胞外聚合物磷酸盐形态对生物除磷过程的影响研究

以不同DO条件下污泥龄(SRT)分别为10 d和30 d的两组实验室A/O-SBR反应器活性污泥为研究对象,探讨了胞外聚合物(EPS)磷酸盐形态对生物除磷过程的影响.结果表明,污泥絮体中的磷主要分布于EPS中,PO3-4-P和聚磷酸盐(Poly-P,包括低分子量聚磷酸盐LMW PolyP和高分子量聚磷酸盐HMW Poly-P)是EPS磷的主要形态;EPS对生物除磷的影响明显大于细菌细胞,EPS磷的厌氧降低量和好氧升高量为胞内磷变化量的2.8~6.4倍.EPS中的LMW Poly-P和HMW Poly-P含量均表现厌氧降低和好氧升高的变化规律;对于相同SRT的污泥,中DO(2.5~3.5 mg·L-1)条件较低DO(0.7~1.0 mg·L-1)条件下EPS的LMW Poly-P和HMW Poly-P有更大的厌氧降低量和好氧升高量,对应着更明显的生物除磷过程,说明EPS不仅是生物除磷过程的中转站,而且参与了生物聚磷过程.     

不同曝气强度下SBMBBR和SBR脱氮除磷性能对比研究

对比考察了不同曝气强度下序批式活性污泥反应器(SBR)和序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)的脱氮除磷效果,并分析了反应器单个周期内有机物、氮和磷的转化过程.实验结果表明,SBMBBR和SBR脱氮主要是基于好氧段发生的同步硝化反硝化(SND)及进水、搅拌阶段发生的缺氧反硝化途径实现的,而除磷是基于常规生物除磷和反硝化除磷过程而完成.曝气强度会影响SBR和SBMBBR好氧阶段SND发生的程度,最佳曝气强度下两者通过SND作用去除的TN量分别达到去除总量的47.7%和79.0%.在采用先行厌氧的运行方式,保持系统内高浓度微生物,使反应器在进水C/N比只有2.2～3.5的条件下均取得了良好的脱氮除磷效果.两者相比,SBMBBR和SBR在COD和NH4-N去+除方面没有差异,而SBMBBR的反硝化、除磷效果更优,TN、TP去除率分别达到95.4%和93.5%,较SBR分别高出10.9%和4.1%.     

模拟光伏曝气SBR除磷性能及其聚磷菌群落结构

基于村落生活污水排水、日光昼夜变化和SBR(序批式反应器)运行方式的特点及强化生物除磷所需的交替厌氧/好氧环境,采用模拟光伏曝气SBR处理生活污水,考察反应器的除磷效果及机理,并采用PCR(聚合酶链式反应)和TA克隆考察反应器内PAO(聚磷菌)的群落结构. 结果表明,反应器在12 d内成功启动,TP去除率从35.4%逐渐升至98.8%,此后TP去除率一直稳定在97%以上,出水ρ(TP)小于0.1 mg/L. 在反应段末期,反应器污泥中w(TP)达60 mg/g以上,其中w(complex-P)(complex-P为胞内聚合磷)达到55.0 mg/g,而w(EPS-P)(EPS-P为胞外聚合物结合磷)所占比例<10%,表明EPS吸附对除磷的贡献很小,除磷主要通过PAO的释磷/吸磷过程实现. 所有PAO均属于“Candidatus Accumulibacter”世系,Ⅱ型Candidatus Accumulibacter(包括Clade ⅡA-Clade ⅡD)是反应器内主要的PAO,其在3个克隆文库(d30、d60、d90)中所占比例分别为80.0%、80.0%和76.7%.      

碳源胁迫下脱氮除磷颗粒污泥性能变化及其机制

在SBR反应器中,逐步提高颗粒污泥反应器进水葡萄糖比例(醋酸钠/葡萄糖比分别为1∶0、3∶1、1∶1、1∶3和0∶1,以COD计)研究碳源胁迫下,5个阶段污泥的物理性能、生化反应性能、胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)、磷组分以及反应器脱氮除磷等变化.反应器运行705 d结果表明,阶段Ⅳ污泥结构松散,平均粒径仅为0.5 mm,污泥释/吸磷速率、反硝化速率及总磷(total phosphorus,TP)含量最低,系统脱氮除磷效果最差;阶段Ⅰ和Ⅱ,污泥释/吸磷速率和反硝化速率较快,TP在72.36 mg·g~(-1)以上,EPS高达350 mg·g~(-1)左右,系统氮和磷去除率在94%以上;阶段V中,生化速率略慢于阶段Ⅰ和Ⅱ,污泥TP 69.60 mg·g~(-1),糖原高达224.18 mg·g~(-1),EPS约为200 mg·g~(-1),系统表现出良好的脱氮除磷性能.各阶段污泥中,与Ca结合态磷(Ca-P)是污泥中磷的主要构成,无机磷(inorganic phosphorus,IP)对颗粒污泥除磷有重要影响.     

强化生物除磷体系中的反硝化除磷

 采用SBR反应器,研究了以硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷过程.结果表明,反硝化聚磷菌存在于传统的强化生物除磷体系中.厌氧段磷的释放和COD的消耗成线性关系.通过厌氧/好氧交替运行方式,反硝化聚磷菌在聚磷菌中的比例从13.3%上升到69.4%.稳定运行的厌氧/缺氧SBR反应器具有良好的强化生物除磷和反硝化脱氮性能,缺氧结束时体系中磷浓度小于1mg/L,除磷效率大于89%.     

两种挥发性有机酸的浓度比值对生物除磷的影响

在序批式反应器(SBR)中,研究了废水中2种挥发性脂肪酸(VFAs)丙酸/乙酸的浓度比值对生物除磷(EBPR)的影响.结果表明,突然增加丙酸/乙酸浓度比值,导致短时间内系统生物除磷的效果变差;但经过一段时间的驯化后,除磷效果明显变好,溶解正磷酸盐(SOP)的去除效率比改变丙酸/乙酸的浓度比值前提高10%左右.进一步研究表明,除磷效率得到显著提高的原因主要是SBR2系统较低的二次磷释放量.     

聚磷菌富集实验及其内源特征探究

通过磷酸盐释放速率(PRR)测定、荧光原位杂交技术(FISH)及LIVE/DEAD细胞染色技术,分别研究了生物营养物去除(BNR)系统与富集聚磷菌(PAOs)序批式反应器(SBR)系统中PAOs在好氧环境下的衰减特征.结果表明,当富集聚磷菌SBR系统进料中碳源(三水合乙酸钠和丙酸)是以36d为一个循环周期方式投加时,即三水合乙酸钠24d和丙酸12d,系统中PAOs富集比例可达91%.测定与计算结果表明,生物营养物去除(BNR)系统与富集聚磷菌SBR系统中PAOs衰减速率分别为0.113d-1和0.181d-1,死亡速率分别为0.048d-1和0.036d-1.这说明由细胞死亡引起的PAOs数量衰减在两个系统中分别占细胞总衰减的42%(BNR)和20%(SBR),而由细胞活性降低引起的活性衰减分别占细胞总衰减的58%(BNR)和80%(SBR).由此可见,PAOs数量衰减在其细胞总衰减中只占较小一部分,而绝大部分衰减是由活性衰减所引起.     

污水起始pH值对序批式反应器(SBR)中增强生物除磷过程的影响研究

通过序批式反应器（SBR）的连续运行,研究了污水不同起始pH值对增强生物除磷的影响（SBR1：pH=6.8;SBR2：pH=7.6）.结果表明,在厌氧阶段,SBR2释磷量高于SBR1;在好氧阶段,SBR2降解的聚羟基烷酸（PHA）量低于SBR1,并且糖原合成量/PHA降解量的比例要远远低于SBR1.但是,SBR2反而比SBR1吸收更多的磷.进一步的研究表明,由于SBR2比SBR1合成的糖原少,因此其低PHA降解量并没有导致低吸磷量.推测SBR2中的聚磷菌（PAO）量高于SBR1,从而导致SBR2有着更高的吸磷量以及PHA利用率.在好氧末,SBR2中的可溶解性正磷酸盐（SOP）浓度远远低于SBR1,SBR2的除磷效果达到93.67%,但SBR1仅为65.06%.因此,通过控制污水起始pH值的方法可以达到显著提高增强生物除磷效果的目的,比控制整个污水生物处理过程pH的方法要方便.     

生物-化学强化处理城市污水除磷试验

以PFS(聚合硫酸铁)和PAS(聚合硫酸铝)为混凝剂,分别在化学反应器和SBR(序批式活性污泥反应器)内,研究模拟城市污水的化学除磷和生物-化学强化除磷的效果. 结果表明:在化学反应器内,投加PFS和PAS均可提高TP的去除率,当投加量分别为0.20和1.00 mL/L时,出水ρ(TP)均在0.50 mg/L以下,TP去除率均超过90.0%. 在生物反应器内,投加PFS和PAS均可强化生物除磷效果,与化学除磷相比,PFS投加量需增至0.25 mL/L,TP去除率才可达到90.0%,单独投加PFS的除磷效果好于PFS强化生物除磷效果;而PAS投加量降至0.50 mL/L,出水ρ(TP)即低于0.50 mg/L,TP去除率可达到90.0%以上,PAS强化生物除磷效果好于单独投加PAS的除磷效果. 在生物反应器内投加PAS,TN去除率可提高12.5%;而投加PFS后TN去除率则下降3.3%. 在生物反应器内投加PFS和PAS,能将COD_Cr去除率从82.6%提至90.0%以上. 采用PCR-DGGE技术分析微生物群落特征发现,投加混凝剂的反应器内生物群落数量有所减少,但同时产生一些新生物种群,强化了功能种群的处理效果.      

颗粒污泥SBR处理生活污水同步除磷脱氮的研究

采用厌氧-好氧的SBR运行方式,以人工配水培养的好氧颗粒污泥为接种污泥,处理碳、氮、SS浓度均较高的生活污水,研究了系统中颗粒污泥的稳定性及其去除有机物和同步除磷脱氮的效果.经过1个月的驯化培养,颗粒污泥即可呈现出良好的污染物去除性能并趋于稳定,反应器中颗粒污泥含量始终占污泥总量的68%以上.颗粒污泥系统污泥浓度为5 000～6000mg/L,SVI值为20～35 mL/g.经过3个月的运行后,反应器中颗粒污泥由原来以粒径0.6～0.9 mm的中等大小颗粒占主体变为粒径＞1.25 mm的大颗粒占主体.稳定运行阶段颗粒污泥系统对COD、TOC、磷酸盐、氨氮、总氮和SS的平均去除率分别为83.04%、70.41%、94.30%、86.51%、41.82%和85.89%.对反应器运行过程中典型周期的分析,反映出颗粒污泥良好的同步除磷脱氮效果.     

胞外聚合物在生物膜同步去除/富集磷酸盐系统中的作用

以基于同步去除/富集磷酸盐的厌氧/好氧交替生物膜序批式反应器内生物膜为研究对象,研究了胞外聚合物（EPS）内磷含量形态及生物膜内微生物种群变化,探究EPS在生物膜去除/富集磷酸盐中的作用及其与微生物种群之间的联系.结果表明,生物膜反应器在厌氧外加COD为200 mg·L^-1的条件下富集到了磷浓度为120.95 mg·L^-1的富集液.EPS在生物膜吸/释磷过程中发挥重要作用,EPS磷含量占生物膜磷含量的69.16%~79.00%,³¹P核磁共振实验表明ortho-P为EPS内主要磷形态,占比为85.47%~88.60%.高通量测序结果表明生物膜内微生物种群变化明显,Candidatus_Competibacter为优势菌属,其丰度由1.23%增至38.87%,有利于形成更具粘性的EPS进而黏附在生物膜上,可能促进EPS在吸/释磷中发挥作用;暖绳菌科为优势聚磷菌,随实验温度升高,其丰度由5.29%减至4.90%.     

胞外聚合物结合磷效能的研究

以实验SBR反应器的活性污泥为研究对象,探讨了超声波-树脂法提取EPS的方法与程序;以5种不同来源的活性污泥为研究对象,考察了EPS结合磷的效能.结果表明,超声波-树脂法分离EPS和细菌细胞的较优程序为：采用21kHz、40W超声波作用60mL污泥2min（VSS约为8000mg·L-1）;然后,投加80g·g-1（以...     

pH值对化学－生物混合污泥厌氧发酵释磷的影响

以污水处理厂化学除磷工艺产生的常见化学磷(AlPO4和FePO4)沉淀为研究对象,考察了两种化学磷分别与剩余活性污泥(即生物污泥)混合厌氧发酵过程中化学磷和生物磷的释放情况.结果表明:在纯水中,AlPO4在强酸强碱条件下均能释出部分磷,FePO4只在强碱条件下才能溶解释磷.在(35±1)℃,不同pH值下将含AlPO4的混合污泥厌氧发酵时,强酸性厌氧发酵能释出较多的化学磷,但微生物活性被抑制,不利于发酵产酸;碱性发酵(pH=10~11)能释出28%~55%的化学磷,43%~49%的生物磷,总释磷量比中性条件下高17.5%~62.7%,同时利于发酵产酸,维持pH 10和11时产酸量分别比中性条件高233%和117%;对于含FePO4的混合污泥厌氧发酵,中性条件下即能释放FePO4中40%的磷和生物污泥中50%的磷,释磷量高于pH=11的碱性厌氧发酵释磷量.     

乙酸钠丙酸钠配比对A2/O-BCO反硝化除磷及菌群结构的影响

采用厌氧/缺氧/好氧和生物接触氧化反应器（A²/O-BCO）组成的反硝化除磷系统处理模拟生活污水,通过调节进水乙酸钠、丙酸钠的配比（乙酸钠：丙酸钠分别为1：0,2：1,1：1,1：2和0：1）,考察了系统对有机物的去除以及同步脱氮除磷的影响,同时通过高通量测序对比了不同配比下微生物菌群结构的变化.结果表明：乙酸钠丙酸钠配比对有机物和NH₄⁺-N的去除影响较小,对厌氧段有机物的消耗和TN的去除率以及磷的释放和吸收影响较为明显;TP去除率仅为50.3%~56.8%,需进一步优化系统的运行参数.当乙酸钠：丙酸钠=1：1时,厌氧段有机物消耗量最大,占有机物流入量的61.2%,厌氧释磷量最大（23.2mg/L）且缺氧吸磷率最高（71.4%）,而TN的去除效果则随丙酸钠含量的增加而增加.高通量测序结果表明：A²/O反应器中微生物多样性降低,混合碳源污泥中微生物多样性比单一碳源更丰富;驯化后的污泥中绿弯菌（Chloroflexi）和螺旋菌（Saccharibacteria）减少,变形菌（Proteobacteria）和拟杆菌（Bacteroidetes）增加.BCO反应器中Nitrospira和Nitrosomonas总占比为2.1%~31.4%,且抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,有利于短程硝化的实现.     

胞外聚合物EPS在废水生物除磷中的作用

对EPS在废水生物除磷中的作用机理进行系统研究,探讨和完善生物除磷机理.试验结果表明,在生物除磷系统中,EPS贮存了部分磷,在生物除磷中起着重要的作用.在厌氧.好氧交替过程中.EPS中磷含量呈厌氧减少、好氧增加的周期性变化;污泥中的磷有82%左右被聚磷菌吸收,另外18%左右的磷聚集在EPS中;一个运行周期中基质所减少的磷84.3%被聚磷菌过量吸收,15.7%被贮存于EPS中;EPS对磷的去除能力与EPS的含量正相关.此外,泥龄对EPS影响较大,对EPS在生物除磷中的作用影响显著,泥龄越长,EPS含量越高,EPS中所贮存的磷含量越高.而磷负荷对EPS除磷影响不显著.     

强化生物除磷系统中胞外聚合物的特性

胞外聚合物(EPS)在生物除磷过程中具有蓄磷能力,为进一步明确生物除磷系统中的EPS特性,以不具有明显除磷能力的全程好氧活性污泥系统(R1)的EPS作为对比,考察了具有良好除磷效果的厌氧/好氧交替下的强化生物除磷系统(R2)中EPS的理化特性.结果表明,相对于R1中的EPS主成分在一个周期内的不固定,R2中的蛋白质含量一直明显高于多糖含量;两者的主要荧光物质均为类蛋白质和类富里酸,但在好氧末期R2中类蛋白质的荧光强度高于R1; R1的EPS中Ca2+> Mg2+,而在R2中, Mg2+>Ca2+,同时R1中的Ca2+含量平均值为8.67mg/gMLSS,大于R2中Ca2+的平均值2.40mg/gMLSS;在好氧末期,R2中的TP为21.65mg/gMLSS,明显高于R1中的TP含量(13.83mg/g-MLSS).此外,R1和R2的zeta电位平均值分别为-36mV和-25mV.由此可见, EBPR系统中的EPS具有与全程好氧活性污泥中的EPS不同的特征.     

脉冲SBR工艺短程脱氮的实现及对除磷的强化

采用脉冲进水缺好氧交替工艺(SAOSBR)处理低C/N实际生活污水,考察了短程脱氮对于低碳源生活污水同步脱氮除磷效果的强化作用,并分析了短程脱氮强化生物除磷的机理.结果表明,通过短时的饥饿处理配合缺好氧交替的运行方式实现了系统的短程硝化,亚硝酸盐积累率稳定在95%以上.短程的实现还强化了系统的同步脱氮除磷效果,总氮和磷的平均去除率相比于全程脱氮过程分别提高了约6%和36%.分析表明短程强化生物除磷的原因主要是由于残留的NO2-对聚磷菌厌氧释磷的影响较小.静态试验也证实,在碳源不足的条件下,以NO2-为电子受体的反硝化作用相比于NO3-可以减弱反硝化菌与聚磷菌之间的碳源竞争,从而提高聚磷菌的厌氧释磷量和聚羟基烷酸(PHA)的合成量.因此,在处理低C/N生活污水时,短程脱氮的实现更有利于系统的生物除磷.