除率分别高达88%、97%、80%,出水浓度分别为36~48,0.1~0.9,5~14.3 mg/L,达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准。出水水质明显优于污水处理厂原有A2/O工艺出水,说明以亲电改性聚乙烯为载体的IFFAS工艺可显著提高净化污水的能力。     

低温条件生物膜与活性污泥复合工艺强化生物脱氮性能的中试研究

中试采用生物膜与活性污泥复合工艺对中国北方某城镇污水处理厂的污水进行处理,考察其在低温条件下对污水中的有机物及含氮污染物的去除能力.结果表明,当进水COD和NH+4-N浓度分别为53~140 mg/L和21~78 mg/L时,生物膜与活性污泥复合工艺出水COD和NH+4-N浓度分别在24~48 mg/L和0.5~3 mg/L范围内,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准(冬季COD<50 mg/L,NH+4-N<8 mg/L),而该污水处理厂原有工艺出水COD和NH+4-N浓度分别在20~73 mg/L和9~20 mg/L之间.因此,在低温条件下,生物膜与活性污泥复合工艺能够提高对污染物的去除能力.     

AMBBR工艺处理城市污水

通过对厌氧移动床生物膜反应器处理南方热带亚热带地区城市生活污水的试验研究,采用好氧-厌氧两个阶段进行挂膜试验以缩短挂膜时间,探讨了水力停留时间(HRT)、pH值、填料填充率对反应器处理效果的影响。试验结果表明:在HRT为12 h,进水ρ(COD)为300 mg/L,ρ(氨氮)为15 mg/L,50%的填料填充率,pH=7的工艺条件下,装置对COD去除率为51.2%,对氨氮去除率为40.8%,对TN去除率为38.1%。     

悬浮填料与好氧颗粒污泥脱氮对比试验研究

常温连续流条件下,分别在两个反应器中投加悬浮填料和接种好氧颗粒污泥,通过控制工艺条件,两个反应器中均实现了同步硝化反硝化(SND)。改变进水溶解氧DO浓度、碳氮比(C/N)、有机负荷和NH4+-N负荷,分析比较了两个反应器脱氮的重要工艺条件。试验结果表明,在相同的工艺条件下,悬浮填料脱氮最佳DO浓度为1.0mg/L左右,最佳C/N为12;好氧颗粒污泥脱氮最佳DO浓度为1.5mg/L,最佳C/N为5。提高进水有机负荷,两个反应器COD去除率均稳定在较高的水平。NH4+-N浓度升高时,反应器脱氮效率均降低,好氧颗粒污泥比悬浮填料更耐冲击负荷。     

FCR多级接触氧化系统处理乳品工业废水的研究

为提高乳品工业废水生物处理的去污脱氮能力,以新型螺旋状纤维填料作为载体,采用多级氧化槽内不同种类微生物形成的食物链系统（food chain reactor）,详细考察了不同水力停留时间COD、TN、NH^＋₄-N、TP等的去除率及其去除机理,并对污泥减量化效果进行了初步探讨.结果表明,当进水COD为842～1 843 　mg/L、TN为36.3～92.2 　mg/L、NH^＋₄-N为30.1～52.1 　mg/L,HRT=6　h时,系统COD的平均去除率达到93.3%;TN和NH⁺₄-N的去除效果显著,其平均去除率分别达到73.3%和80.7%,出水COD、TN、NH⁺₄-N平均值分别为79.4　mg/L、9.6 　mg/L、6.1　mg/L,均低于《污水综合排放标准》（GB 8978-2002）的一级标准.该系统不仅具有较高的去污脱氮效果,而且产生的剩余污泥量极少,其污泥产率的平均值为7.7%.该系统运行费用低,操作管理方便,长期运行稳定,可应用于城市污水、中高浓度有机废水（如餐厅污水、食品工业废水）等的处理.     

利用边界层理论确定预涂动态膜生物反应器稳定曝气量的试验研究

研究了膜生物反应器中低浓度活性污泥的流变性,确定当污泥浓度低于8 000mg·L^-1时的泥水混合液近似于牛顿流体,进而利用牛顿流体力学中边界层理论计算预涂动态膜(PDM)厚度等于平板膜表面层流边界层厚度时的稳定曝气量.为保证预涂动态膜生物反应器(PDMBR)运行的稳定性,在其运行初期选择满足生物所需最佳溶解氧(DO)3～5 mg·L^-1的供氧曝气量,随后逐渐增加到稳定曝气量的运行方式.实验结果表明,此运行方式能较好地提高动态膜的稳定性,在稳定运行的31d内出水COD低于12.48 mg·L^-1,平均去除率达到97.49%,NH₄⁺-N约为5.27 mg·L^-1,平均去除率为76.13%,而操作压力仅上升至27kPa.试验后期考察了PDMBR在高于稳定曝气量下运行的稳定性,发现PDM发生脱落,从而证明利用边界层理论确定的预涂类动态膜的稳定曝气量具有一定的应用价值.     

基于ANN的SBBR-CRI处理模拟生活污水及其仿真研究

采用序批式生物膜反应器(SBBR)与人工快速渗滤系统(CRI)工艺结合对模拟生活污水进行处理,由于该工艺影响因素与出水参数的复杂非线性关系,利用人工神经网络(ANN)对SBBR-CRI处理生活污水的过程进行仿真模拟.在MATLAB语言环境下,以DO、淹没时间/落干时间、曝气时间/停曝时间、进水COD、进水NH4+-N、进水TP为输入因素,出水COD、NH4+-N、TN和TP为输出因素,构建具有自适应学习规则的人工神经网络.结合最优网络运行参数:隐含层节点数6,初始学习率0.13,动量因子0.6,训练次数6000次,对样本仿真学习,预测值与实际值拟合度较好,样本的绝对平均误差率在7.5%之内,均方根误差均在0.085之内.结果表明,当DO为2mg/L,曝气时间/停曝时间为2/1,淹没时间/落干时间为1/3时,NH4+-N去除率能达到98%以上,TN和TP去除率85%以上,COD去除率94%以上.通过权重分析,进水NH4+-N、DO和进水TP对出水参数影响较大.