序批式颗粒污泥系统中磷的变化和去向分析

在实验室序批式活性污泥法(SBR)处理系统中以普通活性污泥为接种污泥,采用厌氧-好氧的运行方式提高系统的除磷效果.同时培养颗粒污泥,并对系统中磷的变化和去向进行分析.结果表明,整个试验共运行146 d,成熟颗粒污泥平均粒径为603μm,污泥体积指数(SVI)约为30 mL.g-1,COD去除率可达90%,磷的去除率可达95%左右.颗粒污泥系统除厌氧放磷和好氧聚磷以外,还存在明显的污泥颗粒积磷现象.磷的去除途径主要为:系统排泥(出水悬浮物和专门排泥)和污泥积磷.由厌氧末期颗粒污泥的X射线衍射(XRD)分析结果可知,化学沉淀是污泥积磷的一种重要方式,大量的金属离子会与磷形成无机盐沉积在污泥颗粒上.     

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.     

流量分配对分段进水A/O工艺脱氮性能的影响

采用分段进水A/O中试脱氮系统处理实际生活污水,为充分利用原水碳源,采用流量分配系数法对进水流量进行分配.在高、低负荷,进水COD/TKN分别为3、 5、 7、 9、 11、 13下,研究流量分配比对分段进水A/O工艺脱氮性能的影响.结果表明,在高负荷、低C/N(COD/TKN＜5)下,按流量分配系数分配流量,会造成系统硝化容量浪费,导致氨氮去除效果下降.而在高负荷、高C/N(COD/TKN＞9),由于首端氨氮负荷过高,氨氮不能完全氧化,导致后段反硝化电子受体不 足,造成系统碳源浪费,结果随C/N提高,总氮(TN)去除率却逐渐降低.而低负荷下,由于不存在硝化限制,系统TN去除率随进水C/N升高而升高,当C/N为13时,出水TN<2 mg/Ｌ,最高TN去除率可达976%.高、低负荷,不同C/N下的试验结果证明,高C/N污水(C/N＞α),采用流量分配系数分配流量,可充分利用原水碳源,提高TN去除效率,但需保证各段硝化完全.而低C/N污水(C/N＜α),C/N是决定TN去除率的关键因素,从保证硝化效果、利于硝化菌生长的角度考虑,不宜采用流量分配系数法分配流量,各段等负荷分配流量是一个可能的选择.     

以FA与FNA为控制因子的短程硝化启动与维持

为了实现污泥消化液旁侧脱氮,降低主处理区进水氮负荷,试验采用A/O工艺研究消化污泥脱水液短程硝化启动与维持,在常温、长SRT、较高DO条件下,逐步提高进水ALR(以N计)从0.23 kg/(m³·d)到0.78　kg/(m³·d),强化FA对NOB的抑制作用,成功启动了短程硝化.针对废水碱度不足的水质特征,利用FA与FNA的联合抑制使短程硝化得到稳定维持,在稳定运行的30　d内NO^-₂-N积累率一直保持在90%以上.在此期间反应器平均DO浓度一直保持在2 mg/L以上,即使平均DO浓度提高到4.8 mg/L左右,也未出现NO^-₂-N积累率降低,说明利用上述手段维持的短程硝化具有抵抗高DO冲击能力.通过降低进水ALR,导致反应器后段FNA浓度增加,强化了FNA的抑制作用,虽然FA的抑制作用降低,短程硝化仍然连续运行达2个月,当反应器后段FNA的抑制作用撤除后,短程硝化在3　d后被彻底破坏,充分证明了FNA对NOB抑制作用及其对维持本系统短程硝化所起的重要作用.     

SBR法短程深度脱氮过程分析与控制模式的确立

为了实现稳定的SBR法短程深度脱氮技术,考察了实际生活污水处理过程中pH值的变化规律及其影响因素.通过对生物脱氮过程机制和碳酸平衡过程的分析可知,pH值在氨氧化结束和反硝化结束时都会出现明显的变化点,对于采用SBR工艺处理有机物浓度较低、碱度适中的生活污水或城市污水的过程来说,采用pH值作为控制参数一方面可以保证出水水质达到TN＜1 mg/L的深度脱氮效果;另一方面防止了过度曝气引起短程硝化率降低,对于短程深度脱氮的稳定起到了重要作用.在理论分析和试验研究的基础上建立了SBR法短程深度脱氮过程的实时控制策略,在控制策略中设置了18个可调节的变量,以适应不同的水质并保持控制策略的准确性.该控制策略的建立为开发短程深度脱氮的控制软件和控制系统奠定了基础.     

聚磷菌在不同碳源下的反硝化研究

利用SBR系统对聚磷菌进行了培养,并通过荧光原位杂交手段检测了系统中聚磷菌Candidatus Accumulibacter phosphatis的富集程度.聚磷菌也是一种普通异养菌,为了研究它的反硝化能力,排除了聚磷菌的正常释磷和吸磷过程,仅考察在不同碳源下反硝化性能.结果表明,乙酸和PHB都能成为聚磷菌反硝化的电子供体.当以乙酸为外在单一碳源时,其反硝化速率和PHB生成速率与起始硝酸盐浓度无关,但是当起始状态硝酸盐浓度越高时,消耗单位乙酸生成的PHB和硝酸盐还原量越小.以PHB为内在碳源和能源时,聚磷菌的反硝化速率呈现对于基质(硝酸盐)的零级动力学反应,比反硝化速率为0.973 3mg/(g.h),此外PHB平均比消耗速率为(以PHB计)2.462 6 mg/(g.h).     

人工神经网络和专家系统在污水生物处理系统中的应用

对近年来国内外污水生物处理系统中人工神经网络和专家系统的应用进行了简要的回顾。分析了废水生物处理工艺难于控制的原因及人工神经网络和专家系统的结构和特点。结果表明．国外智能控制发展迅速,并且应用领域遍及污水生物处理的各个方面,国内尚处于起步阶段。简要探讨了废水生物处理智能控制今后应深入研究的问题及方向。     

脉冲式流量波动对厌氧氨氧化UASB反应器的影响

通过试验模拟不同幅度、不同频率的脉冲式进水流量波动,研究脉冲式流量波动对已稳定运行的厌氧氨氧化UASB反应器性能的冲击影响.结果表明,在脉冲波动幅度小于60mL/min（上升流速1.33cm/min）范围内,厌氧氨氧化UASB反应器表现出良好的适应性和承受力,甚至对于高频率的波动冲击,出水也可达到一级A标准,NH₄⁺-N和NO₂^--N去除率都基本维持在80%以上,总氮去除率维持在70%以上.而当脉冲的波动幅度为100mL/min（上升流速2.22cm/min）时,则UASB反应器的出水水质波动性大,随着波动频率的增大,反应器的适应时间增长,一直到波动频率为1.5h时,反应器出水NH₄⁺-N和NO₂^--N浓度难以稳定在5mg/L以下.随着波动幅度由40mL/min增大到60,100mL/min,反应器内污泥中厌氧氨氧化菌的丰度值和厌氧氨氧化菌占全细菌的百分含量均呈现先增多后减少的趋势,在波动幅度为60mL/min时均为最大,可能是由于此时污泥和基质的混合与接触更为高效,氮去除效率高,更有利于厌氧氨氧化菌的生长.     

游离氨对热水解联合中温厌氧消化处理剩余污泥的影响

热水解预处理强化了污泥厌氧消化过程,但同时增加了微生物受游离氨抑制的风险.对比传统工艺,在有机容积负荷率1.74~4.27gVS/(L·d)条件下,研究了游离氨(FA)对热水解联合中温厌氧消化工艺性能的影响.结果表明,组合工艺甲烷产量较传统反应器提高89%~121%,有机去除率提高1.21~1.46倍.但同时导致系统中游离氨浓度达89~382mgN/L,显著高于传统工艺中37~84mgN/L的范围.游离氨毒性测试显示,传统工艺中FA浓度从43mgN/L升至84mgN/L,没有抑制解乙酸产甲烷途径,而组合工艺中FA升至264mgN/L时,表现出抑制作用,尽管厌氧菌对高浓度FA表现更强的驯化趋势.结合氮负荷试验, FA浓度与基质利用能力,解乙酸产甲烷途径抑制程度和挥发性有机酸积累的关系表明,高有机负荷条件下组合工艺效率可通过控制氮负荷优化.     

A/O脱氮工艺实时控制对策的试验研究

以人工合成废水为研究对象,系统研究了提高A/O(anoxic/oxic)工艺氨氮和硝酸氮去除效率的实时控制对策.氨氮控制的本质是通过控制DO设定值和好氧区体积大小使出水氨氮浓度达标排放.硝酸氮控制的本质在于高效利用缺氧区反硝化潜力,为此建立了以调节内循环回流量或(和)外碳源投加量维持缺氧区末端硝酸氮浓度处于设定值的实时控制对策.系统控制采用两级结构,高水平监控层用来选择低水平执行层的设定值,而低水平执行层对DO值、好氧区体积、内循环回流量和外碳源投加量进行直接控制,试验表明上述控制对策可以显著提高系统脱氮效率,降低出水氨氮和硝酸氮浓度,并最大程度节约运行费用.