变频控制溶解氧和低温下SBR工艺实时控制策略的实现及中试

针对现今序批式活性污泥法(SBR)污水处理厂大多采用灵活性差的定时控制策略的现状,建立实时控制策略强化SBR工艺的性能,提高低温条件下的系统稳定性.采用体积为8.8m3的中试SBR应用定时控制策略长期处理生活污水,采用变频技术控制SBR曝气阶段ρDO保持恒定,同时在低温条件下考察硝化终点时频率,曝气时间与温度之间的经验关系式,最后建立低温条件下的实时控制策略,并将其应用到中试SBR中.结果表明,实时控制策略在SBR系统中得到成功应用,且在低温条件(11～18℃)下稳定运行100 d,出水ρCOD低于50kg/m3,出水ρTN低于5 g/m3,出水COD和TN平均去除率分别达到80%和95%以上,出水水质达到一级A排放标准.     

高氨氮废水厌氧氨氧化耦合内源反硝化深度脱氮技术创新与应用

为解决污水处理过程中总氮去除难、能耗高的世界性难题,项目团队持续研发厌氧氨氧化相关技术15年,全面充分研究了厌氧氨氧化菌代谢机理、培养条件、反应器控制技术与工程启动策略,构建了一套以厌氧氨氧化技术为核心的污水处理创新技术体系,自主研发实现多项重大技术突破并实现产业化,研究成果达到世界先进水平。所研发的工艺技术已在污泥消化液、垃圾渗滤液、污泥热水解消化液等高氨氮污水处理领域实现产业化,建成了国际上最大的厌氧氨氧化工程和最大的厌氧氨氧化菌菌种基地,获得了良好的经济、环境与社会效益,实现了科研项目落地转化的社会目标与责任。     

基于宏基因组的城市污水处理厂生物脱氮污泥菌群结构分析

为了探求活性污泥系统中含有的复杂微生物群落对污水处理厂污水中污染物去除的重要作用,通过对Illumina Hi Seq 4000平台宏基因组测序结果分析,探究了污水处理厂中生物脱氮系统中的微生物群落的多样性、功能菌种以及主要的代谢途径.在KEEG和COG数据库水平上进行生物分类和功能注释.生物检测结果表明:在门水平上的优势菌种是:变形菌门、拟杆菌门、硝化螺旋菌门、放线菌门、绿弯菌门、厚壁菌门.各个菌的丰度分别占到测序细菌的53. 6%、25. 3%、5. 86%、2. 43%、1. 71%、1. 46%. Nitrosomonas、Nitrospira和Thauera菌是检测到的典型的AOB、NOB和反硝化菌,分别占到5. 82%、2. 26%、4. 30%,表明该生物系统具有良好的脱氮性能.同时,对氮循环过程中的各种主要的酶进行了阐述,量化分析了硝化和反硝化过程中涉及的功能基因(amo:1 966 hits,hao:1 000hits,nar G:8 204 hits,nap A:1 828 hits,nirk:1 854 hits,nor B:2 538 hits,nos Z:5 158 hits),同时亚硝酸盐氧化还原酶的功能基因数量为8 204 hits.本研究对生物脱氮系统中的菌群结构和多样性做了综合的阐述,可为优化系统中营养物的去除提供理论基础.     

不同活性污泥胞外聚合物提取方法优化

活性污泥胞外聚合物( extracellular polymeric substances, EPS)是污水生物处理过程中污泥结构、脱水性能、絮凝性能以及沉降性能的重要决定因素,而提取方法不同EPS的剥离程度存在很大的差别.因此EPS提取方法的建立至关重要.采用6种方法提取不同污泥EPS,分析了不同污泥每g干污泥中分层EPS的质量及组成,并考察了污泥粒径及脱水性能与污泥EPS的关系.结果表明：不同工艺不同污泥每g干污泥中EPS质量不同;甲醛+NaOH法提取EPS效率高且对细胞破坏程度小,试验中不同污泥EPS提取量为15.88~39.30 mg;每g干污泥中黏液层EPS质量越高,蛋白质与多糖质量浓度之比越大,污泥脱水性能越差;污泥EPS的提取效率与污泥粒径存在一定的相关性,污泥粒径越大,提取效率越高.     

反硝化聚磷菌的培养富集及处理生活污水的稳定运行

在厌氧-好氧交替运行的序批式反应器（sequencing batch reactor, SBR）中,以C/P比大于50的实际生活污水为进水,成功驯化富集聚磷菌,平均厌氧释磷量为15 mg·L^-1,出水\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}\text{-}}-P浓度稳定小于0.5 mg·L^-1。在系统运行的第74 d调整运行模式为厌氧-缺氧-好氧,在缺氧开始时短期投加\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\text{-}}-N配水以驯化培养反硝化聚磷菌。保持系统内\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\text{-}}-N浓度不变,在进水COD浓度为250 mg·L^-1时,反硝化除磷效果最佳,平均反硝化除磷量占除磷量的比为87.1%。不同pH下反硝化除磷速率的小试证明,在pH=7.0时得到最大的比吸磷速率2.1 mg P·(g VSS·h)^-1。此时调整\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\text{-}}-N进水为另一个全程硝化反应器的出水,并加大排水比增加缺氧初的进水量使得反应器内缺氧时的pH接近7.0,与未改变pH时对比表明前者在缺氧段反硝化除磷速率加快。反应器共运行160 d,稳定完成COD的去除与反硝化除磷过程。     

驯化后的聚糖菌对NO2——N和NO3——N内源反硝化速率的影响

在序批式（sequencing batch reactor,SBR）反应器中,通过分段厌氧-好氧（厌氧后排水）运行方式,在以葡萄糖为碳源、P/C比小于2/100的条件下,成功实现了聚糖菌（glycogen accumulating organisms,GAOs）的驯化富集,厌氧段磷酸盐的释放量（phosphorus release amounts,PRA）稳定在1.0 mg·L^-1以内,胞内糖原（glycogen,gly）含量是初始阶段的1.2倍。驯化后的GAOs分别以NO₂^--N、NO₃^--N为电子受体经厌氧-缺氧运行方式,可进行内源反硝化反应过程。GAOs在内源反硝化过程中依次利用胞内的聚β-羟基戊酸酯（poly-β-hydroxyvalerate,PHV）、聚β-羟基丁酸酯（poly-β-hydroxyvalerate,PHB）和gly作为内碳源。在22℃时,反硝化聚糖菌（denitrifying glycogen accumulating organisms,DGAOs）以NO₂^--N、NO₃^--N为电子受体平均比内源反硝化速率分别为0.067 g N·（g VSS）^-1·d^-1、0.023 g N·（g VSS）^-1·d^-1,常温短程内源反硝化速率约是全程内源反硝化速率的3倍。     

低温热处理对剩余污泥有机物溶出及脱水性能改变的影响

为了提高剩余污泥厌氧消化过程中的水解速率,采用批次试验对处理实际生活污水的剩余污泥进行低温热处理,研究了在处理时间为10~80 min,处理温度50~90℃条件下,低温热处理对有机物溶出、溶解性碳水化合物(SC)和溶解性蛋白质(SP)相对分子质量变化及脱水性能改变的影响.结果表明:随着热处理时间的延长,溶解性化学需氧量(SCOD)、SC和SP分别在90℃、80 min,90℃、70 min和70℃、40 min条件下达到最高值,较原污泥中各项指标分别增长了15.5、19.2和5.2倍.升高温度可以促进大分子物质向小分子物质的转化,在50~90℃,SC最小相对分子质量从163 u降低到2.5 u,SP从1.41 u降低到0.26 u.通过污泥毛细吸水时间(CST)来表征污泥的脱水性能,CST在80℃后增长速率加快,70℃、80 min条件下较原污泥增长了108.8 s,而在90℃、80 min条件下增长了375.7 s.根据以上研究结果得出结论,最合适的热水解条件为70℃、30 min.     

改良UCT分段进水深度脱氮除磷工艺反硝化动力学性能

采用序批试验研究了在T=(15±1)℃条件下以生活污水、污泥水解酸化上清液、乙酸钠、甲醇、乙醇和葡萄糖为电子供体的活性污泥的反硝化性能以及pH变化规律和动力学特性.结果表明,乙酸钠的比反硝化速率和比耗碳速率最高,分别为4.13 mg/(g.h)和29.8 mg/(g.h),但其反硝化能力最低.污泥水解酸化上清液的反硝化速率与乙酸钠相当.反硝化菌需经若干周期的驯化后才能适应甲醇和乙醇电子供体.当要求直接提高反硝化速率时,不宜选择甲醇和乙醇为碳源.而葡萄糖电子供体系统在前10～120 min出现短暂的"ρ(NOx--N)还原停滞平台",当大分子葡萄糖糖酵解为小分子有机物后,反硝化过程才顺利进行,糖酵解过程是葡萄糖反硝化过程的限速步骤.此外,不同电子供体反硝化过程pH变化规律可以间接指示反硝化动力学特性,其缺氧异养菌产率系数为0.68～0.73.     

亚硝酸盐对聚磷菌厌氧代谢的影响

为进一步认识聚磷菌(phosphate accumulating organism,PAOs)的代谢机制以及影响因素,在厌氧-好氧交替运行的SBR反应器中,采用人工配水,富集了含量高达80%以上的聚磷菌Candidatus Accumulibacter Phos-phates,在此基础上,用静态试验的方法研究了突然投加不同质量浓度的亚硝酸盐(ρ(NO 2--N)=0、5、10、20、40mg/L)对聚磷菌厌氧放磷的影响.结果表明,前60 min,随着起始ρ(NO 2--N)从0 mg/L提高到40 mg/L,释磷量不断增加,起始ρ(NO2--N)为40 mg/L的反应器比起始ρ(NO2--N)为0 mg/L的反应器释磷量增加了近60%,而乙酸吸收速率和PHA合成量却几乎下降了20%.60 min后,ρ(PO34--P),ρ(NO2--N)以及ρPHA都出现下降趋势,系统发生了反硝化吸磷.结果表明,此系统富集的PAOs中,一部分具有反硝化除磷的功能,还有一部分会因为亚硝酸盐的进入对其发生毒害而自溶.     

强化生物除磷系统中主要菌群的富集和培养

以SBR反应器为载体,接种具有除磷功能的活性污泥后分别富集了强化生物除磷(EBPR)系统中的2个主要微生物种群聚磷菌(PAO)和聚糖菌(GAO).以P/C和碳源种类这2个关键因素作为选择性条件控制富集的方向.高P/C下以乙酸丙酸交替富集Accumulibacter;在低P/C下以乙酸富集Competibacter,以丙酸富集α-GAO.在适当pH、温度、好氧段DO、进水负荷等条件下,富集这3类微生物取得了成功,富集结果是Accumulibacter占80%, 系统对PO3-4-P的去除率可达98%以上,Competibacter占90%,α-GAO也占有非常大的比例.此外一些细节如配水灭菌、配水充分溶解等因素也能决定富集的成败.