ABR相分离条件下耦合MBR工艺反硝化除磷可行性研究

采用ABR-MBR耦合工艺,调控MBR以好氧硝化运行,考察耦合工艺稳定运行状态下的除碳及反硝化除磷的去除效果及其影响因素,并分析了该耦合条件下的除磷机理。结果表明:在容积负荷为0.9kg/（m3·d）及硝化液回流比为200%的情况下,耦合工艺对COD、总氮、磷酸盐的去除率分别为90%、70%和67%,反硝化除磷率随硝化液回流比增大呈现出先增大后减小的趋势,但随着系统容积负荷的增加,ABR的第3格室出现了亚硝积累的情况,影响了反硝化除磷效果,运行过程中ABR逐渐形成的颗粒污泥也对耦合系统的除磷具有积极作用。     

低温对亚硝化颗粒污泥系统的影响特性

考察了温度变化对亚硝化颗粒污泥反应器的长期和短期影响特性,结果表明:在进水ρ（NH₄+-N）为（35.8±5.2）mg/L、水力停留时间为2.0 h以及运行温度为7~17℃的条件下,反应器保持着95%的亚硝化率和0.18~0.25 kg/（m3·L）的NH₄+-N去除负荷;反应器中较低的ρ（DO）∶ρ（NH₄+-N）（<0.25）是实现亚硝酸盐氧化细菌（NOB）有效抑制的关键因素;长期低温运行造成颗粒污泥比NH₄+-N氧化速率（SAOR）从（237±14）g/（g·d）下降至（93±11）g/（g·d）,但颗粒污泥中氨氧化细菌（AOB）的活化率（实际SAOR与最大SAOR之比）从48%升至约85%。批式实验结果表明,在7.1~28℃的短时温度变化内,亚硝化颗粒污泥NH₄+-N氧化反应的温度系数（θ）和活化能（E_a）分别为1.042~1.063,29.7~41.9 kJ/mol,均显著低于同等条件下絮体污泥的数值,表明颗粒污泥AOB比絮体污泥AOB具有更好的抗温度冲击能力。该研究结果可为基于颗粒污泥的高效城市污水亚硝化技术提供参考。     

ABR-MBR耦合工艺启动及优化反硝化除磷性能

探究ABR-MBR耦合工艺在无污泥回流及在ABR各隔室接种高浓度(25g·L~(-1),以MLSS计)活性污泥条件下启动反硝化除磷性能的可行性以及反硝化除磷隔室内微生物群落特征.结果表明,通过逐步提升硝化液回流比(R)由0%至200%成功启动反硝化除磷性能.稳定运行过程中,系统对COD、 PO~(3-)_4-P和TN的平均去除率分别为88.28%、 54.45%和61.93%.在ABR进水容积负荷(以COD计,下同)为0.8 kg·(m~3·d)~(-1)、R为150%、 ABR和MBR的水力停留时间(HRT)分别为9h和3.3 h时,VFA平均产量为80.58mg·L~(-1)、回流硝化液的ρ(NO~-_2-N)/ρ(NO~-_3-N)平均为1.68,PO~(3-)_4-P和TN的平均去除率分别为64.94%和62.95%,实现短程硝化和反硝化除磷耦合.批次实验证明反硝化除磷菌(DPAOs)为ABR中主要除磷功能菌,厌氧释磷量和缺氧吸磷量分别为3.73mg·L~(-1)和10.22mg·L~(-1).高通量测序分析结果表明,除磷隔室内微生物的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),分别占23.49%～53.66%和16.55%～21.78%,与反硝化除磷有关的功能微生物主要是变形菌门下的索氏菌属(Thauera)、发硫菌属(Thiothrix)、假单胞菌属(Pseudomonas)、norank_f_Rhodocyclaceae和unclassified_f_Rhodocyclaceae,拟杆菌门中的鞘脂杆菌目(Sphingobacteriales).     

基质浓度对ABR厌氧氨氧化反硝化脱氮除碳效能影响及动力学特征

采用厌氧折流板反应器(ABR)为研究对象,以一定COD、NH+4-N和NO-2-N比例增加进水基质浓度,以明确基质负荷提高对ABR厌氧氨氧化和反硝化协同体系脱氮除碳的影响,并通过基质去除模型获得反应器对基质的耐受程度.研究表明,ABR反应器能够实现厌氧氨氧化反硝化耦合脱氮除碳,当进水基质COD、NO-2-N和NH+4-N浓度从220、168和60 mg·L~(-1)提高至420、270和110 mg·L~(-1)时,反应器脱氮效能下降,COD、NO-2-N、NH+4-N和TN去除率分别为97%、94%、30%和78%,厌氧氨氧化对TN去除的贡献率从43.08%骤降至16.49%,反硝化脱氮贡献率从53.81%增至82.07%.动力学模型拟合发现,Stover-Kincannon模型(R2=0.937,TN;R2=0.975,COD)较一级基质去除模型(R2=0.314,TN;R2=0.016,COD)更适合评价反应器对基质的承受力;Stover-Kincannon模型表明,反应器对TN和COD的最大基质利用率分别为1.43 g·L-1·d-1和3.33 g·L-1·d-1,饱和常数(KB)分别为1.2和3.79,研究认为ABR协同脱氮除碳体系理论上还有继续提升基质负荷的潜力.     

基质浓度对ABR反应器SAD协同脱氮除碳效能影响

为改善厌氧氨氧化对总氮(TN)去除不完全和有机物对厌氧氨氧化胁迫的问题,采用厌氧折流板反应器(ABR),接种成熟的厌氧氨氧化污泥与城市污水处理厂厌氧污泥,通过不同基质浓度控制,构建厌氧氨氧化耦合反硝化系统(SAD),并考察不同进水基质(COD、NO-2-N、NH+4-N)浓度对耦合系统脱氮除碳效能的影响及污染物去除规律.结果表明,在ABR反应器中可实现厌氧氨氧化与反硝化的耦合反应,并缓解了有机物对厌氧氨氧化菌的抑制效应.当进水COD、NO-2-N和NH+4-N浓度为260、185和100 mg·L-1,比例为2.6∶1.85∶1时,三者出水浓度分别低于10、1.0和0.9 mg·L-1,TN去除率达到99%,实现系统的稳定运行和C、N污染物的超低排放.不同基质浓度和比例条件下,目标污染物去除基本在第1隔室完成,去除率均在75%以上,且厌氧氨氧化反应在SAD耦合系统脱氮中占主导地位.     

ABR-MBR组合工艺短程硝化过程的微生物种群

采用Miseq高通量测序技术研究氨氮进水负荷对ABR-MBR组合工艺MBR池中微生物种群的丰度及优势菌群的影响.结果表明,温度为28~32℃、pH值为7.1~7.4、DO为0.5~1mg/L并逐步提高氨氮进水负荷的条件下,可以使氨氧化菌（AOB）大量富集,并抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,从而实现短程硝化的稳定运行.在氨氮进水负荷为0.94kg/（m³·d）时,平均亚硝酸盐积累率达到60%以上,氨氮去除率稳定在90%.在系统运行过程中,变形菌门是系统中的优势菌门,Nitrosomonas的相对丰度由4.97%升至22.56%,硝化螺菌属的相对丰度为0.06%~2.12%.因此,ABR-MBR组合工艺短程硝化过程中亚硝酸盐积累率与AOB的活性、相对丰度密切相关,即AOB的大量富集可以有效实现短程硝化,而NOB的小幅度增长不会影响短程硝化的实现.系统中微生物种群的多样性和功能微生物的结构稳定性保证了ABR-MBR工艺具有稳定和较好的处理效果.     

新型废水处理技术——人工湿地

人工湿地是一种新型的废水处理技术，它适用于我国广大中小城镇和乡村地区的废水处理。它不仅具有良好的有机物去除能力（ＢＯＤ５和ＣＯＤ的处理效果可分别达８５％￣９５％和８０％以上），而且具有较高的除磷（达９０％）和脱氮（６０％）效果。此外，它还具有运转管理方便及工程造价低等优良特性。本文对人工湿地系统的基本构造、类型、运行机理以及主要工艺设计和运行控制条件作了深入的介绍，并结合有关工程实例对该工艺的经济     

温度对ABR-MBR复合工艺处理生活污水的影响及其微生物群落分析

将厌氧折流板反应器(ABR)与膜生物反应器(MBR)优化组合(CAMBR)用于处理实际生活污水,研究温度对该反应器处理效能的影响,并采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对其内部微生物群落结构进行分析.试验水力停留时间为7.5 h、混合液回流比R1为200%,R2为50%、pH为6.5~8.5、溶解氧3 mg·L-1左右.控制3个温度梯度:中温(25℃±5℃),低温(10℃±5℃),高温(35℃±5℃).结果表明系统稳定运行后,温度对系统去除COD的影响很小,COD的去除效果很好.中温和高温环境,系统出水水质较好,TN平均去除率为70%,出水平均浓度为9 mg·L-1,TP平均去除率为73%,出水平均浓度低于0.8 mg·L-1.低温环境,TN平均去除率仅为57%,出水平均浓度为15 mg·L-1;TP平均去除率降至67%,出水平均浓度为1 mg·L-1.DGGE图谱表明,整个试验过程,系统内微生物类群保持多样性分布,同时优势菌群突出;在同一时期内,各反应池菌群相似性较高,但各隔室微环境的改变使得ABR和MBR内微生物菌群结构仍存在明显差异,强化了ABR和MBR的各自功能,有效保证了系统脱氮除磷效果.     

不同接种污泥ABR厌氧氨氧化的启动特征

采用两套相同的厌氧折流板反应器(ABR),分别接种厌氧絮状/颗粒污泥的混合污泥(R1)以及厌氧絮状污泥(R2).采用人工配水配制NH+4-N、NO-2-N负荷54.5~68.0 g·(m3·d)-1,在温度30~35℃,HRT为26 h,p H值7.5±0.5条件下,经过120 d、125 d分别成功启动厌氧氨氧化反应.两个反应器在氮素去除规律上基本相似,均经历了菌体水解期、活性停滞期、活性提高期和稳定运行期等4个阶段.在稳定运行期间,R1、R2反应器中NH+4-N、NO-2-N的平均去除率都高达90%以上,且NH+4-N、NO-2-N的平均去除负荷为57.3~67.9 g·(m3·d)-1,R1在NH+4-N的去除负荷上略高于R2.值得一提的是,90%以上的氮素都在ABR反应器的第一格室被去除.同时,随着水流的方向,污泥的颜色逐渐由少量红棕色、黄褐色向黑色转变,这与氮素去除规律一致.由此表明,接种污泥的不同并未造成ABR厌氧氨氧化反应器的启动规律和污染物去除特征有明显差异.     

基于ABR-MBR组合工艺优化反硝化除磷性能的研究

基于ABR-MBR一体化反应器,以低C/N比生活污水为研究对象,结合厌氧折流板反应器(ABR)微生物相分离的特性,通过优化与ABR优质供碳和脱氮除磷相耦合的膜生物反应器(MBR)硝化液回流比以实现高效反硝化除磷,并对ABR-MBR污泥回流比进行优化.结果表明,在ABR段有机负荷为2.0 kg·(m3·d)-1、系统的水力停留时间(HRT)为9 h、泥龄(SRT)为15 d,系统获得最优的处理效果时的硝化液回流比和污泥回流比分别为300%和100%.其中TN和溶解性PO3-4-P平均去除率分别达84%和94%,ABR中反硝化除磷量可达系统总去除量的87%,平均出水TN和溶解性PO3-4-P浓度分别为12.98 mg·L-1和0.43 mg·L-1.