活性污泥法的多变量最优控制Ⅰ.基础理论与DO浓度对运行费用的影响

在现有的关于活性污泥法最优控制研究的基础上，首次提出了以两个最重要的控制参数污泥排放量和溶解氧浓度（ＤＯ）为控制变量、以出水水质为约束条件、以运行费用为性能指标的活性污泥法多变量最优控制的研究问题，并着重进行了基础研究．首先建立了最优控制所必要的基本状态方程与性能指标的泛函表达式．然后通过计算研究了在满足同一出水质量前提下控制不同的ＤＯ浓度时所需要的运行费用．结果表明，ＤＯ为０９ｍｇ／Ｌ时所需运行费用最少，这与主张应当维持ＤＯ浓度大于２ｍｇ／Ｌ的传统观点相比相差甚远；衰减速率常数Ｋｄ不受ＤＯ影响的假设也不合理．     

提高污泥碱性发酵挥发酸积累的新方法

为了加大剩余污泥在碱性条件下的水解酸化程度,本研究尝试了两种新的能促进污泥碱性发酵产酸的方式,分别是向批式的污泥碱性发酵系统中投加未灭菌发酵污泥和投加灭菌发酵污泥,结合温度的影响(10℃和35℃)分别考察了这两种方式对污泥水解酸化效果的影响.结果表明,中温有利于水解酶和产酸菌作用的发挥,增大了污泥的水解酸化程度,体系内有明显的挥发酸(VFAs)积累.35℃条件下,两种方式都在很大程度上促进了新鲜污泥的水解酸化程度,经灭菌后的发酵污泥的投加较等量的未灭菌的发酵污泥的投加效果更为显著.前者的水解速率是后者的2倍,发酵末期酸积累量为后者的1.5倍,且前者在较长的发酵时间内VFAs含量维持恒定.分析两种方式能促进污泥水解酸化的原因得到:未灭菌发酵污泥的投加是向系统中引入了一定量的产酸菌,灭菌发酵污泥的投加引入了大量的较易水解的有机底物.水解产物的增加能在更大程度上影响产酸的效果.因此,中温条件下向污泥碱性发酵系统中投加经灭菌处理后的发酵污泥是提高剩余污泥发酵产酸量更为有效的方式.     

交替好氧/缺氧短程硝化反硝化生物脱氮Ⅰ.方法实现与控制

采用实时控制策略和曝气 搅拌交替运行方式在 ( 2 6± 1 )℃下开发了一种新型短程硝化反硝化生物脱氮工艺 :实时控制交替好氧 缺氧短程硝化反硝化脱氮工艺 .并对其与实时控制传统SBR法短程硝化反硝化脱氮和预先设定时间控制交替好氧 缺氧短程硝化反硝化脱氮工艺进行了比较研究 .结果显示 ,实时控制交替好氧 缺氧短程硝化反硝化脱氮工艺无论从硝化速率、反硝化速率还是从硝化时间、反硝化时间上均优于实时控制传统SBR法短程硝化反硝化脱氮和预先设定时间控制交替好氧 缺氧短程硝化反硝化脱氮两种工艺 .其硝化速率和反硝化速率分别是预先设定时间控制交替好氧 缺氧短程硝化反硝化工艺的 1 3 8倍和 1 2 5倍 ,是实时控制传统SBR法短程硝化反硝化脱氮工艺的 1 82倍和 1 6 1倍 .因此 ,实时控制交替好氧 缺氧短程硝化反硝化脱氮工艺不但能够合理分配曝气和搅拌时间 ,而且还能提高硝化、反硝化速率 ,缩短反应时间 ,从而达到降低运行成本的目的     

低溶解氧污泥微膨胀节能方法在A/O中的试验验证

采用实际的生活污水,在A/O系统中验证了低溶解氧污泥微膨胀节能理论与方法.结果表明,A/O系统在微膨胀运行期间SVI值能稳定维持在150～230 mL/g之间,单纯低溶解氧不会造成污泥沉降性能的严重恶化.相对于高溶解氧、污泥沉降性能良好时的运行情况,微膨胀期间COD和总氮去除率略有升高,分别为86%和63%,氨氮去除率略有下降,平均为70%,且约有10%～25%的氮可通过同步硝化反硝化去除.丝状菌的网捕作用使出水的SS浓度明显减低,出水浊度低于3 NTU.维持DO=0.5 mg/L所需的理论供气量相对DO=2.0 mg/L时可节约17%,对实际的小试结果比较发现可节约57%的曝气量.     

SBR法交替缺氧好氧模式下短程硝化效率的优化

采用SBR法以实际生活污水为研究对象,通过交替缺氧好氧的运行模式实现了短程硝化的快速启动.在不同的缺/好氧时间比条件下考察了短程硝化的启动时间、污染物处理效果以及氨利用速率的变化.结果表明,在缺氧/好氧时间比为1:1和2:1条件下,分别用了31,55d使得两系统的亚硝酸盐积累率达到90%,短程状态稳定.氨氮去除率达到95%以上,COD出水在50mg/L以下,总氮去除率提高20%,污染物的去除效率有所提高.由全程到短程的转变期间,系统氨利用速率分别提高了67.5%和89.8%,同时提高了短程硝化的效率.期间,污泥沉降性较好,污泥容积指数稳定在60~80mL/g.     

间歇曝气模式下曝气量对短程硝化恢复的影响

采用SBR反应器在间歇曝气模式下对搁置2个月的短程硝化污泥进行恢复,控制曝气量分别为120、100、80和60L·h-1,在温度为25℃、交替好氧/缺氧时间比为30 min/30 min条件下处理实际生活污水,进水氨氮浓度为50~80 mg·L~(-1),出水氨氮浓度分别在第12、18、21和21周期之后稳定在5 mg·L~(-1)以下,氨氮去除率均高达95.00%左右;第30、35、38和42周期时,亚硝氮积累浓度分别达到20.83、22.81、21.50和20.73 mg·L~(-1),硝氮出水浓度均低于0.5 mg·L~(-1),亚硝积累率均高于99%,氨氧化菌(AOB)活性最终均稳定在100.00%左右,而亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性逐渐被抑制,4种曝气量下均成功实现了短程硝化的恢复.     

高氮城市生活垃圾渗滤液短程生物脱氮

采用"两级UASB-缺氧-好氧系统"处理高COD与高NH4 -N的城市生活垃圾渗滤液.180天的试验结果表明:UASB1(一级UASB)与UASB2(二级UASB)最大COD去除速率分别为12.5、8.5 kg·m-3·d-1,UASB1的NOx--N的最大去除速率为3.0 kg·m-3·d-1.系统COD去除率为80%～92%,出水COD为800～1500 mg·L-1.原渗滤液的NH 4-N为1100～2000 mg·L-1,A/O工艺的最大NH4 -N去除速率为0.68kg·m-3·d-1;在17～30℃,通过NO-2-N累积率为90%～99%的短程硝化,NH4 -N的去除率在99%左右,出水NH4 -N小于15 mg·L-1.回流处理水和二沉池回流污泥中的NOx--N分别在UASB1和A/O工艺的缺氧段实现完全反硝化,使系统无机氮TIN去除率达80%～92%.同时高效的反硝化为硝化提供了充足的碱度,使A/O工艺pH大于8.5,维持较高的游离氨浓度,结果表明,高游离氨(FA)是导致短程硝化的主要因素.以pH作为控制参数调控A/O工艺的曝气时间,可以有效的抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的增长,实现种群优化和稳定的短程硝化.     

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.     

低温下丝状菌膨胀污泥的微生物多样性

为探究低温下丝状菌污泥膨胀过程中微生物多样性的变化特征,实验采用低温-SBR反应器成功诱发污泥膨胀,并借助Illumina MiSeq高通量测序技术,考察了不同沉降性能下活性污泥微生物群落的整体变化特征、各特定菌群及特定菌属的变化特征.结果表明,在系统运行温度降至(14±1)℃后可成功诱发丝状菌污泥膨胀,SVI可恶化至663.99 mL·g~(-1),且膨胀后COD去除率和TN去除率仍能维持在90%和86%左右.低温下污泥膨胀的发生不仅会导致系统内微生物整体多样性和均一性的降低,使特定菌群中丝状菌群的丰度由0.49%增至26.04%,还会使脱氮菌群的丰度由21.04%减少至13.99%、除磷菌群的丰度由4.25%减少至1.93%.发现的5种丝状菌属中,以Thiothrix为代表的3种菌属的丰度递增,仅Haliscomenobacter的丰度递减;发现的19种脱氮菌属中,以Nitrosomonas为代表的5种菌属的丰度递增,以Nitrospira为代表的7种菌属的丰度递减;发现的8种除磷菌属中,Pseudomonas和Tetrasphaera的丰度递增,以Candidatus_Competibacter为代表的5种菌属的丰度递减.虽然污泥膨胀对微生物菌群结构产生较大影响,但不同泥样中始终存在的477个OTUs和227个菌属说明膨胀过程中反应器内主体微生物仍呈相对稳定状态.     

A2O工艺污水处理厂微生物气溶胶逸散特征及暴露风险评价

监测了北京市某A²O工艺污水处理厂不同工艺段逸散出的微生物气溶胶的浓度和粒径分布情况,统计了各工艺段所有采集样本污染程度和可吸入颗粒占比,分析了影响各工艺段微生物气溶胶浓度和可吸入颗粒数变化的因素.同时,计算了各工艺段暴露风险值,判断微生物气溶胶对不同人群的危害性.结果表明,各工艺段微生物气溶胶均有不同程度的释放,浓度变化范围在107~37139 CFU·m^-3之间,其中,生物池释放浓度最低,为107~624 CFU·m^-3,一直处于清洁等级;板框脱水间释放浓度最高,为3329~37139 CFU·m^-3,粉尘颗粒较多是造成板框脱水间微生物气溶胶浓度极高的重要原因.各工艺段可吸入颗粒（<4.7 μm）占比为42.30%~93.36%,其中,污泥处理单元吸入风险较高,可吸入颗粒占比为83.52%~93.36%.板框脱水间细菌气溶胶对人体存在非致癌风险（HQ>1）,需引起重视.