污水处理过程中原位剩余污泥减量的研究进展

剩余污泥的处置问题日益突出,污泥减量化在污水处理系统的整个环节具有重要地位,基于污泥减量的各种微生物代谢机制,如溶胞-隐性生长、解偶联代谢、维持代谢等,从两个角度对目前取得较好减量效果及应用前景的原位剩余污泥减量技术研究进展进行介绍:1)基于传统生物废水处理工艺的改革,提出了在污水处理过程中增加新型预处理方式、强化膜生物反应器的应用及对传统成熟污水处理工艺进行组合、改进,介绍近年来在实验室及小试规模污水处理取得的研究成果,可以在实现污泥减量的同时保证出水水质。2)宏基因组技术在污泥减量中的应用,主要包括开发新型微生物培养技术、筛选特定功能基因及活性物质,在污水处理和污泥减量中充分利用未培养微生物资源。最后提出污泥减量技术的研究重点及方向,包括加强对污泥减量技术的经济评价、效益分析;充分利用数学工具、开发数学模型,优选可以反映实际生产情况的工艺参数;在基础研究及工程应用过程中加强高端检测手段的应用,深入有机污染物降解途径与微生物生长关系的机理研究。     

市政污泥堆肥对矿山废弃地生态恢复影响的研究进展

市政污泥作为城市污水处理过程中的副产物,含有大量的有机质和丰富的氮、磷、钾等营养物质,经堆肥处理后可用作矿山废弃地生态恢复的土壤改良基质.已有实验室模拟和场地规模研究结果表明,污泥堆肥的施用可同步实现矿山废弃地土壤基本理化性质改善、土壤微生物数量和代谢活性提高、植被的快速生长和生态功能的快速重建.污泥堆肥所含的氮、磷、有机质和重金属,在降雨渗流、微生物和植物根系的共同作用下淋溶进入水体或被植物富集,已有淋滤柱试验和短期植物种植研究结果表明,矿山有短期的二次污染风险,但风险可控.国外污泥/污泥堆肥用于矿山生态修复的案例证明,市政污泥经稳定化处理可促进矿山生态恢复,形成有效碳汇,而长期生态影响未来需要开展不同地域的场地跟踪监测并进行系统定量评估,从而进一步探讨该技术路线的可行性和安全性,同步实现市政污泥处理处置和矿山废弃地生态修复的双重目标,这也将成为未来评估市政污泥堆肥用于矿山生态恢复可行性的重要研究方向.      

基于颗粒污泥的短程反硝化USB反应器启动和运行研究

在2个相同的USB反应器(R1无载体,R2采用多孔生物填料为载体)中构建了短程反硝化工艺,对R1和R2NO₃^--N→NO₂^--N转化性能、短程反硝化颗粒污泥物化特性、胞外聚合物(EPS)产生特性以及微生物功能菌群主要特征进行差异分析.结果表明,反应器运行81d,氮负荷(NLR)为1.2kg/(m³·d)时,NO₃^--N→NO₂^--N转化率(NTR) R2(85%)高于R1(80%);载体颗粒污泥(R2)沉降性能优于自固定化颗粒污泥(R1)且载体颗粒污泥(R2)更容易截留EPS,PN/PS值R1(1.29)>R2(1.15),污泥体积指数(SVI) R1(27.07mL/g MLSS)>R2(19.36mL/g MLSS);扫描电镜发现R1污泥表面聚集长杆菌,R2污泥表面聚集短杆菌和球菌,与R1相比R2颗粒污泥结构更加规则密实.微生物高通量测序结果表明,R2物种丰富度和多样性高于R1,变形菌门、拟杆菌门和绿弯菌门在短程反硝化系统中占主导地位,R1和R2主要NO₂^--N积累功能菌属均为Acinetobacter属(R1-59.18%、R2-46.04%)和Thauera属(R1-6.81%、R2-5.99%).     

冬季低温下MBR与CAS工艺运行及微生物群落特征

研究了在冬季低温条件下,膜生物反应器(MBR)与传统活性污泥法(CAS)工艺运行效果及微生物群落特征的差异,对工艺出水水质和微生物活性进行了分析,并借助454焦磷酸高通量测序法对微生物群落组成和结构进行了解析.结果表明,三套对比工艺(MBR两套:高污泥浓度R1和低污泥浓度R2,CAS工艺R3)的出水总氮平均去除率分别为85.2%、56.1%、58.8%;NH+4-N的平均去除率分别为99.7%、99.7%、59.7%,比硝化速率由大到小依次为R2、R1、R3,比反硝化速率由大到小依次为R3、R1、R2,高浓度MBR污泥具有较好的耐寒特性和氨氮去除效果;从454焦磷酸测序结果看,相似性为97%时,菌群丰富度:R2>R3>R1,多样性:R2>R1>R3;MBR污泥微生物菌群的组成和丰度与CAS系统有较大不同;R1、R2、R3中主要的硝化菌为Nitrospira菌属,总相对度依次为:1.22%、1.64%、0.15%,主要的反硝化菌为Zoogloea菌属、Thauera菌属、Comamonadaceae菌属及Comamonas菌属,总相对丰度依次为:5.8%、4.52%、15.21%;低温环境下,泥龄长、污泥浓度高、TN负荷低的MBR系统有利于硝化、反硝化细菌累积,提升生物脱氮效果.     

一种新型环境友好污水处理工艺——蚯蚓生态滤池

蚯蚓生态滤池将蚯蚓创造性地引入到污水处理系统中,延长和扩展了微生物代谢链,强化了生态系统富集与扩散、合成与分解、拮抗与协同等多种自然调控作用,实现了污水污泥的同步高效处理。滤池出水可用作绿化争农田灌溉,蚓粪污泥含水率低,减量化稳定化效果显著,较好地解决了剩余污泥的处置问题。蚯蚓生态滤池工艺高效节能,具有鲜明的“生态平衡”和“环境友好”技术特色,符合可持续发展的理念,具有技术经济竞争优势,环境效益比较显著,具有良好的实际应用前景。     

Fe对污水和污泥处理过程中微生物和工艺性能的影响

铁元素作为微生物体内生化所必须的微量元素,影响微生物的生长及污水处理效果。分析了污水和污泥处理过程中,不同浓度和不同价态Fe促进微生物酶的合成和酶促反应的机理,概括了可能导致的微生物群落结构改变的因素;总结了Fe对EPS的分泌、絮体结构的影响,以及Fe加速生物膜的形成和污泥颗粒化的原理。从工艺角度总结了铁元素对UASB、MBR、污泥厌氧消化和生物制氢等工艺的作用,旨在为未来Fe及其他金属元素促进污水处理中微生物活性技术的研究提供思路及借鉴。     

停曝时间比对亚硝化颗粒污泥形成的影响

室温下(22~28℃),采用R1、R2、R3三组相同的SBR反应器接种MLSS、SVI值分别为3 500 mg·L-1、162 m L·g-1的具有良好亚硝化性能的絮状活性污泥,研究了不同停曝时间比(1∶2、1∶1、2∶1)对亚硝化颗粒污泥形成的影响.实验表明,R1、R2和R3分别于103、82、64 d实现了亚硝化污泥的颗粒化,运转至85 d时,亚硝化率分别可达86%、98%、96%,R1、R2和R3的SVI值降低至89、75、58 m L·g-1,MLSS增加至2 314、2 781、2 946 mg·L-1.结果表明,在停曝时间比为1∶2~2∶1的范围内,停曝时间比越大,越有利于污泥颗粒化;停曝时间比为1∶2时,由于无法抑制NOB,反应器中污泥亚硝化性能下降,且污泥的沉降性能先变好后变差,在停曝时间比为1∶1~2∶1范围内,停曝时间比越大,污泥的沉降性越好,同时可以保持系统良好的亚硝化性能.另外,停曝时间比越大,微生物分泌的PN、PS越多,且在亚硝化颗粒形成阶段,厌氧末的PN小于好氧末PN,亚硝化颗粒成熟阶段厌氧末的PN大于好氧末PN,而在运行期间,厌氧末的PS一直大于好氧末PS.     

旁路水解酸化强化污泥过程减量运行性能与机理研究

旁路水解酸化技术既能实现污泥减量,又能为污水脱氮除磷补充碳源。采用水解酸化作为污泥旁路减量化技术,研究其污泥减量的运行性能和机理,同时考察了对污水处理工艺污染物去除的影响。采用污泥水解酸化旁路处理,得到污泥减量率为30%,其中水解酸化的贡献为0.7%,延长污泥龄贡献为17.1%,能量解偶联等贡献为12.2%。污泥水解酸化旁路处理对污水生物处理工艺的出水水质以及微生物活性影响不显著。水解酸化过程中会降低微生物脱氮活性,但对污水处理主反应器中微生物活性影响较小。污泥旁路水解酸化污泥减量工艺中,对污泥减量机理的解析,需要综合考虑水解酸化与污泥龄等对污泥减量效果的影响。     

高效复合微生物菌群在垃圾堆肥中的应用

利用高效复合微生物菌群对生活垃圾和污泥混合堆肥,通过测定堆肥过程中总菌数、温度、有机物、C/N比等,较系统地研究了高效复合微生物菌群在生活垃圾、污泥混合堆肥系统中的作用.试验证明:在生活垃圾和污泥共堆肥系统中,调节堆料比为厨房垃圾:污泥:粉煤灰土:成熟堆肥污泥:干草=41.6:27.8:13.8:11.1:5.5,有机物约为60%,总氮14%,全磷0.69%,全钾1.25%;初始含水率为58.5%,初始C/N比=30i供气量控制在0.8L/min·kg挥发性有机物,处理1、处理2、处理3堆料中分别接种2%、3%、5%(质量分数)的高效复合微生物菌群,与加入3%灭活菌的对照组进行对比实验.对照组、处理1、处理2和处理3堆肥系统垃圾腐熟时间分别为30d、24d、18d和12d;说明高效复合微生物菌群可以加速生活垃圾和污泥的降解,保证堆肥过程的顺利进行.处理3与对照组相比,堆腐时间缩短了18d,同时成品堆肥中含有大量具有生物活性的微生物,是一种良好的生物活性有机肥料.     

ABR除碳-CANON耦合工艺除碳脱氮特性

CANON工艺如能处理低氨氮城市生活污水,将大幅度降低市政污水处理能耗。故以纤维载体为填料,在CSTR反应器中同时接种亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥启动CANON反应器,且在CANON系统前端添加ABR除碳系统,构建ABR除碳-CANON耦合工艺,研究ABR除碳-CANON耦合工艺除碳脱氮性能,并采用MiSeq高通量测序技术分析污泥中微生物菌群结构的变化情况。结果表明,通过同时接种亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥,控制DO为0.5~2mg·L-1、HRT为6h、pH值为8左右等措施,在55d内成功启动CANON系统,TN去除率为81%~87%,氨氮负荷为0.195kg·(m3·d)-1。ABR除碳系统出水有机物浓度(120mg·L-1)不会对后续CANON系统产生不利影响,一体式ABR除碳-CANON工艺TN去除率在74%~87%,出水COD平均浓度为40mg·L-1。同时,CANON系统启动后Proteobacteria门得到了显著提升,Sphingobacteria纲所占比例下降为6.8%,CANON系统中亚硝化菌和厌氧氨氧化菌不断淘汰劣势菌群成为反应器内优势菌群,一体化ABR除碳-CANON工艺对城市污水具有良好的脱氮除碳效果。     

厌氧颗粒污泥自启动厌氧氨氧化反应特性研究

采用上流式厌氧反应器分别培养厌氧颗粒污泥（R1）及厌氧颗粒污泥与成熟厌氧氨氧化anammox混合污泥（R2）,对比分析2个系统的脱氮性能和微生物菌群特性。结果表明:R1总氮去除率在99 d时可达到74%,而R2仅需48 d即可维持在70%以上。进水氮负荷提升的同时,R1污泥中胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）含量上升更为明显,从而促进污泥颗粒化。高通量测序分析结果表明,R1中主要厌氧氨氧化细菌AnAOB为Candidatus Kuenenia（7.92%）,R2中优势AnAOB为Candidatus Brocadia（15.64%）,而Candidatus Kuenenia占3.02%。R1在较低厌氧氨氧化细菌丰度的情况下仍能保持相当的脱氮效率,更具有长期培养的潜力。     

基于MBR不同种泥短程硝化启动的微生物群落结构分析

为明确膜生物反应器(MBR)接种不同污泥启动短程硝化前后微生物群落结构变化特征,采用MBR反应器分别接种硝化污泥(R1)、厌氧亚硝化污泥(R2)和1∶1混合接种厌氧亚硝化污泥和反硝化污泥(R3),获取有利于实现快速短程硝化的污泥源.结果表明,结合间歇曝气和缩短水力停留时间(HRT),R1、R2与R3反应器分别耗时46 d、8 d和30 d成功启动短程硝化,R2反应器启动周期最短.稳定运行期内,R1、R2和R3反应器亚硝累积率平均为92%、93%和94%,R3反应器表现出更稳定的短程硝化性能.ACE、Chao、Shannon和Simpson指数结果表明,稳定运行后,R1和R2反应器微生物丰度和多样性水平均大幅低于接种污泥,R3反应器物种丰度略有减少而多样性水平变化不大.短程硝化成功启动后,3个反应器内的主要菌群为变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),且主要脱氮功能菌变形菌门丰度相较于接种污泥均有提高.β-变形菌纲为3个反应器短程硝化系统的优势菌群,分别占比59.6%、63.6%和69.3%.R1、R2和R3反应器内的优势菌属均为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),所占比例分别达12.8%、20.2%和19.7%.相比R1反应器,R2和R3反应器接种污泥内存在一定比例的亚硝化细菌,更有利于系统短程硝化的实现.     

基于臭氧溶胞的活性污泥减量化技术

目前常见的活性污泥减量技术主要包括解偶联技术、微生物的捕食作用以及隐性生长三种方法。基于臭氧氧化溶胞作用从而强化细菌隐性生长的污泥减量技术具有较好的处理效果及良好的应用前景。着重探讨了臭氧溶胞作用的机理及溶胞过程的影响因素。考虑到污泥减量技术在实际污水处理系统中的应用,探讨了臭氧溶胞对污水生物处理系统的影响。     

ABR除碳-CANON耦合工艺除碳脱氮特性

CANON工艺如能处理低氨氮城市生活污水,将大幅度降低市政污水处理能耗.故以纤维载体为填料,在CSTR反应器中同时接种亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥启动CANON反应器,且在CANON系统前端添加ABR除碳系统,构建ABR除碳-CANON耦合工艺,研究ABR除碳-CANON耦合工艺除碳脱氮性能,并采用MiSeq高通量测序技术分析污泥中微生物菌群结构的变化情况.结果表明,通过同时接种亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥,控制DO为0. 5～2 mg·L-1、HRT为6h、p H值为8左右等措施,在55 d内成功启动CANON系统,TN去除率为81%～87%,氨氮负荷为0. 195 kg·(m3·d)-1. ABR除碳系统出水有机物浓度(120 mg·L-1)不会对后续CANON系统产生不利影响,一体式ABR除碳-CANON工艺TN去除率在74%～87%,出水COD平均浓度为40 mg·L-1.同时,CANON系统启动后变形菌门(Proteobacteria)得到了显著提升,鞘脂杆菌纲(Sphingobacteria)所占比例下降为6. 8%,CANON系统中亚硝化菌和厌氧氨氧化菌不断淘汰劣势菌群成为反应器内优势菌群,一体化ABR除碳-CANON工艺对城市污水具有良好的脱氮除碳效果.     

好氧颗粒污泥中丝状微生物生长研究

通过在序批式摇床反应器(SSBR)中分别接种絮状活性污泥与厌氧颗粒污泥来处理含盐及淡水2种废水并培养好氧颗粒污泥,研究好氧颗粒污泥中丝状微生物的过度生长及可行的控制措施.结果表明,进水水质与接种污泥类型都会影响颗粒污泥中丝状微生物的生长.同是接种好氧絮状污泥的R1、R3,由于R1进水为含盐废水而R3为淡水,R1中颗粒污泥丝状化程度低于R3,而接种厌氧颗粒污泥并处理含盐废水的R2颗粒污泥丝状化程度最低.当好氧颗粒污泥外部出现明显丝状微生物过度生长时,各反应器中颗粒污泥平均丝状化程度△分别达到△R1=1.4、△R2=1.2及△R3=2.0.对各反应器颗粒污泥中丝状微生物进行鉴定,R1颗粒中丝状微生物主要为Eikelboom 0092及Nocardia spp.,R2中主要为.Fungi spp.及Nocardia spp.,R3中主要为S.natans 及H.hydrossis,这几种类型丝状微生物一般出现在污泥龄长、溶解氧浓度低及基质易降解的环境中,但由于好氧颗粒污泥结构不同于传统活性污泥,试验通过控制污泥负荷、污泥龄及曝气量等并不能有效控制颗粒中丝状微生物的过度生长.试验将各反应器进水基质由易降解的葡萄糖配水换为难生物降解废水时,能快速有效地控制颗粒污泥中丝状微生物的过度生长.     

外加电场强化生物膜工艺去除水中头孢他啶

实验研究了外加电场强化生物膜工艺相比普通生物膜工艺降解水中头孢他啶的处理效果。结果表明,进水COD负荷为3 kg/(m3·d)、反应周期为8 h、进水pH=8时外加电场强化生物膜反应器(R2)各项指标去除效果达到最好。R2对头孢他啶的平均去除率为90.76%,而普通生物膜反应器(R1)仅有80.63%。R2相比R1对头孢他啶去除率更高、更稳定、抗负荷能力更强。两反应器中微生物种类以杆菌为主,R1中的微生物在头孢他啶浓度为3.5 mg/L时生长受到抑制,微生物种类发生变化,而R2中的微生物在较高头孢他啶浓度下生长稳定,处理效果良好。拟合实验数据,符合MONOD模型,两反应器中头孢他啶的比降解速率随头孢他啶浓度增加而增加,R2增速大于R1。     

污水处理中污泥减量化技术的研究与应用概况

分析研究了实现污泥减量化的几种污水处理工艺，指出膜生物反应器和多孔微生物载体污水处理技术可以实现无剩余污泥排放的目标，为污水（污泥）处理技术人员提供参考。     

氧氟沙星胁迫下5种湿地植物及其根系微生物群落的差异性响应

人工湿地中植物及其根系微生物对环境中的抗生素具有较好的去除效果,但对抗生素胁迫下多种植物及微生物响应特征的了解仍然不足,因此有必要研究不同浓度抗生素胁迫下植物及微生物的差异性响应特征。探讨了典型极性抗生素氧氟沙星（OFL）胁迫下5种湿地植物（唐菖蒲、风车草、水葱、水芹、灯心草）-微生物系统对OFL的去除性能。基于不同植物对OFL的去除效率,对唐菖蒲和风车草的根系活力、活性氧、抗氧化系统进行研究,同时分析其根系微生物在OFL胁迫下的响应特征。结果表明：5种湿地植物对OFL的去除效果具有明显差异性,其中风车草对OFL的去除性能最佳,其次是唐菖蒲。植物-微生物系统在不同浓度OFL胁迫下表现出不同敏感性,以10 mg/L为转折点,当OFL浓度低于10 mg/L时,可促进唐菖蒲和风车草植物根系生长,增强植物根系活力以及根系抗氧化酶的活性;当OFL浓度超过10 mg/L时,唐菖蒲和风车草根系被OFL毒害,植物根系活力和抗氧化酶的活性受到抑制。利用高通量测序技术对根系微生物群落进行测定,结果表明,低浓度OFL(1 mg/L)与植物根系微生物群落多样性及物种丰富度呈正相关,高浓度（50 mg/L）下则...     

水解酸化对好氧颗粒污泥形成及脱氮除磷的影响

为研究水解酸化对AGS（好氧颗粒污泥）的形成及其脱氮除磷效果的影响,分别采用R1+R2两段式[HUSB（升流式水解酸化池）-SBR]和R3一段式（SBR）方式培养AGS,研究了不同基质下形成的AGS的脱氮除磷效果,并通过高通量测序对水解酸化污泥（R1）和R2、R3运行初期（12 d）与运行后期（97 d）的AGS微生物群落结构进行解析.结果表明,当进水基质为葡萄糖时,R1+R2两段式和R3一段式都能够成功地培养出颗粒致密、沉降性能好的AGS.接种活性污泥后的第13天R2反应器中形成粒径为>1.0~1.6 mm的颗粒污泥,而R3反应器仍以絮状污泥为主;颗粒污泥成熟后,R2中AGS的粒径增长至1.0~2.0 mm间,R3的粒径主要分布在>1.0~1.6 mm间.两种颗粒污泥对COD_Cr和NH₃-N均有很好的去除效果,去除率均接近100%.R2对TN和TP的去除率分别为88.5%和72.8%,明显高于R3（67.2%和60.1%）;R2出水ρ（TN）最低可达3 mg/L,ρ（TP）可达1.1 mg/L.高通量测序结果表明,Proteobacteria和Bacteroidetes门始终是主要菌种;随着好氧颗粒污泥的成熟,R2和R3的Shannon-Wiener多样性指数均显著增加;R2中成熟后AGS的Shannon-Wiener多样性指数最高（5.40）,表现出良好的生物多样性和系统稳定性.研究表明,水解酸化为AGS的形成提供了关键基质,促进了好氧污泥颗粒化,培养出的AGS运行稳定,脱氮除磷效果好,微生物种群丰富.      

微生物絮凝剂作用下厌氧颗粒污泥的形成及特性

以3个同样的UASB(R1、R2、R3)处理COD浓度为5 500~6 500 mg.L-1的废水,在相同的工艺条件下,采用每7 d投加1次方式,R1中每次投加7.5 g CaCl2和400 mL微生物絮凝剂MBF21,R2中每次投加140 mg阳离子PAM,R3作为对照,进行厌氧颗粒污泥培育试验,以考察微生物絮凝剂MBF21对培育厌氧颗粒污泥的促进作用.结果表明,经过67 d的运行,R1、R2、R3中均培育出厌氧颗粒污泥,对应的平均粒径分别为1.18、1.21、0.76 mm,平均粒径增长速率分别为15.37、15.82、9.10μm.d-1,比产甲烷活性SMA(COD-CH4/VSS.t)值分别为0.740、0.657、0.558 g.(g.d)-1,VSS/SS分别为0.667、0.629、0.607,SVI值分别为14.7、13.1、20.4 mL.g-1,湿污泥密度分别为1.061、1.064、1.054 g.cm-3,强度系数ζ分别为92.1、93.5、84.7.电镜扫描发现R1和R2中的颗粒污泥比对照组R3中的颗粒污泥更密实,在形成成熟颗粒污泥过程中,3个反应器均呈现相似规律,即污泥表面由丝状菌占优逐渐向杆菌、球菌占优方向转化.本研究证明了微生物絮凝剂MBF21在促进厌氧污泥颗粒化过程中,在提高颗粒污泥物理性能方面接近阳离子PAM,在提高颗粒污泥生理、生化性能方面优于阳离子PAM.