低基质颗粒污泥反应器中亚硝化的实现过程及其污泥变化特征

在CSTR反应器中接种硝化颗粒污泥处理低氨氮浓度废水,研究其亚硝化的实现过程,并基于对颗粒污泥理化性质、功能菌群的空间分布规律及活性的分析,系统阐述了影响亚硝化稳定的关键因素.结果表明,通过协同调控进水氨氮负荷（NLR）和溶解氧（DO）水平等参数,亚硝化成功实现并可维持稳定,亚硝积累率达80%以上.所得亚硝化颗粒污泥为棕黄色,呈现出光滑、饱满的椭球形或球形,颗粒表面微生物以球菌为主;颗粒平均粒径1.3 mm,平均沉降速率为71.3 m·h^-1.批次试验显示,颗粒污泥（粒径>0.8 mm）中存在明显的成层分布结构,氨氧化细菌（AOB）主要占据颗粒表层空间,而亚硝酸盐氧化细菌（NOB）主要分布在颗粒内部;絮体或小粒径污泥（粒径<0.8 mm）与颗粒污泥（粒径>0.8 mm）呈现出不同的微生物空间分布特征.在颗粒污泥反应器中,良好的硝化菌群分层结构、较高的出水氨氮浓度（15~33 mg·L^-1）或较低的DO/NH₄⁺-N （0.08~0.15）是亚硝化实现过程中的关键影响因素.     

低C/N高氨氮消化污泥脱水液部分亚硝化研究

采用缺氧滤床+好氧悬浮填料生物膜工艺,在常温(15～29℃)高溶解氧(6～9 mg/L)条件下,于好氧反应器中实现和维持了脱水液部分亚硝化.试验结果表明:通过综合调控进水氨氮负荷(ALR)、进水碱度/氨氮、水力停留时间,可以调节出水NO₂^--N/NH₄⁺-N比率.当进水氨氮平均为315.80mg/L、平均进水ALR 为0.43kg/(m³·d)、进水碱度/氨氮为5.25时,出水NO₂^-N/NH₄⁺-N 为1.25左右,为后续ANAMMOX 工艺创造了进水基质条件。同时将好氧区游离氨（FA）控制在1.0～10.3mg/L,实现了亚硝酸盐氮累积率70%～80%的部分亚硝化。综合分析表明：通过动态调控维持反应器内适宜的FA浓度是实现部分亚硝化的主要影响因素。本研究开发了一种适合消化污泥脱水液水质特点的新型部分亚硝化技术。     

高氨氮废水半短程硝化控制及曝气经济性运行优化

本研究进水模拟了污泥消化液、晚期垃圾渗滤液等高氨氮低碱度低碳氮比的废水,在碱度缺乏（不足以实现完全短程硝化）条件下获得了稳定的半短程硝化,并通过曝气量和污泥浓度（MLSS）双因素调控,实现了半短程硝化的高效经济运行.研究表明,进水碱度缺乏条件下短程硝化体系出水亚硝氮/氨氮浓度比值y与进水HCO₃^-∶NH₄⁺物质的量的比x之间存在化学计量关系 y=x/（2-x）,当进水HCO₃^-∶NH₄⁺物质的量的比为1,即进水碱度/氨氮浓度（mg·L^-1）比值为3.6时可实现半短程硝化,并通过游离氨（FA）和游离亚硝酸（FNA）联合抑制能够实现稳态运行,亚硝酸盐积累率平均可达95%以上.实验探究了MLSS和曝气量对短程硝化反应器曝气经济性和氨氧化率的影响,通过平衡两因素作用,在保证处理效果的同时最大程度提升了反应系统的曝气经济性：当曝气量为36 L·h^-1和MLSS为2243 mg·L^-1时,反应器的曝气经济性较好,可节省约40%曝气量,且能维持较高的容积氨氮负荷（0.93 kg·m^-3·d^-1）.     

不同温度下应用比值控制实现连续流好氧颗粒污泥短程硝化

在连续流反应器中接种成熟好氧颗粒污泥（AGS）处理低氨氮污水,通过控制溶解氧（DO）和出水氨氮（NH₄⁺-N）的浓度,研究了控制DO/NH₄⁺-N（R值）实现连续流好氧颗粒污泥系统短程硝化的可行性和不同温度（30、20、10℃）条件下实现短程硝化系统对R值的需求.结果表明,通过比值控制,连续流好氧颗粒污泥系统可以快速实现短程硝化;在30、20、10℃条件下,系统实现短程硝化所需要的R值分别为0.50（±0.05）、0.35（±0.03）和0.20（±0.02）.因此可知,温度越低,系统实现短程硝化所需要的氧抑制越强.采用荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization,FISH）实验表明,通过比值控制,氨氧化菌（AOB）得到一定的富集,而亚硝酸盐氧化菌（NOB）的相对数量逐渐减少.基于比值控制和污水水质的特点,选择短程硝化的方式有所不同,低氨氮废水选择半量亚硝化,而高氨氮污水则选择全量亚硝化.     

同步脱氮好氧颗粒污泥的特性及其反应过程

厌氧颗粒污泥经过驯化后,成为具有同步硝化与反硝化(SND)功能的好氧颗粒污泥.实验在2L反应器中进行,温度,pH值,溶解氧分别控制在25℃,pH7～8,3～4mg/L.在实验条件下,SND好氧颗粒污泥COD去除率90%,氨氮去除率100%,出水检测不出NO₂^--N和NO₃^--N.反应器中SND颗粒污泥粒径在2.0～2.7mm的占全部颗粒污泥的50%,SVI为15～30mL/gTSS;污泥所能承受的最大压力为23.236N;SND好氧颗粒污泥中挥发性固体为9.92mg/mL,占总固体的2/3.采用SND好氧颗粒污泥进行脱氮研究,反应6h后氨氮去除率达100%,废水中检测不到NO₂^--N,仅残留2mg/L的NO₃^--N.     

不同低碳氮比废水中好氧颗粒污泥的长期运行稳定性

为了研究好氧颗粒污泥系统处理低碳氮比废水的长期运行稳定性,采用低碳氮比（C/N）条件下逐步增加碳氮负荷的进水方法,分别在反应器A和B中接种好氧颗粒污泥,考察其长期运行过程中的理化性质、处理性能及应对冲击负荷的稳定性.其中A反应器的碳氮比一直维持在2,而B则由4逐步降至2.结果表明,在4℃存储30d的好氧颗粒污泥,经过25d的培养,其活性基本恢复,A、B反应器化学需氧量（COD）和氨氮（NH₄⁺-N）的去除效率均达到90%以上.在其后的稳定阶段,B反应器COD和NH₄⁺-N去除率达到90%以上,实现了完全硝化;而A反应器COD去除率仅80%左右,虽然NH₄⁺-N去除率最终也达到90%以上,但仅实现短程硝化.在冲击负荷阶段,A和B反应器COD去除率仍维持在80%以上,但是NH₄⁺-N去除受到很大冲击.A反应器NH₄⁺-N去除效率恶化,B反应器仅实现了部分硝化.整个运行过程,好氧颗粒污泥的物理性质受到的影响不大,A和B反应器的污泥容积指数（SVI₃₀）分别维持在60 mL ·g^-1和75 mL ·g^-1左右,混合液悬浮固体（MLSS）在5g ·L^-1和3.7g ·L^-1左右.颗粒污泥微生物群落分析表明,B反应器相对于A反应器丰富度和多样性更高.同时B反应器具有更高丰度的Zoogloea属,在颗粒中能产生更多的胞外蛋白促使颗粒结构更稳定,保证系统的长期稳定运行.以上结果表明,与C/N为2的好氧颗粒污泥系统相比,C/N为4的系统脱碳硝化效果好,抗冲击负荷能力强,更有利于颗粒污泥的长期稳定运行.     

生活污水预沉淀-SNAD颗粒污泥工艺小试

采用人工配水,在SBR反应器中启动同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化（SNAD）颗粒污泥工艺,随后逐渐降低进水氨氮浓度,低氨氮稳定运行一段时间后通入预沉淀后生活污水,考察SNAD颗粒污泥工艺处理生活污水的脱氮性能及稳定性.结果表明,SNAD工艺启动成功后,氨氮去除率大于98%,总氮去除率在89%左右,随着进水氨氮浓度逐渐降低,亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性升高,总氮去除率逐渐下降至75%左右.通入预沉淀生活污水（NH₄⁺-N 52~63 mg·L^-1,COD 99~123 mg·L^-1）后,平均总氮去除率为73.2%,出水COD浓度在35 mg·L^-1以下,最大出水氨氮和总氮浓度为0.7 mg·L^-1和12.8 mg·L^-1,连续30d以上出水氨氮和总氮浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准,实现了生活污水碳氮同步高效去除的目的.     

好氧颗粒污泥处理市政污水性能与微生物特性研究

以成熟好氧颗粒污泥（AGS）为接种污泥,在序批式反应器（SBR）中考察其对低浓度市政污水的处理效能、污泥特性及微生物多样性的变化.结果表明,在低有机负荷（进水COD为179~212 mg·L^-1）、高溶解氧（DO>5 mg·L^-1）条件下,系统出水COD低于50 mg·L^-1,NH₄⁺-N浓度稳定在0.7~0.8 mg·L^-1,但脱氮除磷效能有待优化.体系中0.2~0.6 mm的污泥颗粒最为稳定,运行期间污泥SVI₃₀值始终保持在32~40 mL·g^-1,呈现出良好的沉降性能.系统中少量絮状污泥的存在对AGS的稳定性是有利的,本试验条件下,<0.2 mm污泥体积占比约为30%时AGS体系稳定运行.胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）含量增加与AGS的稳定性呈正相关,可见PN对AGS稳定运行起着重要作用.微生物高通量测序结果表明,Proteobacteria和Bacteroidetes为主要菌门;运行过程中有利于硝化作用的Gammaproteobacteria逐渐成为优势菌纲;系统中存在促进EPS分泌和有机污染物去除的黄杆菌属（Flavobacterium）和陶厄氏菌属（Thauera）,这有利于AGS的稳定运行,同时也存在硝化螺旋菌属（Nitrospira）、陶厄氏菌属（Thauera）、副球菌属（Paracoccus）、梭菌属（Fusibacter）、变形菌属（Proteocatella）等脱氮除磷功能菌属,但需优化运行参数强化同步脱氮除磷效能.本研究结果对AGS系统处理实际市政污水的稳定运行具有重要的指导意义.     

好氧亚硝化颗粒污泥特性的研究

对在小试曝气上流式污泥床反应器中成功培养出的好氧亚硝化颗粒污泥的特性进行了研究.工艺稳定运行时,亚硝化颗粒污泥的VSS/SS稳定在80%左右,粒径大于1.0 mm的颗粒污泥约占总数的70%,粒径大于0.8 mm的颗粒污泥的湿密度约为1?022 kg/m³.荧光原位杂交结果表明,亚硝化细菌主要分布在颗粒污泥的表层,而硝化细菌则分布在表层之下;最大可能数结果显示,亚硝化工艺稳定运行时亚硝化细菌的数量远多于硝化细菌,甚至可高于硝化细菌4个数量级以上.上述结果表明,硝化细菌（AOB和NOB）以接种的产甲烷颗粒污泥或其碎片为载体,通过在其表层附着生长,最终形成好氧亚硝化颗粒污泥.     

好氧颗粒污泥膜生物反应器的运行特性

以人工合成模拟废水对好氧颗粒污泥膜生物反应器(MBR)的运行特性和膜污染进行了研究.结果表明:在HRT为6h,溶氧浓度为4～6mg.L^-1,COD的容积负荷为7.24kg·(m³·d)^-1的条件下,COD的去除率可达96%以上.当NH₃-N的容积负荷为0.17kg·(m³·d)^-1时,NH₃-N的去除率可达60%.COD/N比的变化,对好氧颗粒污泥MBR的COD及NH₃-N去除率基本没有影响.稳定运行过程时,MBR中好氧颗粒污泥浓度(MLSS)基本维持在14～16mg·L^-1.较高的污泥浓度和颗粒污泥内部缺氧和厌氧环境的存在,使MBR中硝化和反硝化过程能同时存在.同时,比较了2种不同形态的活性污泥(颗粒污泥和絮状污泥)在MBR运行过程中膜通量的变化趋势,结果表明,颗粒污泥MBR膜通量的下降速度明显比絮状污泥MBR的下降速度慢很多,且通过空气反冲或用水清洗即可使通量基本恢复.     

A2O工艺处理生活污水短程硝化反硝化的研究

在常温条件下,采用A2O工艺处理低C/N比实际生活污水,通过控制好氧区DO为0.3~0.5mg/L以及增大系统内回流比以降低好氧实际水力停留时间(AHRT),成功启动并维持了短程硝化反硝化;系统亚硝态氮积累率稳定维持在90%左右.在C/N比仅为2.34的情况下,短程硝化系统对总氮(TN)的去除率高达75.4%.通过对不同碳源类型、不同硝化类型以及不同DO水平下A2O系统脱氮效率的比较研究发现,低氧短程硝化反硝化阶段与外加碳源的全程硝化反硝化阶段的TN去除率相当.同时研究表明,低DO运行并不会导致A2O工艺发生污泥膨胀.当接种污泥为膨胀污泥时,控制DO在0.3~0.5mg/L反而有助于改善污泥沉降性能和出水水质.     

Nitrogen removal via nitrite from municipal landfill leachate

A system consisting of a two-stage up-flow anaerobic sludge blanket (UASB), an anoxic/aerobic (A/O) reactor and a sequencing batch reactor (SBR), was used to treat landfill leachate. During operation, denitrification and methanogenesis took place simultaneously in the first stage UASB, and the e uent chemical oxygen demand (COD) was further removed in the second stage UASB. Then the denitrification of nitrite and nitrate in the returned sludge by using the residual COD was accomplished in the A/O reactor, and ammonia was removed via nitrite in it. Last but not least, the residual ammonia was removed in SBR as well as nitrite and nitrate which were produced by nitrification. The results over 120 d (60 d for phase I and 60 d for phase II) were as follows: when the total nitrogen (TN) concentration of influent leachate was about 2500 mg/L and the ammonia nitrogen concentration was about 2000 mg/L, the shortcut nitrification with 85%–90% nitrite accumulation was achieved stably in the A/O reactor. The TN and ammonia nitrogen removal e ciencies of the system were 98% and 97%, respectively. The residual ammonia, nitrite and nitrate produced during nitrification in the A/O reactor could be washed out almost completely in SBR. The TN and ammonia nitrogen concentrations of final e uent were about 39 mg/L and 12 mg/L, respectively.     

亚硝化颗粒污泥对温度变化的响应特性研究

采用序批式反应器(SBR),以实验室已经培养好的具有良好亚硝化积累的颗粒污泥(短程硝化积累率90%以上)为接种污泥,考察了温度变化对亚硝化颗粒污泥特性、稳定性、氮转换性能及活性的影响.结果表明,温度对亚硝化颗粒污泥的结构和短程硝化性能都有着重要的影响.在30℃时,亚硝化颗粒污泥具有良好的絮凝和沉降性,污泥结构紧密,亚硝化积累率维持在96.17%,污泥容积指数(SVI)为39 mL.g-1,平均粒径为3.03 mm.当温度降至25℃时,由于胞外多聚物(EPS)浓度升高,蛋白质与多糖比值的下降,导致亚硝化颗粒污泥的电负性升高,同时污泥表面的疏水性减弱,结构变得松散,亚硝化颗粒污泥发生了解体,亚硝化积累率在35%以下,短程硝化被破坏.在15℃时,虽然亚硝化颗粒污泥也发生了解体,并且解体现象加剧,但是由于颗粒污泥表面氧气传质深度的增大,使得反应器中氨氧化菌(AOB)的数量相对增大,出水亚硝化积累率最终稳定在68%左右.     

游离氨对城市生活垃圾渗滤液短程硝化的影响

为了考察游离氨(free ammonia,FA)对高氮城市生活垃圾渗滤液短程硝化的影响,采用“两级UASB-缺氧-好氧系统”处理实际城市生活垃圾渗滤液.首先在UASB1中实现同时反硝化与产甲烷反应,COD在UASB2中进一步去除,在A/O反应器中利用残余COD进行反硝化以及将NH⁺₄-N彻底硝化.试验共进行79 d,经历3个阶段,即稳定短程硝化(40 d)、短程硝化破坏(19 d)、短程硝化恢复(20 d).结果表明,适当的游离氨浓度（40～70 mg·L^-1）可实现稳定的短程硝化,如在阶段1中亚硝态氮积累率为97%,氨氮的去除率为99%.但游离氨浓度在160 mg·L^-1左右会抑制全部的硝化反应.在阶段3中,通过稀释原水降低了游离氨浓度,在短时间内就恢复了短程硝化.可见,游离氨是实现和维持城市生活垃圾渗滤液短程硝化的重要影响因素.     

处理实际生活污水短程硝化好氧颗粒污泥的快速培养

以普通序批反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)和气提式序批反应器(Sequencing Batch Airlift Reactor,SBAR)处理低COD/TN的实际生活污水,考察了不同沉淀时间以及反应器类型对快速培养短程硝化好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)的影响.试验结果表明,沉淀时间为15min时,SBR和SBAR系统中均为全程硝化,当将沉淀时间分别改为5min、8min后的第17d和第16d时,两个反应器中均形成AGS,并且AGS与絮状污泥共存;此时两系统均由全程硝化转化为短程硝化,出水NO2-/(NO2- NO3-)平均值分别长期维持在98.7%和85.6%左右.本试验中以沉淀时间作为选择压,快速启动了具有短程硝化功能的序批式AGS反应器.由于AGS固有结构对氧传质的限制,使亚硝酸氮氧化受阻即抑制了亚硝酸氮氧化细菌的活性,从而产生了亚硝酸氮积累现象.DO是造成本研究中出现短程硝化的主要原因,而pH值、游离氨、温度、污泥龄等因素都不是导致短程硝化的关键因素.污泥颗粒化后,两个系统中NH4 -N降解速率分别提高了2.6倍和2.4倍.     

低溶解氧下SBR内短程硝化影响因素试验研究

为了明确低溶解氧下短程硝化的其它控制因素,文章采用序批式反应器(SBR)系统研究了低溶解氧下实现短程硝化影响因素的控制范围。试验结果表明:SBR内较高的游离氨浓度(0.50～20.73 mg/L)对亚硝酸的积累起到一定促进作用;实现低溶解氧下短程硝化的温度和泥龄范围较大,在温度为21～30℃、泥龄为15～40 d的范围内都可以实现稳定的短程硝化,实验过程中亚硝酸积累率一直维持在80%以上;有机物的存在对氨氧化速率影响不大,但高有机物浓度(COD为900 mg/L)下,SBR内发生了高粘性膨胀。     

常温下短程硝化实现及稳定性试验研究

以自配模拟氨氮废水为研究对象,在全程硝化污泥的基础上通过控制低曝气量和提高反应器进水pH值,在较低的DO质量浓度和较高pH值条件下完成了短程硝化污泥的驯化,系统中的NO2--N积累率稳定在95%以上;逐渐提高硝化阶段的曝气量、降低进水溶液的pH值,短程硝化过程没有被破坏;稳定的短程硝化系统改为定时控制,过度曝气6 d后,NO2--N的积累率仅剩43.7%,硝化类型由短程硝化转变为全程硝化。     

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.     

好氧颗粒污泥膜生物反应器脱氮特性

好氧颗粒污泥膜生物反应器（GMBR）连续运行71 d,对模拟生活污水表现出良好的有机物去除及同步硝化反硝化(SND)能力.进水TOC浓度为56.8～132.6mg/L时,膜出水TOC去除率为84.7%～91.9%;进水氨氮浓度为28.1～38.4mg/L时,稳定运行阶段氨氮去除率为85.4%～99.7%,总氮去除率为41.7%～78.4%.结合反应器中污泥生长形态,对不同粒径污泥的同步硝化反硝化研究表明,好氧条件下絮状污泥几乎没有反硝化能力,SND能力来源于颗粒污泥,并且随着污泥粒径的增大,反硝化速率以及总氮去除效率提高.通过扫描电镜对颗粒污泥外观以及沿传质方向剖面内部特征的观察分析,对颗粒污泥同步硝化反硝化的作用过程进行了探讨.