高氨氮污泥脱水液短程硝化反硝化的启动及稳定

采用A/O-CSTR工艺处理高氨氮污泥脱水液。进水氨氮浓度浓度约为375 mg/L,C/N比小于1.0,反硝化碳源明显不足。A/O反应器完成短程硝化反应,CSTR定期投加初沉污泥作为碳源进行反硝化。两者联合达到总氮去除的目的。实验研究短程硝化反应的启动过程,以及CSTR出水回流对短程硝化和系统脱氮效果的影响。实验结果表明系统具有良好的硝化反硝化效果。A/O反应器亚硝酸盐积累率迅速提高并稳定在90%以上。CSTR有效利用初沉污泥实现了稳定的反硝化。出水回流有利于提高总氮去除率,在回流比为200%时,系统平均总氮去除率达到85%以上。     

硝酸盐反硝化颗粒污泥的快速培养与理化特性

以甲醇为碳源,在USB反应器内接种活性污泥,50 d内培养出优质的反硝化颗粒污泥。颗粒污泥的形成历经3个阶段:启动运行期,颗粒污泥出现期以及颗粒污泥成熟期。颗粒污泥床底层反硝化效率最高可达总量的78%,中部颗粒污泥湿密度与沉降速率较大,分别为1.077 g/mL和194 m/h。成熟的颗粒污泥具有湿密度大,沉降速率高等特点,颗粒表面丝状体互相缠绕,有明显的孔隙结构。     

一种高速反硝化颗粒污泥的培养

以葡萄糖为碳源,在USB反应器内接种好氧活性污泥在40 d内培养出良好的反硝化颗粒污泥.颗粒污泥形成经历了2个阶段:起始阶段,接种的好氧活性污泥中非反硝化菌逐渐衰亡演变为"惰性固体",与原有的固体一起,成为反硝化菌附着生长的载体,与此同时,反硝化菌在载体表面渐渐繁殖,形成细颗粒污泥;随后,反硝化菌在细颗粒污泥表面不断增殖,颗粒长大,发育成为成熟的颗粒污泥.成熟的颗粒污泥密实,表面均为杆状菌,且排列紧密,当污泥床容积负荷为19.1 g N/L·d时,去除率高达98.4%(N).     

高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养及其特性分析

为实现高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养,以反硝化颗粒污泥为接种污泥,对高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养进行了研究。在降低进水硝酸盐($ {\rm{NO}}_{\rm{3}}^{\rm{ - }}$)浓度的同时,采用逐步升高进水高氯酸盐($ {\rm{ClO}}_{\rm{4}}^{\rm{ - }}$)浓度的方法,考察了高氯酸盐还原颗粒污泥培养过程中$ {\rm{ClO}}_{\rm{4}}^{\rm{ - }}$的去除以及颗粒污泥的特性。结果表明：以反硝化颗粒污泥为接种污泥,经过50 d快速培养出高氯酸盐还原颗粒污泥,$ {\rm{ClO}}_{\rm{4}}^{\rm{ - }}$去除速率达96%以上;其混合液悬浮固体浓度(MLSS)为50.68 g·L−1,混合液挥发性固体浓度(MLVSS)为40.58 g·L−1,主要粒径分布在<0.60 mm和1.00~2.00 mm。$ {\rm{NO}}_{\rm{3}}^{\rm{ - }}$浓度逐步降低的培养方式可缓解$ {\rm{ClO}}_{\rm{4}}^{\rm{ - }}$对颗粒污泥中各类微生物的毒性,为高氯酸盐颗粒污泥的快速培养提供了新的方法,具有重要的理论和实践意义。     

好氧硝化颗粒污泥的培养及其性能

为考察不同接种污泥培养好氧硝化颗粒污泥的可行性,分别采用絮状活性污泥和厌氧颗粒污泥作为接种污泥,在气升内循环序批式反应器(SBAR)中进行好氧硝化颗粒污泥的培养,探讨不同性质的种泥对好氧硝化颗粒污泥的培养及其性能影响。结果表明,以絮状活性污泥、厌氧颗粒污泥为接种污泥均可培养出好氧硝化颗粒污泥,其颗粒成熟时间分别为62和80 d,SVI为25.52和27.68 mL/g,氨氮去除率为93.15%和75.43%,COD去除率在90%以上, SOUR、Zeta和EPS显著提高,微生物活性及疏水性能增强,以絮状活性污泥培养的好氧硝化颗粒污泥性能更优。     

DO对好氧颗粒污泥短程同步硝化反硝化脱氮的影响

以模拟城市污水为处理对象,研究了不同溶解氧下序批式活性污泥反应器（SBR）的短程同步硝化反硝化过程特征及处理效果。试验结果表明,溶解氧浓度是实现短程同步硝化反硝化的一个重要控制参数。在亚氮积累阶段,控制温度为28～32℃,pH值为7.5～7.8,当进水NH⁺₄-N为30 mg/L左右,COD为250 mg/L左右时,亚硝酸盐氮的积累率达到96%～98%。在试验阶段,常温下控制溶解氧在0.5～1.0 mg/L,可保证氨氮的去除率达到95%～97%,总氮的去除率达到82%～85%。     

同步硝化反硝化好氧颗粒污泥微生物相和氮去除能力的研究

对颗粒污泥中的微生物菌群进行了分离和鉴定，并确定纯种微生物的脱氮能力。颗粒污泥中含假单胞菌属5株。亚硝化单胞菌属7株，硝化杆菌属4株，气单胞菌属3株，黄单胞菌属2株，孢杆菌属4株，黄色杆菌属2株和产碱菌属2株。这些菌属中包含了参与硝化反应的亚硝化单胞菌属和硝化杆菌属微生物，以及有好氧反硝化能力的Pseudomonas和Alcaligenes菌。29株微生物摇瓶混合培养的脱氮试验结果表明，30h内有机物去除率为75％，氮去除率近50％。     

降低负荷以提高反硝化颗粒污泥的稳定性

在上流式污泥床反应器（USB）内,接种好氧活性污泥,以甲醇为碳源,NO-3为电子受体,经过40多d培养,得到良好的反硝化颗粒污泥,粒径2～3 mm,MLSS为36 g/L,氮去除速率和COD去除速率分别在0.15 g NO₃-N/(g VSS·d)和0.8 g COD/(g VSS·d)。当负荷提高至6.44 g NO₃-N/(L·d)继续运行1周后,观察到反应器内颗粒污泥出现上浮,浓度降低,颗粒粒径多数在3～5 mm,外观呈乳白色。为恢复反应器稳定运行,当负荷降至3.86 g NO₃-N/(L·d)时,上浮现象减轻,当负荷降至2.57 g NO₃-N/(L·d)时,上浮现象消失,颗粒污泥密度由不稳定时的1.0018 g/cm³提高到1.0126 g/cm³,颗粒粘连现象基本消失,污泥氮去除速率在0.19 g NO₃-N/(g VSS·d),连续运行30 d,系统保持稳定。分析认为,颗粒污泥表面微生物生长速度过快是导致不稳定的主要因素,较长的泥龄有利于系统稳定。     

反硝化聚磷菌颗粒污泥的培养、特性及活性恢复研究

以污水处理厂二沉池回流污泥为接种污泥,在序批式活性污泥反应器(SBR)中通过调整运行条件诱导培养反硝化聚磷菌(DPB)颗粒污泥,实现反硝化过程和聚磷过程的有效结合。经过3个阶段的培养,DPB颗粒污泥对COD、TP、氨氮的去除率均达90%以上,系统具备缺氧条件下同步反硝化聚磷的能力。获得的DPB颗粒污泥平均粒径为1.0～2.0mm,平均沉速为50～70m/h,具有良好的物理特性和沉降性能,有利于减小污泥处理负荷,提高脱氮除磷效率。DPB颗粒污泥胞外聚合物(EPS)含量明显提高,其中多糖和蛋白质分别为从原接种污泥的21.58、11.22mg/g提高到56.32、34.15mg/g;搁置30d后的DPB颗粒污泥,可在SBR重启30d内恢复原有活性及反硝化聚磷效果。     

pH和硝化细菌浓度对氨氮氧化速率的影响

为实现氨氮氧化速率的提高,以污水处理厂A2/O工艺回流污泥为菌源,利用细菌发酵罐,通过间歇运行方式实现了硝化细菌菌群的筛选和富集。实验中通过调节系统pH值考察不同游离氨（FA）水平对氨氮氧化速率、亚硝酸盐积累和硝酸盐生成的影响,以及通过沉淀排水保留污泥,反应有效容积缩小,等同于污泥浓度提高的方式考察了硝化细菌浓度变化对氨氮氧化速率的影响。结果表明在一定氨氮底物浓度条件下适合的pH值是实现氨氮高速率氧化的重要条件,同时硝化细菌浓度是高氨氮氧化速率实现的物质基础。通过FISH检测,证明了所得培养物中,氨氧化和亚硝酸盐氧化细菌菌群（AOB和NOB）占有绝对数量优势。     

序批式生物膜反应器不同填料挂膜及短程硝化特性研究

以实际生活污水为研究对象,采用序批式生物膜反应器(SBBR),填充不同种类的填料,针对其各自的挂膜特征和短程硝化的实现与稳定的特性进行了研究.结果表明,与立方体海绵填料相比,炭纤维填料的SBBR能够更快地实现挂膜启动,硝化效果稳定、高效(NH_4~+-N去除率高达99.3%);立方体海绵填料更易在常温下,实现NO_2~--N大量积累的短程硝化,但是相比而言,硝化效率不高.升高温度至30 ℃左右时,能够在30 d内实现炭纤维填料的短程硝化,通过过程控制可以实现短程硝化的稳定.荧光原位杂交技术(FISH)检测结果证实,SBBR中短程硝化的实现与稳定是因为菌群得到了优化,氨氧化细菌成为优势菌种.     

硝化生物活性填料对市政污水的直接硝化

为开发更多的硝化填料应用形式,并为填料的实际应用提供参数借鉴,用人工配水条件下活性恢复的硝化生物活性填料直接处理市政污水,研究了填料填充方式、填充比例以及DO浓度等因素对填料氨氧化速率与装置中COD浓度的影响。结果表明,采用填料分散的填充方式,在填充率为12%、DO浓度为4~5 mg·L-1条件下,填料的最大氨氧化速率为30.2 mg·(L·h)-1,高于传统的活性污泥法。填充率与氨氧化速率整体上呈正相关的关系,在一定程度上可通过提高填充率进一步提高填料氨氧化速率。通过填料冲洗,可阻止装置中异养菌生长,利于市政污水中COD的存留。利用硝化填料对市政污水进行直接硝化的填料应用形式,可实现在保持较优氨氧化速率的前提下为后续反硝化存留碳源,减少水处理流程中的污泥产量,具有一定可行性。     

序批式生物膜反应器挂膜启动实现短程硝化

常温条件下(20～25℃),以模拟的人工配水为研究对象,采用序批式生物膜反应器(SBBR),在初期挂膜的基础上,笔者运用两种不同的挂膜方式即重新加入新泥和不加新泥而加大进水COD浓度来实现生物膜的快速启动。实验表明,2种挂膜启动通过14 d的培养与富集,NH4+-N与COD的处理效果都能分别达到85%和75%以上。将剩余污泥排尽后,采用第1种挂膜方式的反应器通过连续间歇曝气,达到了比较好的短程硝化效果。调整溶解氧,并且通过先下降后上升曝气量的方式,能进一步提高亚氮的出水。最终在DO为3.6 mg/L时,亚氮的积累率能达到平均74%左右,达到了比较好的亚硝化效果。而第2种挂膜方式培养的生物膜则以好氧反硝化菌为主,去除的氨氮由同化作用和培养的好氧反硝化菌去除,以后者为主。通过比较可以看出,为了实现短程硝化,第1种挂膜方式比第2种更具有优越性,有利于硝化菌种的生长和亚氮的积累,而第2种方式则有利于培养好氧反硝化菌。     

基于DO控制实现SBR短程硝化过程

采用序批式反应器(SBR)处理模拟氨氮废水,研究了固定供氧模式下氨氮降解过程和溶解氧变化规律,并对DO控制实现短程硝化机理进行了探讨.实验结果表明,当DO＜1 mg/L时,体系产生亚硝酸盐积累,当亚硝化反应结束后,DO出现跃升现象,并且pH值对短程硝化有一定影响,充足的碱度和较高的pH值有利于建立以DO为控制参数实现短程硝化过程控制.短程硝化启动后,亚硝酸盐积累率达90％以上,并且经过度曝气5d后,系统仍保持稳定运行.     

生物脱氮好氧阶段不同反应过程N2O产量

在成功实现生活污水短程生物脱氮的基础上,采用体积为3 L的小试反应器,利用在线DO监测手段控制DO=1.0 mg·L-1,通过投加NaNO2的方式控制系统初始NO2--N=40 mg·L-1,以丙烯基硫脲（ATU）抑制NH4+-N的氧化过程,考察了生物脱氮好氧阶段不同反应过程中N2O的产生量。结果表明,除缺氧反硝化细菌的反硝化过程外,好氧条件下,氨氧化菌（AOB）能够以NH4+-N作为电子供体,NO2--N作为电子受体,进行反硝化脱氮过程,其反硝化产物为N2O。生物脱氮好氧阶段AOB的好氧反硝化和异养菌的缺氧反硝化反应中,N2O的产量分别占分别占进水总氮（NH4+-N+NO2--N）的7.23%和7.80%。好氧阶段NH4+-N和NO2-的氧化过程中,几乎没有N2O的产生。     

SBBR工艺硝化过程中DO对N2O产生量的影响

利用生物膜序批式反应器(SBBR),考察不同溶解氧(DO)条件下硝化过程中N2O产生及释放过程。研究结果表明:DO浓度增大有利于控制系统中N2O的产生;DO浓度分别为(1.92±0.14)mg/L、(2.34±0.11)mg/L和(2.70±0.11)mg/L时,硝化过程中N2O释放因子(N2O总产量与NH4+-N转化量的比值)分别为5.47%、5.36%和4.77%。分析其原因主要是DO浓度的减小使DO对生物膜的穿透力降低,氧传递能力减弱后生物膜系统内易发生以N2O为产物的氨氧化细菌(AOB)反硝化反应。同时,在研究的3种不同的DO条件下,低DO运行条件更有利于SBBR实现亚硝酸盐型同步硝化反硝化。     

不同基质条件下厌氧氨氧化反应器中硝化细菌的分离及选育异养AOB菌株的特性

对长期分别以模拟配水和生活污水为基质运行的ASBR厌氧氨氧化反应器中的硝化细菌进行解析,对比了2种基质条件下厌氧氨氧化反应器中硝化细菌的群落结构,并分别选育的异养AOB菌株a-2-2和YA-2-4L的生长和脱氮特性进行研究。实验结果表明,以生活污水为基质的反应器比模拟配水为基质的反应器中硝化细菌的生态多样性更丰富。在生活污水为基质的反应系统中挑选的a-2-2菌株为假单胞菌属,其48 h内NH+4从39 mg/L下降到5.83 mg/L,NH+4去除率为85.06%,其最适生长pH为7.5,而在pH为8时具有最佳的硝化能力,在盐度为0%~4%范围内活性较好,其最适生长温度36℃,但在32℃具有最佳的硝化能力;在以模拟配水为基质的反应系统中挑选的YA-2-4L菌株为不动杆菌属,其48h内NH+4从39.1 mg/L下降到6.95 mg/L,NH+4去除率为82.22%,最适生长pH为7.5,而在pH为8时具有最佳的硝化能力,在盐度为0%~4%范围内活性较好,其最适生长温度为36℃,但在32℃具有最佳的硝化能力。     

两种不同方式培养硝化细菌的比较研究

在全自养(不投加有机碳源)与保持COD∶N=1.7∶1.0(质量比)条件下,研究了硝化细菌的培养生长规律。结果表明,两种培养方式下,硝化率均能达到99%以上,但发展趋势有所不同。全自养时,培养末期亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌个数分别达到了2.5×106、4.5×104 cfu/mL,COD∶N=1.7∶1.0时分别为2.0×106、7.5×104 cfu/mL,处于同一数量级上。扫描电镜(SEM)观察则表明,两种培养方式下微生物均以杆菌和球菌为主,与硝化细菌的特征相符。然而碳源的单一性会使全自养条件下污泥浓度逐渐减小,而保持一定碳氮比时则使污泥浓度逐渐增加,有助于维持系统的稳定。