碳源类型对A~2O系统脱氮除磷的影响

采用52.5 L的A2O反应器,以乙酸和丙酸分别作为进水唯一碳源,系统研究了进水碳源类型对脱氮除磷和代谢过程的影响.结果表明,在进水COD为250 mg/L左右,NH+4-N为52 mg/L左右的条件下,原水碳源类型对TN的去除影响不大,系统TN去除率均在65%左右.进水碳源类型对TP的去除及相应污泥中PHA的类型、含量和代谢及糖原的变化影响较大.乙酸为唯一碳源时,厌氧区放磷浓度较高,污泥中PHA的成分主要为PHB和PHV,两者在厌氧区的合成量差别不大,PHB在随后的反应过程中变化较大,对除磷代谢过程起主要作用,而PHV的变化较小.丙酸作为进水唯一碳源时,厌氧区的放磷浓度偏低,主要合成PHV,几乎不含PHB,PHV在随后吸磷过程中浓度变化较大,对除磷代谢起主要作用,而且出水TP浓度偏低.碳源类型对污泥中糖原的代谢也有影响,乙酸为碳源时糖原的含量高,变化范围也较大,丙酸为碳源时糖原的变化幅度较小.在同步脱氮除磷系统中,与乙酸相比,丙酸是一种更合适的碳源.     

碳源对EBPR代谢过程及微生物特性的影响

采用SBR反应器,研究了乙酸和丙酸分别作为唯一进水碳源时对EBPR过程物质转化及代表性微生物变化特性的影响,并对不同碳源可能导致不同的微生物代谢过程进行了讨论.SBR的运行模式为：厌氧2 h,好氧5 h,每天运行3个周期,乙酸和丙酸进水的COD均为300 mg/Ｌ,系统先用乙酸作为碳源运行60 d,随后以丙酸作为碳源运行60 d.结果表明,在采用乙酸作为碳源时,厌氧结束放磷和消耗COD的比值为0.35,生成的PHA中以PHB为主,占92.6%,PHV只占到7.4%,没有PH2MV生成.在采用丙酸作为碳源时,厌氧结束放磷和消耗COD的比值稍低,为0.27,生成的PHA中PHV占35.8%,PHB和PH2MV分别占10.2%和54.0%.2种碳源条件下系统都具有良好的EBPR效能,出水PO^3-₄-P均在检出限以下.对不同阶段的污泥进行DGGE分析表明,系统中的微生物发生了变化;扫描电镜图片和PHA染色结果分析表明,在乙酸作为碳源时,系统中的PAOs以球菌形式存在,而在丙酸作为碳源时,系统中的PAOs以杆菌形式存在.不同碳源培养出了不同类型的PAOs,两者代谢途径不同,但都具有较好的EBPR效能.     

聚烃基烷酸转化对强化生物除磷影响研究

通过丙酸和乙酸C-mol比为0.5和2的合成废水驯化微生物的SBR反应器(SBR1和SBR2)批式实验,研究了强化生物除磷系统中聚烃基丁酸(PHB)和聚烃基戊酸(PHV)的转化对磷吸收/释放及去除率的影响.结果显示,磷的释放/吸收和去除率与PHB和PHV的转化有很好的相关性(R²>0.90).回归系数表明,特定废水驯化的污泥,磷的吸收和释放主要受PHB转化的影响,但磷的去除率却主要依赖于PHV的合成与降解;对于不同比例丙酸/乙酸废水驯化污泥,SBR2比SBR1污泥的PHB合成和降解能力增强,PHV合成和降解能力减小,生物除磷效果平均增加16.69%.因此,进水丙酸/乙酸比例及驯化影响聚磷微生物的PHB/PHV转化量,进而影响对磷的吸收/释放和除磷效果,PHB与PHV的转化量应作为生物除磷系统的关键调控因素考虑.     

不同丙酸/乙酸长期驯化的活性污泥对EBPR的影响

通过长期驯化的SBR增强生物除磷系统,研究了不同丙酸/乙酸对磷和PHA转化的影响,以及微生物代谢PHA及其组分的计量学.结果表明,随着丙酸/乙酸的升高.系统的除磷能力增强;污水中合适的丙酸/乙酸(C-mol比)为2:1.计量学研究表明,聚磷菌消耗I C-mol乙酸生成0.65 C-mol PHB和0.33 C-mol(PHV PH2MV),消耗I C-mol丙酸生成极小量PHB和1.21C-mol(PHV PH2MV).磷去除率与(PHV PH2MV)代谢有良好的相关性.     

Ce3+对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce³⁺对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce³⁺浓度<1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce³⁺浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量<3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce³⁺的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

乙酸钠为碳源时进水COD和总磷对生物除磷的影响

研究了乙酸钠为碳源时,乙酸盐和总磷浓度对循序间歇式生物除磷工艺运行效果的影响,以及含高浓度乙酸盐废水不能有效除磷的原因结果表明:COD<600mg·L^-1时,随着COD/TP值的增大,总磷去除率提高,COD/TP<50时,磷的去除率提高显著,但当COD/TP>50时,磷的去除变化不大;进水乙酸盐浓度过高(COD>600mg·L^-1)使除磷效率逐渐下降,COD>1000 mg·L^-1会使生物除磷系统完全崩溃;研究发现除磷效率的下降是由于过多的乙酸盐从厌氧段进入了好氧段,引起丝状菌的增殖、污泥膨胀,导致聚磷菌被洗出.     

溶解氧对活性污泥胞内贮存物和除磷性能的影响

分别以乙酸钠和葡萄糖为碳源,通过间歇实验,考察不同溶解氧(DO)浓度对厌氧-缺氧-好氧序批式反应器中活性污泥胞内贮存物聚羟基烷酸酯(PHA)、糖原和系统除磷性能的影响。实验表明:DO对以乙酸钠为碳源培养的胞内贮存物PHA和糖原影响较大,并影响污泥的除磷性能;对以葡萄糖为碳源培养的胞内物质影响较小,可能是因为细胞内存在其他类型的胞内贮存物。     

丙酸的加入对厌氧-低氧同时生物除磷脱氮系统的影响

2个实验室规模的序批式反应器（SBRs）在厌氧-低氧（0.15～0.45 mg·L^-1）条件下运行,以比较丙酸的加入对同时生物除磷脱氮系统的影响.结果表明,无论是丙酸与乙酸的混合酸（碳摩尔比为1.5/1）作为碳源（SBR1）,还是乙酸作为单独碳源（SBR2）,系统都发生同步硝化反硝化和磷的去除（SNDPR）,并且氨氮被全部氧化,系统中没有亚硝酸盐的大量累积.与SBR2相比,SBR1中厌氧阶段磷释放量少,聚羟基戊酸（PHV）合成量高,好氧末磷剩余量少,硝态氮累积少,因此SBR1中总氮和总磷的去除率（分别为68%和95%）比SBR2（分别为51%和92%）高,加入丙酸有助于SNDPR系统保持较好的除磷、脱氮效果.     

高效聚磷菌TP16强化除磷

采用SBR反应器,以合成废水作为反应器进水,研究高效除磷菌TP16厌氧聚PHB及释磷,好氧分解PHB和吸磷能力。试验结果表明:TP16好氧培养时,可以好氧聚集PHB,PHB浓度上升与乙酸的浓度下降呈负相关,乙酸吸收量与PHB/VSS的比值呈明显负相关关系;TP16厌氧培养时,底物乙酸浓度下降与菌体PHB的上升呈显著的负相关关系。磷释放试验表明,以乙酸作为底物,TP16厌氧培养时上清液中乙酸浓度的下降与磷浓度的增加呈负相关关系。     

分段进水对改良A2/O-BAF双污泥系统反硝化除磷脱氮的影响

采用改良A²/O-BAF双污泥系统处理低C/N比生活污水,为提高碳源利用率,研究了两段进水（预缺氧段和缺氧段）对反硝化除磷脱氮的影响,同时根据COD的物料衡算公式,分析评价了不同进水比下,碳源的利用情况.结果表明当分段进水比为7：3时,平均进水COD、NH₄⁺-N、TN、TP浓度分别为174.99、58.19、59.10、5.15 mg·L^-1,出水COD、NH₄⁺-N、TN、TP浓度分别为29.48、4.07、14.10、0.44 mg·L^-1,去除率分别为82.12%、92.76%、75.45%、91.20%;系统中反硝化聚磷菌占聚磷菌的比例（DPAOs/PAOs）为98.81%,此时系统反硝化除磷脱氮最佳,同时碳源的有效利用率达85.77%,平衡百分比为92.33%.通过优化分段进水,碳源被有效利用,提高了同步脱氮除磷效率,为改良A²/O-BAF双污泥系统处理低C/N比污水提供理论依据.     

Research on polyhydroxyalkanoates and glycogen transformations: Key aspects to biologic nitrogen and phosphorus removal in low dissolved oxygen systems

In this paper, a study was conducted on the effect of polyhydroxyalkanoates (PHA) and glycogen transformations on biologic nitrogen and phosphorus removal in low dissolved oxygen (DO) systems. Two laboratory-scale sequencing batch reactors (SBR1 and SBR2) were operating with anaerobic/aerobic (low DO, 0.15–0.45 mg·L⁻¹) configurations, which cultured a propionic to acetic acid ratio (molar carbon ratio) of 1.0 and 2.0, respectively. Fewer poly-3-hydroxybutyrate (PHB), total PHA, and glycogen transformations were observed with the increase of propionic/acetic acid, along with more poly-3-hydroxyvalerate (PHV) and poly-3-hydroxy-2-methyvalerate (PH2MV) shifts. The total nitrogen (TN) removal efficiency was 68% and 82% in SBR1 and SBR2, respectively. In the two SBRs, the soluble ortho-phosphate (SOP) removal efficiency was 94% and 99%, and the average sludge polyphosphate (poly-P) content (g·g-MLVSS⁻¹) was 8.3% and 10.2%, respectively. Thus, the propionic to acetic acid ratio of the influent greatly influenced the PHA form and quantity, glycogen transformation, and poly-P contained in activated sludge and further determined TN and SOP removal efficiency. Moreover, significant correlations between the SOP removal rate and the (PHV + PH2MV)/PHA ratio were observed (R ²>0.99). Accordingly, PHA and glycogen transformations should be taken into account as key components for optimizing anaerobic/aerobic (low DO) biologic nitrogen and phosphorus removal systems.     

不同丙酸/乙酸对聚糖菌长/短期代谢的影响

在3个SBR反应器(即SBR-A,SBR-C和SBR-E)中,以3种不同比例的丙酸/乙酸中长期驯化活性污泥使之富集聚糖菌,对丙酸/乙酸对聚糖菌的长期和短期代谢的影响进行了研究.结果表明,长期高丙酸/乙酸驯化导致聚糖菌厌氧消耗的糖原量和合成的聚β羟基烷酸酯(poly-β-hydroxyalkanoates, PHA)的量都较少,在好氧段积累的糖原量和降解的PHA的量也较小,并且对聚糖菌的脱氢酶活性、生长速率及对有机酸的利用能力等都有抑制作用.当进水中的丙酸与乙酸的碳摩尔数相同时,单位生物量利用乙酸的速率较丙酸快.不同丙酸/乙酸对聚糖菌代谢的短期影响的研究表明,当进水中乙酸浓度突然提高时,长期以高丙酸/乙酸驯化的聚糖菌可以直接利用乙酸参与代谢,但长期以低丙酸/乙酸驯化的聚糖菌则无法快速利用丙酸.提高进水中丙酸/乙酸有可能成为有效抑制聚糖菌生长并提高增强生物除磷系统稳定性的一种策略.     

亚硝酸盐对乳酸发酵缺氧-好氧SBR脱氮系统除磷的影响

在以可溶性淀粉为唯一碳源、进水含有硝态氮的缺氧-好氧SBR脱氮除磷系统中,研究了投配亚硝态氮对该乳酸发酵系统除磷的影响.试验结果显示,初始投加亚硝酸盐的浓度分别为2、5、10 mg·L~(-1)时对系统的缺氧吸磷及好氧吸磷都产生了抑制作用,缺氧阶段的释磷量和释磷速率随进水亚硝酸盐浓度的增大而升高.亚硝酸盐对缺氧期液相中乳酸和污泥中糖原的积累都有明显的影响,当亚硝酸盐浓度由0 mg·L~(-1)升至10 mg·L~(-1)时,乳酸浓度由14.06 mg·L~(-1)下降至1.56 mg·L~(-1),相反污泥中糖原的含量从235.69 mg·g~(-1)上升至272.97 mg·g~(-1)(以VSS计,下同),并且在好氧阶段糖原的消耗量增加,污泥的吸磷量也随之增加.研究表明,亚硝酸盐对淀粉直接发酵成乳酸的过程及糖原转化为乳酸的过程均有抑制作用.     

单一好氧环境下的强化生物除磷研究

将乙酸钠为单一碳源、厌氧/好氧交替、具有较好除磷效果的传统生物除磷SBR系统,改为单一的好氧SBR运行方式,发现改变后的SBR系统仍可取得较好的除磷效果,除磷率最高达73.9%,最低约40%,平均维持在50%左右.这种现象可以维持长达80个周期.污泥含磷率由最初的1.43%增加到6.56%.对污泥微生物胞内PHB和糖原进行测定,结果表明此系统中微生物PHB和糖原在VSS中含量分别约为27 mg/g和26 mg/g,二者含量在好氧过程中都基本保持不变.通过对反应过程中碳源消耗与磷吸收关系的分析,认为该单一好氧条件下的生物除磷机制是由于长期以乙酸钠为唯一碳源下,试验系统中活性污泥被驯化,在胞内聚磷颗粒含量容纳能力范围内还可以在好氧环境下以乙酸钠氧化产生的ATP为能量进行磷吸收所致.     

活性污泥微生物以乙酸为碳源合成聚羟基烷酸酯的研究

聚羟基烷酸酯(polyhydroxyalkanoate,PHA)是一种生物可降解塑料,利用活性污泥合成PHA具有操作方便的优点.本研究对长期驯化的厌氧-好氧活性污泥工艺在厌氧条件下及好氧活性污泥工艺在好氧条件下利用乙酸合成PHA进行了比较分析,发现好氧活性污泥可以合成较多的PHA.在此基础上,研究了好氧条件下乙酸加入次数、乙酸浓度及硝化抑制剂(丙烯基硫脲,ATU)对PHA合成的影响,结果表明,将乙酸分3次加入到反应器、乙酸浓度为2 925 mg/L及加入6.74 mg/L ATU时,可以使污泥挥发性悬浮固体物中PHA的含量达到56.3%.     

C/P对EBPR系统PAOs与GAOs竞争及PHAs代谢过程影响研究

以富含聚磷菌(PAOs)活性污泥为基础,基于FISH技术研究了SBR工艺不同C/P(25∶1、20∶1、15∶1和10∶1)对EBPR系统中功能菌变化特征与微生物胞内聚合物(PHAs)代谢过程的影响.结果表明,经过10 d运行处理,C/P分别为25∶1、20∶1和15∶1系统磷酸盐去除率88%,而C/P为10∶1系统磷酸盐的去除率为0%.FISH检测结果显示,随着C/P从25∶1下降到10∶1,EBPR系统中PAOs的含量相应从(76.42±1.24)%减少到(10.40±0.97)%,而聚糖菌(GAOs)则从(16.36±3.41)%增加到(34.25±2.59)%.在厌氧段,不同C/P条件下EBPR系统中PHB和PHV的合成动力学系数大小分别为K25∶1K20∶1K15∶1K10∶1和K15∶1K20∶1K25∶1K10∶1.随着C/P从25∶1下降到10∶1,合成PHB在PHAs中所占的比例从85%下降到24%,而PHV则从15%上升到76%;在好氧段,不同C/P系统消耗PHB和PHV的动力学系数大小均为K20∶1K25∶1K15∶1K10∶1,且C/P为25∶1、20∶1和15∶1时系统消耗主要成分是PHB(占PHAs 71%～75%),而C/P为10∶1时系统消耗主要成分是PHV(占PHAs 71%).由此表明,随着C/P的降低,EBPR系统内GAOs增加而PAOs减少,从而导致系统内PHB合成与消耗比例逐渐减少,而PHV合成与消耗比例逐渐增加.