好氧颗粒污泥稳定性影响因素分析

在内循环气升式间歇反应器对好氧颗粒污泥颗粒化过程进行了研究,从污泥负荷率和碳源特性分析了好氧颗粒污泥的稳定性。以蔗糖为碳源时,反应器在较低的曝气量下生长有大量的丝状真菌,而在较高的曝气量下有利于污泥形成表面光滑的颗粒,但当污泥负荷过低时,光滑的颗粒污泥表面开始迅速生长丝状真菌而导致颗粒污泥不稳定。试验表明以蔗糖为碳源物质形成好氧颗粒污泥速率快,但其操作条件难控制,容易引起丝状真菌的大量生长;以乙酸钠为碳源物质,形成颗粒污泥速度慢,污泥颗粒化程度不高;而以蔗糖与乙酸钠为混合型碳源进行好氧颗粒污泥的培养证明了形成的好氧颗粒污泥表面光滑,没有丝状菌的存在,并且颗粒污泥易于稳定运行。     

不同碳源种类对好氧颗粒污泥合成PHA的影响

影响好氧颗粒污泥稳定性的因素众多,其中碳源种类的不同会造成好氧颗粒污泥合成聚羟基烷酸酯(PHA)的不同,进而影响其稳定性能.采用混合碳源驯化培养的好氧颗粒污泥进行试验.考察了厌氧条件下,乙酸钠等八种碳源对好氧颗粒污泥合成PHA的影响.结果表明,颗粒污泥对乙酸钠和蔗糖具有较好的转化能力,合成PHA的量分别为102.19mgCOD/g·VSS和70.58mgCOD/g·VSS,显著高于其他碳源的PHA合成量(5~26mg/g×VSS).故以蔗糖和乙酸钠作碳源均有利于颗粒污泥稳定性能的维持,而当以甲醇作碳源时好氧颗粒污泥的贮存能力最差.     

SBAR中好氧污泥颗粒化及其特性

采用气升式内循环间歇反应器对好氧污泥颗粒化的过程进行了研究,考察了不同水力循环时间下好氧污泥颗粒化过程及其特性,并且对反应器中形成的好氧颗粒污泥内部菌群形态进行了描述.结果表明,不同水力循环时间对好氧颗粒污泥生长特性产生了很大的影响,在较短水力循环时间下,颗粒污泥粒径增长速度快,形成的颗粒粒径多数在 1.0～2.0mm 之间,并且 VSS含量达 92.08%,强度也较高,而在较长水力循环时间中形成的颗粒粒径在 0.5～1.0mm 之间、VSS 含量在 83.92%,污泥强度下降.     

高浓度Vc生产废水培养好氧颗粒污泥的试验研究

采用高浓度难降解的Vc生产废水可以在SBR反应器中培养出好氧颗粒污泥.转化母液反应器中污泥实现完全颗粒化,得到的好氧颗粒污泥粒径为0.2～1 mm,平均沉降速度为31.2 m·h^－１;精制或提取母液反应器中污泥部分颗粒化,得到的颗粒粒径为0.5～2.5 mm,平均沉降速度为26.3 m·h^－１.由于形成好氧颗粒污泥,反应器系统表现出良好的运行性能,在进水COD 1 000～1 500　mg·L^－１时去除率达到80%左右.如果反应器进水中补充加入一定浓度的易降解有机物,处理系统的去除效率还可进一步提高并能缩短启动时间.通过观察和比较不同进水反应器中的生物相发现,好氧颗粒污泥中出现的原后生动物种类及生物相丰富程度不仅与反应器运行状态有关,更重要的是取决于反应器中的进水水质.实验中好氧颗粒污泥的形成过程经历了污泥复活、污泥驯化和污泥颗粒化3个阶段.在运行控制过程中通过将沉降时间作为培养好氧颗粒污泥的一个关键控制参数,它既可以去除反应器中沉降性差的污泥还可以在短时间内调节反应器中的运行负荷,从而促进反应器中好氧污泥快速实现颗粒化.     

选择压法培育好氧颗粒污泥的试验

以普通絮状活性污泥为接种污泥,葡萄糖为碳源,在序批式反应器中培育出好氧颗粒污泥增加COD负荷的同时,减少沉降时间以造成选择压,强化好氧颗粒污泥的形成根据污泥的形态变化,颗粒污泥的形成可分为3个阶段.反应器启动67d出现颗粒污泥COD负荷4.8kg/(m³·d)、表面气体流速0.0175m/s时,反应器中活性污泥完全颗粒化颗粒污泥粒径大多6～9mm,MLSS 7800mg/L,最小沉降速率32.7m/h.好氧颗粒污泥具有在高负荷下良好的COD去除率.对好氧颗粒污泥的基本性质及其形成的影响因素进行了初步分析.     

好氧颗粒污泥的研究进展

污泥颗粒化(granulation)是指废水生物处理系统中的微生物在适当的环境条件下,相互聚集形成一种密度较大、体积较大、体质条件较好的微生物聚集体.按照微生物代谢过程中电子受体的不同,颗粒污泥可分为好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥两类.目前对污泥颗粒化的研究主要集中在两个方面:一方面是从宏观层面探讨颗粒化的形成模式,优化运行参数以达到更好的颗粒化效果;另一方面是从微观层面去研究颗粒化的机理、微生物菌群及其他化学成分在颗粒化过程中所起的作用.本文综述了好氧颗粒污泥近年来的研究进展.主要包括:好氧颗粒污泥的性质(形态及粒径、沉降性能、密度与强度、生物活性、细胞表面疏水性、胞外多聚物等)及结构,颗粒污泥的培养条件、形成机理及影响因素(有机负荷、基质成分、剪切力、沉淀时间、运行周期、进水模式、微生物饥饿期、反应器结构、溶解氧、温度等),以及颗粒污泥的应用(工业废水处理、城市污水处理、有毒污染物降解、脱氮除磷、重金属及放射性核素的去除等).此外,还介绍了全自养颗粒污泥,如硝化颗粒污泥方面的研究.分析表明,随着对好氧颗粒污泥研究的不断深入,将好氧颗粒污泥应用于实际废水处理得到越来越多的关注.好氧颗粒污泥的形成机理、颗粒污泥的微生物特性、颗粒污泥的长期运行稳定性及其工业化应用是今后需要重点关注的研究方向.     

厌氧出水培养好氧颗粒污泥及其微生物多样性分析

以处理黄连素废水的厌氧折流板反应器(ABR)出水为进水基质,在序批式反应器(SBR)中培养好氧颗粒污泥,反应器运行80 d后形成粒径在2~10 mm间的成熟稳定的颗粒污泥。采用扫描电镜(SEM)和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对好氧污泥颗粒化进行分析,考察微生物形态、群落演替和多样性,并对优势菌种进行了分析。DGGE图谱表明,好氧污泥颗粒化进程中,微生物种群呈明显演替变化,好氧颗粒污泥菌群多样性较强。克隆测序结果表明,好氧颗粒污泥反应器优势菌群主要为未分类bacteria、CFB group bacteria和Bacteroidetes。     

好氧颗粒污泥处理高含盐废水研究

试验采用序批式摇床反应器(SSBR)在高含盐废水中利用不同类型接种污泥培养出了好氧颗粒.结果表明,好氧颗粒污泥能够有效处理高含盐废水并且具有很好的抗盐度冲击能力.当废水盐度小于10 g/L NaCl并且进水基质为葡萄糖时,利用好氧颗粒污泥处理该废水可以取得70.3%～97.6%的TOC去除率.当进水盐度达到35 g/L NaCl并且进水基质为难降解Vc废水时,利用好氧颗粒污泥处理该含盐废水能够取得与相同基质相同运行条件下淡水废水中相似的70%的TOC去除率.试验在含盐废水中得到了粒径为0.5～3 mm的好氧颗粒污泥,其沉降速度大大高于淡水对照组中得到的好氧颗粒污泥沉降速度.相对淡水对照组中好氧颗粒污泥,含盐废水中好氧颗粒具有污泥产率更低、污泥活性(OUR)更高、颗粒稳定性更好的优势.从不同接种污泥类型来看,好氧絮状污泥和厌氧颗粒污泥接种都能快速实现污泥好氧颗粒化,但絮状污泥接种实现好氧颗粒化所需的时间更短.另外,在相同运行条件下,接种好氧絮状污泥反应器取得的TOC去除效果优于接种厌氧颗粒污泥反应器,但厌氧颗粒污泥接种具有更强的抗盐度冲击能力.     

序批式气提生物反应器(SABR)处理氯苯胺类有机废水好氧污泥颗粒化研究

研究了序批式气提生物反应器(SABR)处理氯苯胺类(CAs)有机废水过程中好氧污泥的颗粒化.SABR运行15d后,反应器内出现细小污泥颗粒,通过缩短循环时间与污泥沉降时间,并逐步提高COD与CAs进水负荷,SABR运行48d后污泥颗粒化明显;反应器在循环时间为12h、污泥沉降时间为6min、表面气速为2.4cm.s-1、COD负荷为1.0~3.6kg.m-3.d-1、CAs负荷逐步提升至800g.m-3.d-1的条件下继续运行50d,SABR污泥颗粒化趋于成熟,COD、CAs去除率稳定在90%、99.9%以上.根据污泥形态、最小沉降速率、SVI和目标污染物降解性能的变化,好氧污泥颗粒化过程可分为启动期、颗粒污泥形成期、生长期和成熟期.成熟好氧颗粒污泥粒径为0.9~2.5mm,平均颗粒密度为64g.L-1(以MLVSS计),污泥最小沉降速率为68.4m.h-1,SOUR为167mg.g-1.h-1;颗粒污泥外形为圆形或椭圆形,呈橙黄色,结构较致密,颗粒内外分布有丰富的类球菌、类短杆菌,与胞外多聚物交织共存.     

温度对好氧颗粒污泥脱氮性能及颗粒稳定性的影响

以乙酸钠与葡萄糖混合基质为碳源,采用间歇式气升内循环反应器(SBAR),以颗粒解体后含有大量丝状菌的污泥为接种污泥,考察了颗粒污泥反应器的启动及温度对好氧颗粒污泥脱氮性能与颗粒稳定性的影响.结果表明,在温度为20℃时,成功实现了颗粒污泥反应器的启动,形成的颗粒结构致密,表面光滑;污泥容积指数(SVI)为70mL/g,平均粒径为3.2mm,平均湿密度为1.029g/mL.当温度直接升高到26℃时,出水NH4+-N由10.6mg/L降为0.2mg/L,同时出现了出水亚硝酸盐的积累,积累率达到93.9%.但是,在温度升高后的47d中,由于胞外多聚物(EPS)中蛋白质与多糖比值的降低,导致颗粒表面的电负性的增加,最终使得颗粒逐渐解体.     

Influence of different substrates on the formation and characteristics of aerobic granules in sequencing batch reactors

The effects of different substrates on the aerobic granulation process were studied using laboratory-scale sequencing batch reactors （SBRs）. Four parallel granules sequencing batch reactors （GSBR）： R1, R2, R3, and R4 were fed with acetate, glucose, peptone and fecula, respectively. Stable aerobic granules were successfully cultivated in R1, R2, R4, and smaller granules less than 500 μm were formed in R3. Morphology and the physic-chemical characteristics of aerobic granules fed with different carbon substrates were investigated by the four reactors operated under the same pressure. The aerobic granules in the four reactors were observed and found that peptone was the most stable one due to its good settleability even after a sludge age as short as 10 d. A strong correlation was testified between the characteristics of aerobic granules and the properties of carbon substrates. The stability of aerobic granules was affected by extracellular polymer substances （EPS） derived from microorganism growth during feast time fed with different carbon substrates, and the influence of the property of storage substance was greater than that of its quantity. Optimal carbon substrates, which are helpful in the cultivation and retention of well-settling granules and in the enhancement of the overall ability of the aerobic granules reactors, were found.     

碳源对解体后好氧颗粒活性恢复的影响

在序批式反应器(SBR)中,分别以葡萄糖,葡萄糖-乙酸钠混合碳源,乙酸钠为碳源,对解体后的好氧颗粒污泥进行为期30天的活性恢复.研究结果表明:活性恢复过程中,好氧颗粒对COD和NH3-N的去除几乎不受碳源的影响,10d后好氧颗粒污泥对COD和NH3-N的去除活性完全恢复.碳源会较大地影响好氧颗粒污泥的物理特征及对TN,TP的去除,采用乙酸钠进行活性恢复后的好氧颗粒脱氮除磷效果最好,20d后对TN和TP的去除率可从解体时的45%和42%恢复到74%和81%;而采用混合碳源进行活性恢复后的好氧颗粒的COD比降解速率最大,达到10.74kgCOD/(kgMLSS×d),恢复至颗粒解体前的112%;以乙酸钠为碳源可使好氧颗粒硝化,反硝化能力得到较好的恢复,NH3-N和TN的比降解速率分别达到0.335kgNH3-N/(kgMLSS×d)和0.272kgTN/(kgMLSS×d),分别恢复至颗粒解体前的97%和101%.     

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.     

好氧颗粒污泥处理制糖工业废水厌氧出水的除磷特性研究

制糖工业废水经厌氧生物处理后,COD大幅下降,但是出水中N、P含量仍然较高,严重破坏水体生态平衡.利用好氧颗粒污泥对制糖工业废水的厌氧出水进行脱氮除磷处理,讨论了其除磷过程.经复合底物(乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐)培养的好氧颗粒污泥直径1.7 mm,SVI为38.43 mL.g-1,TP去除率达90.9%,出水磷含量仅为1.3 mg.L-1,单位COD释磷率为0.571,厌氧条件下磷的释放速率达到5.73 mg.(g.h)-1,好氧颗粒污泥表现出较好的沉淀性能和较高的除磷活性.由于底物中丙酸盐、丁酸盐含量增加,使得聚磷菌在反硝化过程中NO3--N的利用率增加,即消耗单位质量的NO3--N可以吸收更多的磷.好氧颗粒污泥及其胞外聚合物中P元素的含量与其中Mg、Ca、Fe元素的含量表现出很高的相关性,胞外聚合物对P的吸附使得体系除磷能力进一步增强.通过对污泥反硝化除磷的研究发现,反硝化聚磷菌占总聚磷菌的61.9%,其吸磷量与消耗硝酸盐的比值[m(P)/m(NO3--N)]为1.14.     

1株好氧反硝化菌的分离鉴定和反硝化特性研究

从沈阳北部污水处理厂曝气池的回流污泥中驯化分离得到16株有好氧反硝化能力的菌株,并最终筛选得到1株好氧反硝化能力较强的菌株N6。菌株N6的革兰氏染色为阴性、无芽孢;经16Sr DNA序列分析,鉴定其为假单胞菌(Pseudomonas sp).。反硝化特性实验表明:菌株反硝化的最佳温度是30℃、最适pH值为7、最佳C/N比为15∶1;碳源的种类对菌株的反硝化效果影响很大,菌株N6对丁二酸钠和乙酸钠等小分子碳源的利用相对高于对葡萄糖、蔗糖等大分子碳源的利用,菌株反硝化的最适碳源是丁二酸钠。在最佳降解条件下,菌株24 h对硝酸盐的降解率达98%,并且没有亚硝酸盐的积累。     

外加碳源的活性污泥合成生物降解塑料PHAs的试验

聚羟基脂肪酸酯(PHAs)是许多污泥微生物在不平衡生长条件下合成的细胞内能量和碳源储藏性物质,是一种新型的可完全生物降解的热塑性塑料.以污泥微生物作为PHAs的合成菌,采用乙酸钠、丙酸钠及丁酸钠作为单一碳源在好氧条件下合成得到占污泥干重5.58%、3.90%及4.98%的PHAs和在厌氧条件下合成得到占污泥干重12.32%、9.55%及11.35%的PHAs.实验表明,污泥微生物里广泛存在PHAs合成菌,厌氧条件比好氧条件的PHAs产率要高;最佳的实验条件下得到PHAs的量占污泥干重的12.32%,此时碳源转化率为30.65 %.此外,1HNMR谱图证明了同一污泥微生物用不同的碳源培养PHAs时其产物结构与组成均有变化.     

生物滴滤池反硝化脱氮试验研究

采用一套内部填充多孔蜂窝陶瓷填料的生物滴滤池,研究了在不同温度下3种不同类型的碳源(甲醇、醋酸钠和葡萄糖)以及不同的C N对于系统反硝化效果的影响。结果表明,不同碳源对于系统的反硝化能力有很大的影响,采用甲醇和葡萄糖不会引起亚硝酸盐的积累,而醋酸钠会引起明显的亚硝酸盐积累,在硝酸盐基本消耗完的时候达到最大的积累值(初始硝酸盐总量的2 0 % )。不同碳源的最佳操作温度有所不同,3种碳源在4 0℃下都具有较好的反硝化效果。     

碳源对反硝化过程NO2-积累及出水pH值的影响

采用序批式反应器(SBR),考察了以甲醇、乙醇、乙酸钠为碳源的电子供体对反硝化过程中亚硝酸盐积累及出水pH值的影响.结果表明,碳源充足时,亚硝酸盐积累量与碳源类型及污泥负荷有关.进水NO3--N为20mg/L,即低负荷条件下,各碳源系统仅有少量亚硝酸盐积累,比反硝化速率及出水pH值对应碳源依次为乙酸钠>乙醇>甲醇;高负荷条件下,除甲醇系统因反硝化不完全仅有微量亚硝酸盐积累外,乙醇和乙酸钠系统均有大量亚硝酸盐积累,且积累量与出水pH值明显高于低负荷.对以乙酸钠为碳源的研究还发现,不同电子受体投配比的反硝化均出现不同程度的亚硝酸盐积累且反应速率随着NO3--N比例提高而降低,说明亚硝酸盐的还原受到硝酸盐的抑制.pH值监测显示,除了与碳源类型及污泥负荷有关,反硝化过程pH值增量还随COD/N比升高.因此,反硝化过程宜采用乙酸钠与其他碳源混合且适量投加以消除单一碳源造成出水pH值过高或反应速率慢的不利影响.