厌氧生物处理技术应用研究与展望

综述了厌氧处理工艺应用于工业废水处理的研究进展,并对厌氧工艺与好氧工艺进行了对比,总结了厌氧工艺的特性;阐释了厌氧工艺的应用现状及未来的发展趋势,重点介绍了厌氧流化床反应器(AFBR)、上流式厌氧滤池、上流式厌氧污泥床反应器(UASB)、厌氧折流板反应器(ABR)、颗粒污泥膨胀床反应器(EGSB)、复合厌氧反应器。     

EGSB反应器中厌氧颗粒污泥的脱氮特性研究

以厌氧污泥为接种物,启动膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器,经过3个月的连续运行,反应器中出现了颗粒污泥,表现出持续去除氨氮的能力,并出现了厌氧氨氧化现象.为了验证EGSB反应器中厌氧氨氧化反应的存在,并探讨厌氧颗粒污泥的生物脱氮特性,从EGSB反应器中取出颗粒污泥,并与亚硝化反应器中的活性污泥进行了对比研究.结果表明,好氧污泥反应器对TN、氨氮和亚硝酸盐氮的去除率分别为45 5%、13 4%和99 9%;厌氧颗粒污泥反应器对TN、氨氮和亚硝酸盐氮的去除率分别为54 3%、21 7%和99 9%.厌氧颗粒污泥反应器中NH+4 N的去除速率比较稳定,约为3 17mg·L-1·h-1(以N计).上述结果充分表明,EGSB反应器中发生了厌氧氨氧化反应.     

低浓度氨氮废水单级自养脱氮EGSB反应器的快速启动

将单级自养脱氮生物膜污泥作为种泥接种于膨胀颗粒污泥床反应器中,并对该反应器进行启动.在温度为(30±2)℃,p H值为7.8~8.2,DO为0.2~1.1 mg·L~(-1),上升流速为2.0~4.0 m·h~(-1)的条件下,进行了低浓度氨氮(60~100 mg·L~(-1))废水的单级自养脱氮工艺快速启动研究.结果表明,经过83 d的运行,反应器历经适应期、提高期和稳定期后,稳定运行阶段NH_4~+-N、TN去除率分别达到99.4%和80.7%.通过控制回流比和提高进水氨氮负荷维持了稳定的低DO状态,有效抑制了硝化细菌的生长,而部分亚硝化反应和厌氧氨氧化反应为主导反应并能保持高效、稳定的脱氮效果,成功实现了在膨胀颗粒污泥床反应器中单级自养脱氮过程的启动.颗粒污泥平均粒径从174μm增大到296μm.扫描电镜显示颗粒污泥表面光滑,微生物以球菌、短杆菌为主.FISH结果显示亚硝化细菌分布在颗粒污泥表面,厌氧氨氧化菌分布在颗粒污泥内部.反应器中构建了稳定的自养脱氮颗粒污泥系统.     

我国低浓度废水处理的工艺研究

综述了低浓度废水处理的工艺技术,重点介绍了生物膜工艺、序批式活性污泥工艺(SBR)、改良A2/O工艺、人工湿地处理工艺、升流式厌氧污泥床(UASB工艺)、膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB工艺)、厌氧折流板反应器(ABR工艺).     

内循环厌氧膨胀床反应器颗粒污泥特性

研究了内循环厌氧膨胀床反应器(the internal circulation anaerobic expanded bed reactor, ICAEB reactor)的颗粒污泥特性.结果表明,该反应器在平均COD容积负荷28.2kg/(m³·d)下稳定运行时,平均COD去除率为89.0%,内循环比约12.5.反应器中培养出普通颗粒污泥和悬浮颗粒污泥.位于反应器第2反应区液面的悬浮颗粒污泥层具有动态稳定性,相对稳定的运行条件可降低其对反应器的不利影响,必要时也可采取适当的措施予以清除.     

不同接种污泥的厌氧氨氧化反应器启动特性及菌群结构演替规律分析

采用两套相同的膨胀颗粒污泥床(EGSB),分别接种城市污水处理厂活性污泥(A)和厌氧颗粒污泥(B)启动厌氧氨氧化反应器,考察了A、B反应器中污泥的形态、脱氮性能、容积氮负荷和氮去除负荷的差异,同时利用高通量测序技术从分子生物学水平分析启动过程中菌群结构演替规律.结果表明:反应器运行119 d后,A、B反应器均成功培养出成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥,其中相比于B反应器,A反应器缩短了厌氧氨氧化启动过程的菌体自溶和活性迟滞阶段.微生物群落结构分析结果进一步表明,在活性迟滞和活性提高阶段,A反应器中浮霉菌门(Planctomycetes)的丰度分别为1.18%、5.98%,而B颗粒污泥反应器中浮霉菌门(Planctomycetes)的丰度仅为0.92%、1.41%,说明A反应器Planctomycetes菌在菌体自溶和活性迟滞阶的增长速度大于B反应器.此外,经过119 d的启动,A反应器中Candidatus Brocadia丰度可以达到11.34%,而B反应器中Candidatus Brocadia丰度仅为7.28%.     

厌氧附着膜膨胀床反应器内生物颗粒特性的初步研究

厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)反应器是近几年开发的新型高效的厌氧消化工艺。在这种反应器内,厌氧微生物被固定在载体上,形成一定厚度和活性的具有生物膜结构的生物颗粒。这样,可以持留高浓度的厌氧活性污泥,使污泥滞留时间(SRT)与水力滞留时间相分离,不受其限制,为AAFEB高效稳定地运行创造了重要的条件。     

厌氧工艺在低浓度废水处理中的应用

高效厌氧反应器是应用于污水处理的一种生物处理系统,因其运行费用低、能耗少且可产生有用副产物甲烷等优点,在低浓度废水处理中逐渐成为应用研究的热点。在系统考查各种应用于低浓度废水的厌氧工艺基础上,重点介绍了上流式厌氧污泥床、厌氧颗粒污泥膨胀床、厌氧流化床反应器、厌氧膜生物反应器及组合厌氧工艺在低浓度废水处理中的应用。     

SCAR处理城市生活污水的效能及其微生物群落动态分析

利用强化循环厌氧反应器(SCAR)处理模拟城市生活污水,研究不同负荷条件下的反应器运行特征、污泥特性及微生物种群结构.结果表明,水力停留时间(HRT)为6 h可以作为反应器高效运行的关键控制参数,该条件下污水化学需氧量(COD)去除率达到75%以上.随着反应器容积负荷的逐渐提高,颗粒污泥中辅酶F420和产甲烷活性(SMA)逐渐增加,胞外聚合物(EPS)含量也不断提高,其中紧密黏附EPS(TB-EPS)含量的增加尤其明显.厌氧颗粒污泥性状和反应器对污染物的去除效率同时受到污泥负荷和HRT的影响,微生物的群落结构及其在反应器中的空间分布也受到污泥负荷的影响,不同代谢特征微生物在反应器不同空间位置的相对丰度随着污泥负荷的调整而改变.     

不同接种物启动Anammox 反应器的性能研究

采用上流式生物膜滤器(UBF)研究了以厌氧颗粒污泥和反硝化污泥作为接种物启动厌氧氨氧化(Anammox)反应器的性能.结果表明,2 种接种物均能成功启动Anammox 反应器.启动过程可分为菌体自溶阶段、活性迟滞阶段、活性提高阶段和活性稳定阶段.这种启动过程的阶段性特征符合Logistic 方程.以厌氧颗粒污泥启动Anammox 反应器,菌体自溶阶段较长(49d),活性迟滞阶段较短(8d),基质去除速率最高可达2090mg/(L·d);以反硝化污泥启动Anammox 反应器,菌体自溶阶段较短(3d),而活性迟滞阶段较长(36d),基质去除速率最高可达1030mg/(L·d).分别以负荷提升前后的基质去除速率、基质去除率以及出水基质浓度的变化情况作为效能指标评价2 个反应器运行的稳定性,以厌氧颗粒污泥作为接种物启动Anammox 反应器的稳定性能明显占优势.在高负荷率下运行,以反硝化污泥作为接种物启动的Anammox 反应器较易失稳.根据启动过程的阶段性和反应器运行的稳定性,对Anammox 反应器采取相应的调控对策可促进启动过程的顺利进行.     

EGSB反应器接种污泥的选择及膨胀污泥床的形成

EGSB是在UASB反应器基础上发展的新型砂氧反应器,目前的研究较少。厌氧污泥及膨胀污泥床是EGSB反应器启动的基础,笔者通过具体实验．探讨了EGSB反应器接种污泥的选择、培养过程,分析了影响膨胀污泥床形成及稳定的因素,包括接种污泥本身的原因以及反应器布水方式的影响,并在实验中进行了调整,取得了良好的效果。     

Production and the application of anaerobic granular sludge produced by landfill

Sludge granulation is considered to be the most critical parameter governing successful operation of an upflow anaerobic sludge blanket and expanded granular sludge bed (EGSB) reactors. Pre-granulated seeding sludge could greatly reduce the required start-up time. Two lab-scale and a pilot-scale EGSB reactors were operated to treat Shaoxing Wastewater Treatment Plant containing wastewater from real engineering printing and dyeing with high pH and sulfate concentration. The microbiological structure and the particle size distribution in aerobic excess sludge, sanitary landfill sludge digested for one year, and the granular sludge of EGSB reactor after 400 d of operation were analyzed through scanning electron microscopy (SEM) and sieves. The lab-scale EGSB reactor seeded with anaerobic sludge after digestion for one year in landfill showed obviously better total chemical oxygen demand (TCOD) removal efficiency than one seeded with aerobic excess sludge after cation polyacrylamide flocculation-concentration and dehydration. The TCOD removed was 470.8 mg/L in pilot scale EGSB reactor at short hydraulic retention time of 15 h. SEM of sludge granules showed that the microbiological structure of the sludge from different sources showed some differences. SEM demonstrated that Methanobacterium sp. was present in the granules of pilot-scale EGSB and the granular sludge produced by landfill contained a mixture of anaerobic/anoxic organisms in abundance. The particle size distribution in EGSB demonstrated that using anaerobic granular sludge produced by sanitary landfill as the seeding granular sludge was feasible.     

Production and application of anaerobic granular sludge produced by landfill

Sludge granulation is considered to be the most critical parameter governing successful operation of an upflow anaerobic sludge blanket and expanded granular sludge bed(EGSB)reactors.Pre-granulated seeding sludge could greatly reduce the required start- up time.Two lab-scale and a pilot-scale EGSB reactors were operated to treat Shaoxing Wastewater Treatment Plant(SWWTP) containing wastewater from real engineering printing and dyeing with high pH and sulfate concentration.The microbiological structure and the particle size distribution in aerobic excess sludge,sanitary landfill sludge digested for one year,and the granular sludge of EGSB reactor after 400 d of operation were analyzed through scanning electron microscopy (SEM) and sieves.The lab-scale EGSB reactor seeded with anaerobic sludge after digestion for one year in landfill showed obviously better total chemical oxygen demand (TCOD)removal efficiency than one seeded with aerobic excess sludge after cation polyacrylamide flocculation-concentration and dehydration.The TCOD removed was 470.8 mg/L in pilot scale EGSB reactor at short hydraulic retention time of 15 h.SEM of sludge granules showed that the microbiological structure of the sludge from different sources showed some differences.SEM demonstrated that Methanobacterium sp.was present in the granules of pilot-scale EGSB and the granular sludge produced by landfill contained a mixture of anaerobic/anoxic organisms in abundance.The particle size distribution in EGSB demonstrated that using anaerobic granular sludge produced by sanitary landfill as the seeding granular sludge was feasible.     

不同培养条件厌氧氨氧化颗粒污泥性质及微生物群落结构差异

采用膨胀颗粒污泥床(EGSB)和上升式厌氧污泥床(UASB)反应器在不同运行条件下培养厌氧氨氧化颗粒污泥,对比分析颗粒污泥性质和微生物群落的差异性.研究表明接种厌氧氨氧化絮状污泥经过EGSB和UASB反应器运行384 d后,均能实现颗粒化,颗粒污泥平均粒径分别达到1.17 mm和1.21 mm,各范围(0.2、 0.2～1.5、 1.5～3和3 mm)的粒径占比为6.06%、 60.05%、 25.25%和8.64%, 7.40%、 58.90%、 32.04%和1.66%.扫描电镜结果表明不同运行条件下的污泥菌群均以短杆菌、球型菌为主.高通量测序结果表明,Shannon指数EGSB反应器为7.52高于UASB反应器为7.18;变形菌门(Proteobacteria)是两个反应器各阶段污泥的主要菌门,浮霉菌门(Planctomycetes)从接种时的3.30%增到第384d的12.30%(EGSB)和13.30%(UASB).EGSB反应器中的主要厌氧氨氧化菌属为Candidatus Brocadia占7.53%,其次为Candidatus Kuenenia属占1.61%;而在UASB反应器中Candidatus Brocadia属和Candidatus Kuenenia属分别占比为3.69%和7.54%,Candidatus Kuenenia是其优势厌氧氨氧化菌属.优势菌群丰度与环境因子变化存在联系,Candidatus Brocadia丰度与上升流速(v)、氮容积去除负荷(NRR)呈正相关而与水力停留时间(HRT)呈负相关,Candidatus Kuenenia与氮负荷去除率(NRE)、NRR、HRT呈正相关,而与v呈负相关.     

改进型EGSB处理配置污水的小试研究

通过对不同上升流速下改进型EGSB和EGSB处理人工配置城市污水效果的比较研究,提出了一种更为有效的处理城市污水的反应器--改进型EGSB反应器,在上升流速为5.41m/h时,其出水的COD值稳定在60mg/L左右,出水SS明显要低于未改进的EGSB。同时还考察了运行期间改进型EGSB反应器内颗粒污泥的胞外多聚物、辅酶变化等,在高的上升流速下,改进型EGSB反应器中颗粒污泥的胞外多聚物含量和辅酶F420含量比未改进EGSB中的要高。     

Stability of expanded granular sludge bed process for terylene artificial silk printing and dyeing wastewater treatment

Terylene artificial silk printing and dyeing wastewater(TPD wastewater), containing averaged 710 mg/L terephthalic acid(TA) as the main carbon source and the character pollutant, was subjected to expanded granular sludge bed(EGSB) process. The stability of the EGSB process was firstly conducted by laboratory experiment. TA ionization was the predominated factor influencing the acid-base balance of the system. High concentration of TA in wastewater resulted in sufficient buffering capacity to neutralize the volatile fatty acids(VFA)generated from substrate degradation and provided strong base for anaerobic system to resist the pH decrease below 6.5. VFA and UFA caused almost no inhibition on the anaerobic process and biogas production except that pH was below 6.35 and VFA was at its maximum value. Along with the granulating of the activated sludge, the efficiency of organic removal and production rate of biogas increased gradually and became more stable. After start-up, the efficiency of COD removal increased to 57%—64%, pH stabilized in a range of 7.99—8.04, and production rate of biogas was relatively high and stable. Sludge granulating, suitable influent of pH and loading were responsible for the EGSB stability. The variation of VFA concentration only resulted in neglectable rebound of pH, and the inhibition from VFA could be ignored in EGSB. The EGSB reactor was stable for TPD wastewater treatment.     

厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)在高浓度工业废水处理中的应用

介绍了一种新型的用于高浓度有机废水处理的EGSB反应器 ,该反应器的工艺特点包括反应器内部的生物相的分层 ,颗粒污泥的变速膨胀 ,以及高效的三相分离装置等。该反应器最高CODCr容积负荷可达到 2 5kg m3·d以上 ,最高进水CODCr浓度可达 30 0 0 0mg L以上。并介绍了几个应用该工艺的具有代表性的工程实例。     

常温处理生活污水微氧高效颗粒污泥反应器内颗粒污泥性能研究

为了分析微氧高效颗粒污泥反应器(EGSB反应器)在环境温度下处理实际生活污水时高效稳定运行的可行性,对15~26℃常温处理实际生活污水微氧EGSB反应器内颗粒污泥活性、沉淀性能、粒径分配、形态等进行研究.结果表明,15~26℃常温处理实际生活污水微氧EGSB反应器稳定运行时颗粒污泥沉速在11~79m·h-1之间,低沉速污泥有少量上浮至三相分离器底部甚至三相分离器上部,但没有出现污泥的流失,污泥浓度达到28g·L-1（以MLSS计）,可获得93.4%、83.8%、74.7%和44.0%的高COD、NH+4-N、TN和TP去除率;污泥产甲烷活性并没有降低,甚至比单纯厌氧时还有所偏高;颗粒污泥的平均粒径增大,主要集中0.63~2.00mm之间,质量分数达到了89%,既能保证反应器内的高污泥浓度,又能保证污染物质向颗粒表面和颗粒内部的高效传质,提高污染物质的转化率.颗粒污泥不同层面上微生物菌群发生了很大变化,外层丝状菌占优势,内层杆菌、丝状菌、球菌混生.微生物菌群排列紧密,细胞间紧密结合,集群协同作用使代谢物质能够以最短距离高效传递,保证了微氧EGSB反应器在常温、低浓度下的高效稳定运行.     

EGSB处理垃圾焚烧渗沥液及其微生物群落变化

研究了处理垃圾焚烧渗沥液的膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器在超负荷运行前后厌氧颗粒污泥的微生物群落结构变化.在实验室启动并运行了处理垃圾焚烧渗沥液的EGSB反应器,逐渐提高反应器的有机负荷(OLR),当OLR为23.1kgCOD/(m3×d)时,COD去除率保持在93%以上.当OLR继续升至24.5kgCOD/(m3×d)时,COD去除率迅速下降至73.9%,且出水挥发酸大量增高,反应器进入超负荷运行状态.对反应器中厌氧颗粒污泥进行克隆文库分析,发现经过11d的超负荷运行,污泥中的微生物群落结构发生了明显的变化,古菌的优势菌从产甲烷髦毛菌(含量为68.4%)变为产甲烷微菌(含量为51.9%);细菌的优势菌一直是低GC革兰氏阳性菌(含量约56%),且大多数属于具有形成芽孢特性的Clostridiales目.EGSB反应器超负荷运行导致乙酸营养型古菌大量死亡,小分子有机酸大量积累,处理效率急剧下降.