低水力负荷下好氧颗粒污泥的特性及胞外聚合物关键组分对该污泥稳定性的影响

使用一种快速启动SBAR反应器培养好氧颗粒污泥,在此基础上研究污泥颗粒化过程与解体过程中好氧颗粒污泥的特性、反应器对污染物的去除效果以及三种胞外聚合物(EPS)关键组分含量的变化对颗粒污泥稳定性的影响。结果表明:(1)在低水力负荷条件下,通过缩短沉淀时间、改变进水基质浓度等措施,反应器在92 d时完全形成淡黄色、小粒径、不规则形状的颗粒污泥;同时完全颗粒化后,SVI保持在50mL/g以下,MLSS保持在4.0g/L以上。(2)在144 d的运行时间内,反应器对COD的去除率均在91.18%以上,出水COD浓度均在50 mg/L以下;而TP的处理效果波动较大,去处率在49.25%~99.22%;除启动过程外,反应器对NH_4~+-N的去除效果达到80%以上。(3)颗粒污泥中溶解型EPS(S-EPS)、松散结合型EPS(LB-EPS)的含量较少且变化不明显,而紧密结合型EPS(TB-EPS)中的蛋白质(PN)在颗粒污泥的形成与解体过程中变化明显,当维持在35~40 mg/g MLSS时,颗粒污泥可以保持稳定。     

Ca~(2+)、Mg~(2+)对好氧污泥颗粒化的影响研究

研究了投加不同金属离子(Ca2+、Mg2+)在好氧污泥颗粒化过程中的作用,简要分析了颗粒形成过程中污泥的形态和物化性质变化,重点探究Zeta电位、胞外多聚物(EPS)的变化以及两者之间的关系。在接种普通活性污泥的2个序批式反应器中分别投加等量40 mg/L的Ca2+和Mg2+,培养运行34 d,2个反应器都已全部颗粒化,结果显示添加Mg2+更有利于缩短好氧颗粒污泥系统的启动时间,而添加Ca2+形成的颗粒污泥平均粒径较小,添加Mg2+更能促进EPS的分泌。底物匮乏期,添加Mg2+较添加Ca2+的微生物更易利用EPS作为碳源,且在饱食-饥饿期的交替阶段Mg2+对污泥表面Zeta电位造成的影响更大。     

好氧颗粒污泥的快速培养以及胞外多聚物对颗粒化的影响研究

采用普通活性污泥、部分好氧颗粒污泥和部分厌氧颗粒污泥分别作为接种污泥培养好氧颗粒污泥。在操作条件相同的情况下比较三者颗粒化的过程与完成时间。同时,研究胞外多聚物(EPS)对好氧污泥颗粒化的影响。结果显示,预先投加部分好氧颗粒污泥可以大大缩短好氧颗粒污泥的形成时间,胞外多聚物与污泥的颗粒化有密切联系。     

工业园区废水好氧颗粒污泥的培养

以盐仓工业园区废水为原水,在序批式反应器(SBR)中培养好氧颗粒污泥。结果表明:该工业园区废水中可以实现好氧污泥颗粒化,且颗粒密实,但形状不规则;经过70 d运行后,反应器中污泥SVI10达到26 mL/g,颗粒化率为80%,颗粒的粒径主要在0.3～0.5 mm之间;颗粒污泥成熟后,好氧颗粒污泥反应器对COD的去除率为73%～80%、色度去除率90%～95%,出水水质(COD、色度)优于该污水处理厂的出水。     

有机负荷对污泥胞外聚合物分泌特性及颗粒形成的影响

对比研究了4.8kg COD/(m~3·d)和1.2kg COD/(m~3·d)的有机负荷条件下好氧颗粒污泥的形成过程,并通过解析好氧污泥颗粒化进程中胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)的分泌特性,揭示不同有机负荷对污泥颗粒化进程的影响机制。结果表明:高有机负荷更有助于促进细胞分泌EPS,在颗粒形成阶段,高有机负荷反应器(R_1)中EPS含量由初始的54.82mg/g MLSS增至220.5mg/g MLSS,低有机负荷反应器(R_2)中EPS含量则增至182.57mg/g MLSS;同时,高有机负荷也更有助于蛋白(protein,PN)和多糖(polysaccharide,PS)含量增加,且与多糖相比,蛋白含量增加更为明显,R_1中PN/PS值由初始的4.2升高到12.4,而R_2中PN/PS值则由初始的4.2升高到12.19,结合三维荧光光谱图和傅里叶红外谱图分析,有机负荷的高低对EPS的组分没有明显影响,但是可以改变EPS的结构,从而影响颗粒污泥的形成及特性。     

好氧颗粒污泥培养方法及其厌氧化研究

以葡萄糖为底物,普通絮状活性污泥为接种污泥,30目以上4 0目以下木炭颗粒为载体,在类似SBR反应器中提高反应器COD负荷、减少沉淀时间,不断洗出细小分散污泥和絮状污泥,使微生物在木炭颗粒表面附着生长,当COD负荷为3 2kg/ (m3 ·d) ,沉降时间为2 0min时,反应器污泥床中活性污泥实现颗粒化。此阶段下,污泥体积指数SVI为1 8mL/g ,MLSS 90 0 0mg/L。好氧颗粒污泥直径大多2 . 0～2 . 5mm。在好氧颗粒污泥厌氧化研究中,控制温度在30℃,pH值在7 . 5～8. 0之间,停留时间为2 4h ,COD负荷从2kg/ (m3 ·d)增加至4kg/ (m3 ·d) ,COD去除率从4 5 %增加到6 6% ,好氧颗粒污泥在厌氧条件下具有了有机物分解和去除的效果,可以认为转变成了厌氧颗粒污泥。     

Cr(VI)长期胁迫对好氧颗粒污泥稳定性的影响研究

在5个SBR反应器中,通过对好氧颗粒污泥污染物去除功效、颗粒形态结构与粒径以及胞外聚合物组成的跟踪分析,研究Cr(VI)质量浓度0、1、3、5和10mg/L长期作用(历时65 d)对好氧颗粒污泥稳定性的影响。结果表明,好氧颗粒污泥对质量浓度3mg/L以下的Cr(VI)长期作用具有良好的抵御机制,而质量浓度5mg/L以上Cr(VI)则严重威胁好氧颗粒污泥的稳定性,使其结构趋于扁平化并逐渐解体。虽然Cr(VI)质量浓度越高各反应器的COD和TN去除率下降趋势愈明显,但在实验末期,各反应器对COD和TN仍保持着较高去除率,分别为97.43%、96.89%、95.43%、93.69%、90.46%和95.11%、94.31%、91.97%、87.68%、82.59%。EPS中胞外多糖在保护微生物、抵抗Cr(VI)毒害方面起主要作用,面临Cr(VI)胁迫,胞外多糖的含量明显增加,而胞外蛋白含量基本不变。胞外多糖与胞外蛋白比值的增加以及结构性多糖的消耗是降低好氧颗粒污泥结构稳定性的重要因素。     

铁盐对好氧颗粒污泥处理含盐废水去除污染物及颗粒化进程的影响

为探究铁盐对好氧颗粒污泥（AGS）处理含盐废水污染物去除规律及颗粒化进程的影响，在中温条件下建立两个小试规模的反应器，通过改变进水盐度及铁盐含量，研究了磁性氧化铁对AGS去除污染物及颗粒化进程的影响，解析了铁盐及盐度胁迫下微生物群落的响应特征。结果表明，铁盐存在能缓解盐度对微生物抑制并加速污泥颗粒化。进水盐度为1.8%时，铁盐存在组内出水COD为17.2～26.5 mg/L。此外，铁盐存在组别内盐度对颗粒污泥胞外聚合物（EPS）增殖量较少，但促进了污泥粒径的增大，并提高了污泥沉降性。在盐度为1.8%时，铁盐组别内EPS含量为83.6 mg/g，污泥体积指数（SVI）降低至96.4 mL/g。此外，铁盐存在提高了颗粒污泥处理含盐废水中的Firmicutes和Nitrospirae的相对丰度至20.2%和4.5%。研究结果为AGS高效处理含盐废水提供了一定的理论依据和数据支撑。     

好氧颗粒污泥处理含油废水的机制探究

针对含油废水油脂处理效率低等特点,并解决传统膜工艺运行成本高等问题,开展了基于好氧颗粒污泥处理含油废水的探究。结果表明,在好氧颗粒污泥启动期,培养时间约为35 d。待好氧颗粒污泥培养稳定后,COD和油脂去除率分别高达80.4%～84.3%和79.5%～82.3%,NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P的去除率均高达85%以上。絮状污泥颗粒化过程中胞外聚合物(EPS)的质量分数逐渐升高至175.6 mg/g,蛋白质的质量分数由初始21.3 mg/g升高至39.6 mg/g,蛋白质与多糖的质量分数比由1.36升高至2.50。好氧颗粒污泥处理含油废水对污水及污泥资源化具有重要意义。     

番茄酱加工废水的好氧颗粒污泥活性恢复研究

在SBR反应器中,以人工配制的番茄酱生产废水培养了180多天的好氧颗粒污泥,经-18℃的长时间低温冷冻,作为唯一接种污泥实现颗粒化和活性恢复,并研究污泥特性的变化。结果表明,颗粒污泥10 d左右恢复活性,30 d完成新的颗粒化并恢复高效降解能力,新形成的颗粒污泥粒径分布均匀,平均沉速与粒径大小呈正相关,且粒径、密实度及沉速有所下降。优化沉淀时间到15 min,污泥浓度保持8.0 mg/L以上,COD、NH⁺_4-N、PO+_4-N、PO^(3-)_4-P平均去除率分别保持在95%,85%和80%以上,随着运行增加,系统处理效能稳定提高。     

常温完全好氧条件下好氧颗粒污泥的富集与驯化研究

研究好氧颗粒污泥的富集和驯化过程,并考察好氧污泥颗粒对生活污水中各种污染物的去除效果。实验采用实际生活污水,以普通絮状污泥为接种污泥,无水乙酸钠为底物,在常温条件下(23~25℃),通过逐渐提高进水COD(从200 mg/L提高到400 mg/L)和减少沉降时间(从30 min减少到3 min),在完全好氧运行的序批式反应器(SBR)中成功实现了好氧污泥颗粒化。结果表明,成熟的好氧颗粒污泥呈橙黄色、结构密实、表面光滑,近似球形或椭球形,粒径均匀,在1~2mm。好氧颗粒污泥对城市污水中COD和氨氮的去除效果较好,平均去除率分别达到90%以上和95%以上;对TN的去除效果一般,平均去除率在80%左右;磷的平均去除率仅为60%。经过驯化后,好氧颗粒污泥对磷的去除效果有所提高,平均去除率达到71.75%。好氧颗粒污泥对城市污水脱氮除磷的效果比较理想。     

低浓度焦化废水启动EGSB反应器试验对比研究

采用低浓度焦化废水对EGSB反应器分别在厌氧以及微氧条件下进行启动对比试验研究。试验结果表明,微量氧的加入,能够快速驯化EGSB反应器中的颗粒污泥,缩短EGSB反应器启动的时间。在焦化废水质量浓度为548mg/L~818mg/L,进水量为1.0L/h、有机负荷为1.1kgCOD/(m3·d)~1.6kgCOD/(m3·d)、回流比为22.25∶1.00,上升流速为3.0m/h的条件下,微氧反应器对COD的去除率达到85%以上,相对厌氧反应器的去除率提高了41%。污泥性质测定结果显示,2种条件下污泥浓度、颗粒化程度、颗粒污泥内部菌群有差异。     

同步硝化反硝化好氧颗粒污泥的快速培养

建立2个反应器(R0、R1)培养好氧颗粒污泥,并通过向R1投加生物质炭促进颗粒污泥的形成。结果表明:投加1.5 g/L的生物质炭可加速颗粒化进程,在第11天形成以生物质炭作为晶核的颗粒污泥;与R0相比,R1中的颗粒污泥结构更致密、表面更光滑。然而生物质炭的投加对反应器性能无明显影响:2个反应器的COD和总氮去除率都可达到95%和65%以上;在一个反应周期内反应器中均无NO_3~--N和NO_2~--N积累,表明2个反应器均实现了同步硝化反硝化脱氮。     

SBR反应器中好氧颗粒污泥培养及处理汽车涂装废水试验

为探究好氧颗粒污泥对汽车涂装废水的去除特性,通过以蔗糖为碳源,在进水中逐步增加汽车涂装废水的方式在SBR反应器中培养驯化好氧颗粒污泥,定期监测污泥形态﹑性质的变化及其对汽车涂装废水的处理效果。结果表明, 45 d左右反应器中即出现了细小的颗粒,成熟后的颗粒污泥为棕黄色,结构密实,平均粒径达到了1.12 mm,污泥质量浓度在5 g/L左右, SVI30值为36 mL/g左右,沉降性能较好。成熟的颗粒污泥表面遍布着长短不一的杆菌,颗粒的外层主要是活细菌,内部以死细菌为主。EPS中的α-多糖﹑β-多糖和蛋白质主要分布在颗粒表面,内部也有少量,颗粒核心处基本没有。汽车涂装废水并没有对好氧颗粒污泥产生明显的抑制作用,稳定后的颗粒污泥对汽车涂装废水中CODCr﹑NH_3-N﹑PO_4~(3-)-P的去除率分别为85%﹑95%和65%,去除效果良好。     

含铁矿物质粉末促进厌氧氨氧化颗粒污泥形成及颗粒特征分析

为了促进厌氧氨氧化颗粒污泥的形成，提高污泥沉降性能，向启动初期的UASB厌氧氨氧化反应器中投加粉末状天然含铁矿物，从反应器性能、污泥变化情况和颗粒污泥特征等方面研究分析了该条件下厌氧氨氧化污泥的颗粒化过程。在投加含铁矿物质粉末后，颗粒污泥占比从反应器体积的0.9%提高到了15%，颗粒污泥平均密度从1.027 g/cm³增加到了1.080 g/cm³，污泥SVI从98.65 mL/g[VSS]降至33.51 mL/g[VSS]，反应器中颗粒污泥的形成速率明显提高，颗粒污泥比重增加，污泥沉降性能显著提升。含铁矿物质粉末的投加有效地促进了厌氧氨氧化污泥的颗粒化过程，提高了颗粒污泥的沉降性能。     

胞外聚合物对好氧颗粒污泥影响的研究进展

结合国内外对胞外聚合物和好氧颗粒污泥技术的最新研究进展,本文简要介绍了胞外聚合物的提取和测定方法;着重分析了影响EPS含量的主要因素,包括有机负荷、水力剪切力、沉降时间、废水水质等;详细论述了其主要成分蛋白质和多糖以及其对好氧颗粒污泥的形成、结构稳定性作用机理,探讨了EPS对颗粒污泥传质的影响;并提出了建立EPS标准提取方法、EPS组分对污泥沉降性的影响机制以及EPS中其它组分如腐殖质和通过共价、絮凝作用等结合的无机物对好氧颗粒化过程所起的作用进行深入的研究将会是今后的研究重点,进一步的研究有望揭示EPS对好氧颗粒污泥形成和稳定影响的作用机制。     

污泥快速颗粒化降解有机物过程研究

在SBR反应器中驯化培养好氧颗粒污泥。考察颗粒污泥物理性能变化和有机物降解效果,研究好氧颗粒污泥在低浓度有机废水中的适应性。实验结果表明,污泥颗粒化进程快,反应器运行第14天时,出现粒径为3~6 mm,表面光滑有光泽的颗粒污泥,对COD的去除率保持在85%以上;降低COD后,NH3-N、TP的去除率分别为74%和90%;系统对甲醇有去除作用但效果不理想,最终去除率只达到24.28%。     

好氧颗粒污泥处理啤酒废水的研究

以葡萄糖模拟废水培养出的好氧颗粒污泥为接种体,通过啤酒废水驯化,考察该污泥处理啤酒废水的可行性。实验结果表明,葡萄糖好氧颗粒污泥经驯化后能够迅速适应这种以糖类有机污染物为主的啤酒废水,驯化前后的污泥形态、生物活性差别不明显,相应的比耗氧速率分别为41.90和39.54g[O2]/(kg[MLSS].h)。驯化后的MLSS的质量浓度为8.23g/L左右,反应器的有机负荷稳定在4.3g[COD]/(L.d),而出水COD的质量浓度保持在45mg/L以下。因此,采用好氧颗粒污泥处理易生化的中低浓度工业废水有良好的应用前景。     

CuO NPs对好氧颗粒污泥形成的影响研究

采用4个SBR反应器,研究CuO NPs用量对好氧污泥颗粒形成及其稳定运行的影响。结果表明,当CuO NPs投加浓度0,0.5,1.0 mg/L和2.0 mg/L时,普通活性污泥可以被驯化培养为好氧颗粒污泥,颗粒污泥出现时间分别为26,24,28,27 d。0.5 mg/L的CuO NPs能刺激微生物生长,增加污泥浓度。COD和TN去除效果受CuO NPs影响较小,TP去除效果受CuO NPs影响较大。当CuO NPs投加浓度为0,0.5,1.0 mg/L和2.0 mg/L时,成熟颗粒污泥对TP的去除率分别为71.21%,70.34%,69.33%和60.84%。通过高通量测序发现,4个系统特有的OUT数目分别为1 637,1 562,1 958和1 584,分别占总样品的16.5%,15.75%,19.74%和15.97%,表明好氧污泥颗粒化进程中,CuO NPs的投加浓度对颗粒污泥微生物群落分布具有较大影响。污泥微生物种群结构分析,发现当CuO NPs投加浓度为2 mg/L时,变形菌门中包含大部分聚磷菌的β变形菌纲(β-Proteobacteria)比例下降明显,污泥颗粒化进程中,SBR4反应器除磷性能恶化的主要原因正是来自高浓度CuO NPs对β变形菌纲中微生物生长的抑制。     

CuO NPs对好氧颗粒污泥形成的影响研究

采用4个SBR反应器,研究CuO NPs用量对好氧污泥颗粒形成及其稳定运行的影响。结果表明,当CuO NPs投加浓度0,0.5,1.0 mg/L和2.0 mg/L时,普通活性污泥可以被驯化培养为好氧颗粒污泥,颗粒污泥出现时间分别为26,24,28,27 d。0.5 mg/L的CuO NPs能刺激微生物生长,增加污泥浓度。COD和TN去除效果受CuO NPs影响较小,TP去除效果受CuO NPs影响较大。当CuO NPs投加浓度为0,0.5,1.0 mg/L和2.0 mg/L时,成熟颗粒污泥对TP的去除率分别为71.21%,70.34%,69.33%和60.84%。通过高通量测序发现,4个系统特有的OUT数目分别为1 637,1 562,1 958和1 584,分别占总样品的16.5%,15.75%,19.74%和15.97%,表明好氧污泥颗粒化进程中,CuO NPs的投加浓度对颗粒污泥微生物群落分布具有较大影响。污泥微生物种群结构分析,发现当CuO NPs投加浓度为2 mg/L时,变形菌门中包含大部分聚磷菌的β变形菌纲(β-Proteobacteria)比例下降明显,污泥颗粒化进程中,SBR4反应器除磷性能恶化的主要原因正是来自高浓度CuO NPs对β变形菌纲中微生物生长的抑制。