好氧颗粒污泥的形成机制、特性及应用研究进展

好氧颗粒污泥凭借其密实的结构、多样的微生物种群以及优良的沉降性能,已经引起了污水生物处理领域许多学者的兴趣.本文总结了近年来国内外好氧颗粒污泥技术和应用的最新研究成果,包括好氧颗粒污泥的形成机制、好氧颗粒污泥的特性及其微生物相、环境条件对好氧颗粒污泥形成的影响、好氧颗粒污泥模型以及在处理市政污水和含毒工业废水上的应用,并展望了好氧颗粒污泥的应用前景.     

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.     

SBR法常、低温下生活污水短程硝化的实现及特性

采用序批式反应器(SBR)处理实际生活污水,通过实时控制好氧曝气时间,在常温下快速实现短程硝化,并在低温下长期维持稳定的短程硝化.结果表明,随着温度逐渐降低,比氨氧化速率略微减缓,27℃的平均比氨氧化速率是13℃时的1.68倍,但亚硝化积累率始终维持在90%以上,该温度区间内氨氧化反应的温度系数为1.051.通过荧光原位杂交(FISH)技术对低温下维持稳定短程硝化的污泥进行种群分析发现,实时控制策略为氨氧化菌(AOB)成为优势硝化菌群创造了有利条件,AOB的相对百分含量达到8%~9%,而亚硝酸盐氧化菌(NOB)逐渐被淘洗出反应器.在低温下要实现短程硝化,可首先在常温下利用好氧曝气时间实时控制实现亚硝态氮的积累和AOB的优势生长,然后通过逐渐降温使AOB适应在低温下生长.     

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.     

西南地区近60年商品材消耗和经济增长关系

首次定义和使用了"GDP黄金当量"作为经济全球化背景下经济增长的新指标。"GDP黄金当量"是指把历年GDP总量按年均汇价和国际黄金市场年均价换算成黄金重量,其可在一定程度上绕开纸币的贬值或升值,反映GDP的贵金属本质,把资源消耗和经济增长的关系分析转变成物物关系分析。研究资源消耗和经济增长的关系有助于提高资源使用效率和调整经济发展方式。通过分析西南地区1949年以来历年商品材产量、人口数量、GDP总量、GDP黄金当量及其单位木材能耗之间的关系,检验了近现代资源环境与经济发展关系中的"资源诅咒"和"库兹涅茨曲线"假设,结果表明:①1952—2008年GDP总量增长了422倍,人口增长了1倍,GDP黄金当量增加了4.5倍,商品材产量增加了12倍;②商品材产量1997—2000年因天然林保护工程下降了80%,然而2008年的946×104m3又恢复到了天然林保护工程前的水平,总体上增长趋势未变;③经济发展出现3个GDP黄金当量"平台",目前处在第3个"平台"上,GDP黄金当量和商品材产量仅前20 a成线性相关(P0.01);④商品材产量和人口数量之间线性相关显著(P0.01),GDP黄金当量和人口数量之间非参数相关显著(P=0.005),人均GDP增长了162倍,人均GDP黄金当量只增长了1.5倍,商品材产量和人均GDP(或人均GDP黄金当量)之间不存在环境库兹涅茨曲线关系,也不存在森林资源诅咒经济增长现象;⑤每万元GDP或每kg GDP黄金当量的商品材消耗量先增加后减少,呈现倒"U"曲线走势,经济发展走过了劳动和森林资源密集型时期。     

有机修饰土对苯酚的吸附动力学

以十六烷基三甲基溴化铵单一修饰（CB）和十六烷基三甲基溴化铵+十二烷基磺酸钠混合修饰（CS）土耕层和黏化层土样,采用批处理法通过不同的速度参数研究了修饰土样对苯酚的吸附动力学特征,并对其机制进行了探讨.结果表明,在2个温度下,土两层次修饰土样吸附苯酚的总吸附速度V_t和快速吸附反应速度V_f在低添加浓度下分别为2.64～3.31 μg·(g·h)^-1和39.19～61.23 μg·(g·h)^-1,在较高添加浓度下分别为13.09～16.30 μg·(g·h)^-1和247.87～325.64 μg·(g·h)^-1,耕层土样V_t、V_f的大小顺序均为100 CB>120 CS>50 CB>CK,而黏化层土样均为100 CB>50 CB>120 CS>CK.结果证实土两层次土样的有机修饰能够显著加快对苯酚的吸附速度.苯酚的吸附反应分为快速反应和慢速反应2个阶段,总吸附反应以快速吸附反应为主,与快速反应有关的不同速度参数之间具有良好的相关性,而慢速吸附反应则影响不大.修饰土样快速反应和慢速反应的转折时间均小于2　h,且与吸附速度呈现相反的大小顺序.黏化层修饰土样对苯酚的吸附速度高于耕层修饰土样.吸附温度的升高、苯酚添加浓度的提高均可以加快修饰土样对苯酚的吸附反应速度.指数Ⅱ型动力学模型是描述修饰土样吸附苯酚的最佳模型.拟合参数A值与快速吸附反应相关的各项速度参数具有良好的相关性,而模型参数-B与转折时间具有良好的相关性,-B可以作为描述吸附反应速度的特征参数.修饰土样对苯酚的吸附机制以有机相对苯酚的疏水吸附为主.     

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.     

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).     

进水C/N对A~2/O-BCO工艺反硝化除磷特性的影响

采用厌氧/缺氧/好氧与生物接触氧化工艺组成的双污泥系统(A~2/O-BCO)处理实际生活污水.通过投加乙酸钠调节进水碳氮比(C/N=2.44~8.85),考察了系统的反硝化除磷特性.试验结果表明:进水有机物主要是通过改变硝化性能(即缺氧段反硝化负荷)以及聚-β-羟基链烷酸脂(PHA)的贮存和利用,进而影响系统的脱氮除磷效果.当进水C/N为4~5时,COD、TN和PO_4~(3-)-P去除率分别达到88%,80%和96%,实现了有机物、氮和磷的同步高效去除.碳平衡分析表明,A~2/O反应器去除的COD占去除总量的71.86%~77.28%,BCO反应器去除的COD仅占2%~12%,碳源的高效利用是A~2/O-BCO工艺在低C/N条件下实现深度脱氮除磷的重要原因.此外,通过进水C/N与曝气量、硝化液回流比、厌/缺氧反应时间等相关性的分析,提出了系统的优化运行策略.