基于机理模型的永川污水处理厂运行诊断与碳源优化

对重庆永川污水处理厂为期1.5年的历史数据和补充实验数据进行采集与分析,确定了其进水水质特征、运行方式、生化反应状态,对其全年平均状态及历时波动状态均完成了以机理模型为核心的数字化模拟仿真,确定了该污水处理厂现有运行状态中存在的问题与风险。通过运行参数的调整,可有效规避二沉池过负荷、系统污泥分布不均等风险;以合理的污泥龄运行,利用污水处理厂的进水水质特征,在出水水质稳定达标的前提下,减少外加碳源与药剂的投加。在平均状态、极端条件、历时波动等情景下进行了碳源投加的定量评估,动态进水状态下定量评估结果显示:一期甲醇年平均投加量可减少为原投加量的80%,二期可减少为原投加量的60%。     

填料优化反硝化脱硫工艺系统的生物强化效果研究

在反硝化脱硫工艺体系内投加填料,进一步促进了菌剂的生物强化效果,实现了核心功能菌群的优化调控,提升了反硝化脱硫工艺体系的效能。研究发现:填料系统将单质硫的生成效能提升到对照组的1.5倍左右。无生物强化时填料表面生物膜中优势菌属为Pseudomonas和Azoarcus;填料和菌剂共同作用,可以将单质硫生成效能提升到对照组的2倍,此时生物膜优势菌属为Pseudomonas和Arcobacter,生物强化促进了硫氧化功能基因的表达。投加Pseudomonas sp.gs1进行生物强化,提升了填料表面生物膜的抗冲击负荷能力,系统经过冲击后单质硫生成率可以迅速恢复。     

新型生物质碳源强化脱氮效果及微生物菌群分析

为了实现城镇污水处理厂深度脱氮效果,以太湖流域某污水处理厂为对象,以生物质废弃物再利用过程中产生的衍生物甘油为主要原料的生物质碳源作为反硝化电子供体,分别研究了缺氧池、深床滤池的反硝化脱氮效果,同时解析了外加生物质碳源前后的微生物群落结构变化特征。结果表明:在缺氧池投加2.5~3.0 t/d生物质碳源时,可使缺氧池硝态氮浓度下降1.67~1.73 mg/L,去除率为52%~68%;在深床滤池投加生物质碳源后,反硝化脱氮过程中约消耗5.27 mg COD可去除1 mg NO₃--N,进而使出水TN能够达到5 mg/L以下,实现了出水TN稳定达到DB 32/1072—2018《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》一、二级保护区的排放限值要求。通过16S rRNA基因序列分析发现,缺氧池和深床滤池微生物优势菌门主要为Proteobacteria、Actinobacteriota、Chloroflexi和Bacteroidota。深床滤池由于工艺条件和生长环境不同,在投加生物质碳源后,Thiothrix、Bacillus、Propionicicella、norank_f_Rhodocyclaceae、Terrimonas等具有反硝化脱氮功能的优势菌群较为突出,有效保证了系统稳定的深度脱氮效果,同时间接降低CO₂排放,对城镇污水厂的碳减排及“碳中和”提供了积极参考。     

碱度对低氨氮部分亚硝化的影响与机理分析

为了探讨进水碱度对低氨氮废水部分亚硝化过程的影响与机理,在控制碱度的条件下启动并运行SBR部分亚硝化反应器。结果表明,控制碱度/NH_4~+-N为3.67～4.05可成功实现低氨氮废水部分亚硝化反应器的启动和稳定运行,亚硝酸盐累积率90%。将稳定运行的SBR部分亚硝化反应器与厌氧氨氧化反应器串联运行,系统TN去除率为37.3%～84.3%。周期试验显示,当碱度值70 mg/L时,SBR部分亚硝化反应器NH_4~+-N转化速率介于2.81～5.67 mg/(L·h),当碱度减小至70 mg/L,NH_4~+-N转化速率明显下降,当碱度60 mg/L时,亚硝化反应停止。机理分析表明,以HCO_3~-盐为碱度物质时,碱度值70 mg/L可导致系统无机碳源匮乏,这是影响NH_4~+-N转化速率和控制亚硝化反应进程的主要原因。     

赤潮藻类在碳源受限生长过程中培养液pH的变化规律

本实验以赤潮藻中肋骨条藻、赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻作为实验藻种,在碳源不足的环境条件下进行培养,测定生物量和pH等监测指标,探讨了在正常营养盐、缺氮营养盐和缺磷营养盐条件下藻类在不同生长时期pH的变化情况。实验结果表明,赤潮藻在碳源受限的生长环境下,藻液pH的增加量比碳源正常环境下要高,其中中肋骨条藻在正常、缺氮和缺磷3种营养盐培养下pH分别增加了1.4、1.5和1.4;赤潮异弯藻在正常、缺氮和缺磷3种营养盐培养下pH分别增加了1.2、1.1和1.0;塔玛亚历山大藻在正常、缺氮和缺磷3种营养盐培养下pH分别增加了1.6、1.6和1.8。pH与细胞数量之间存在显著性正相关,与磷酸盐浓度之间存在显著性负相关。     

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.     

城市河流中碳源对同步硝化反硝化的影响

为了解城市污染河流水体有机碳源(COD)及溶解性有机质(DOM)在低氧(ρ(DO)=0.5～0.6 mg/L)条件下对同步硝化反硝化(SND)系统脱氮效率的影响,利用BM-Advance呼吸仪作为反应容器来模拟北运河的水体环境,并通过向水样中投加易生物降解有机碳源(乙醇)、慢速可生物降解有机碳源(淀粉)和北运河水体DOM(腐殖酸和色氨酸)的方式来研究外加碳源和水体DOM(腐殖酸和色氨酸)对水体氮去除及转化的影响。结果表明:外加乙醇时,总氮去除率从49%(C/N为6.5)上升至72%(C/N为16);外加淀粉时,反应时间内总氮去除率从25%(C/N为6.5)上升至59%(C/N为16):在模拟北运河水环境条件下,投加腐殖酸的反应器中总氮去除率为47.75%,腐殖酸可以作为很好的碳源促进SND过程,然而色氨酸则会加剧水体总氮的积累。由此可知,提高C/N可以加速同步硝化反硝化(SND)进程。     

分段进水对改良A2/O-BAF双污泥系统反硝化除磷脱氮的影响

采用改良A²/O-BAF双污泥系统处理低C/N比生活污水,为提高碳源利用率,研究了两段进水（预缺氧段和缺氧段）对反硝化除磷脱氮的影响,同时根据COD的物料衡算公式,分析评价了不同进水比下,碳源的利用情况.结果表明当分段进水比为7：3时,平均进水COD、NH₄⁺-N、TN、TP浓度分别为174.99、58.19、59.10、5.15 mg·L^-1,出水COD、NH₄⁺-N、TN、TP浓度分别为29.48、4.07、14.10、0.44 mg·L^-1,去除率分别为82.12%、92.76%、75.45%、91.20%;系统中反硝化聚磷菌占聚磷菌的比例（DPAOs/PAOs）为98.81%,此时系统反硝化除磷脱氮最佳,同时碳源的有效利用率达85.77%,平衡百分比为92.33%.通过优化分段进水,碳源被有效利用,提高了同步脱氮除磷效率,为改良A²/O-BAF双污泥系统处理低C/N比污水提供理论依据.     

中长链脂肪酸为碳源的Pseudomonas veronii和Pseudomonas alcaliphila反硝化途径亚硝酸盐累积特性

厌氧-厌氧氨氧化组合工艺作为低能耗脱氮工艺,如何提供适宜比例的亚硝酸盐成为研究的关键问题之一.部分反硝化为稳定提供厌氧氨氧化所需的亚硝酸盐提供了可行途径.本文重点针对厌氧工艺中可能产生的中长链脂肪酸对反硝化过程的影响进行研究,筛选出两株具有反硝化能力的细菌Pseudomonas veronii(W-22)和Pseudomonas alcaliphila(W-39),通过批次试验,考察了中长链脂肪酸和常用碳源对菌株反硝化性能的影响.结果表明,在硝酸盐浓度为100 mg·L~(-1),C/N=15,30℃条件下,W-22利用葡萄糖、W-39利用乙醇和葡萄糖,可在36 h内达到稳定的亚硝酸盐累积,亚硝酸盐最大累积速率(R_m)分别为2.50、5.56和8.35 mg·L~(-1)·h~(-1),亚硝酸盐浓度分别维持在57.11、82.14和80.16 mg·L~(-1);W-39利用己酸钠为碳源的R_m为0.99 mg·L~(-1)·h~(-1),亚硝酸盐浓度逐渐升高至72.34 mg·L~(-1);W-22和W-39利用辛酸钠的反应迟滞期在57 h以上,后期伴随硝酸盐浓度降低和亚硝酸盐浓度升高,R_m分别为0.97和7.17 mg·L~(-1)·h~(-1).在本研究条件下,碳源类型对菌株反硝化进程的影响存在差异.     

智能化曝气控制A/O工艺活性污泥特性演化对内源反硝化脱氮的作用机制

将新型智能化曝气控制系统（automatic oxygen supply device,AOSD）应用于A/O工艺中,对比分析AOSD系统曝气模式控制下的A/O工艺（I-A/O）与常规曝气模式A/O工艺（C-A/O）对活性污泥驯化作用、微生物菌群的分布影响,深入探讨I-A/O活性污泥特性演化对内源反硝化脱氮的作用机制.结果表明I-A/O系统出水NH₄⁺-N、NO₂^--N出现一定积累效应,活性污泥在驯化过程中表现为更为显著的微膨胀,在外源碳素充盈状况下能更充分地将污泥混合液中的溶解性COD（SCOD）富集,将其转化为糖原（Gly）,并在外源碳素供应匮乏的状况下激发内源反硝化脱氮反应,内源反硝化速率（EDNR）平均可达0.83 mg·（L·h）^-1,超过C-A/O水平.通过Illumina HiSeq高通量测序技术对两系统污泥微生物群落结构解析：两系统污泥微生物群落多样性评估区别不明显,而I-A/O污泥中Candidate division TM7大量增殖是构成其丝状菌污泥微膨胀、Gly贮存能力提高的优势功能菌.AOSD的供氧模式使活性污泥特性与微生物群落在适应新环境上发生了特异性变化,好氧异养菌代谢活性下降,内源反硝化脱氮途径的强化使I-A/O实现了一种总体低氧需求的动态平衡状态.