低温对亚硝化颗粒污泥系统的影响特性

考察了温度变化对亚硝化颗粒污泥反应器的长期和短期影响特性,结果表明:在进水ρ（NH₄+-N）为（35.8±5.2）mg/L、水力停留时间为2.0 h以及运行温度为7~17℃的条件下,反应器保持着95%的亚硝化率和0.18~0.25 kg/（m3·L）的NH₄+-N去除负荷;反应器中较低的ρ（DO）∶ρ（NH₄+-N）（<0.25）是实现亚硝酸盐氧化细菌（NOB）有效抑制的关键因素;长期低温运行造成颗粒污泥比NH₄+-N氧化速率（SAOR）从（237±14）g/（g·d）下降至（93±11）g/（g·d）,但颗粒污泥中氨氧化细菌（AOB）的活化率（实际SAOR与最大SAOR之比）从48%升至约85%。批式实验结果表明,在7.1~28℃的短时温度变化内,亚硝化颗粒污泥NH₄+-N氧化反应的温度系数（θ）和活化能（E_a）分别为1.042~1.063,29.7~41.9 kJ/mol,均显著低于同等条件下絮体污泥的数值,表明颗粒污泥AOB比絮体污泥AOB具有更好的抗温度冲击能力。该研究结果可为基于颗粒污泥的高效城市污水亚硝化技术提供参考。     

自养脱氮污泥的亚硝化活性恢复策略

为考察自养脱氮污泥亚硝化活性快速恢复的策略,在3个反应器内分别采用不同的方法对经过长期冷冻保存后的污泥进行了恢复活性的研究.其中R1为MBR(膜生物反应器),采用低ρ(DO)(0.30 mg/L)连续流恢复策略;R2为SBR(序批式反应器),采用低ρ(DO)(0.30 mg/L)间歇流恢复策略;R3为SBR,采用低ρ(NH₄+-N)预培养-高曝气-低ρ(DO)运行三阶段的恢复策略.结果表明,R1的恢复时间为46 d,NH₄+-N氧化速率达到4.99 mg/(h·g)(以N计),最终ρ(MLSS)达到5.43 g/L;R2的恢复时间为39 d,NH₄+-N氧化速率达到4.61 mg/(h·g),最终ρ(MLSS)达到4.47 g/L;R3的恢复时间为48 d,NH₄+-N氧化速率达到5.64 mg/(h·g),最终ρ(MLSS)达到5.16 g/L. 3个反应器均能长期抑制亚硝酸盐氧化细菌的活性,使亚硝化稳定运行. 3个反应器中,R3恢复所需时间最长,但污泥活性最好; R1中的污泥活性较低,但是膜组件有效截留了污泥,达到了最高的ρ(MLSS).研究显示,通过厌氧预培养后转为膜生物反应器连续流运行的策略,可有助于污泥的极大保留及污泥活性的最大恢复.      

高含盐有机废水MDAT-IAT生物处理工艺研究

在不同含盐量条件下,利用MDAT-IAT生物处理工艺,对废水的处理效果、活性污泥质量、污泥沉降性能和微生物相等方面进行了考察.结果表明,总水力停留时间为13.5 h,污泥龄为20.0 d,污泥回流比为200%的条件下,进水ρ(COD_Cr),ρ(BOD₅),ρ(NH₄+-N)和ρ(PO₄3--P)分别为690.3～821.8,470.0～600.0,58.4～71.9和2.4～4.1 mg/L,进水ρ(NaCl) 为30～80 g/L时出水ρ(COD_Cr),ρ(BOD₅),ρ(NH₄+-N),ρ(PO₄3--P) 和ρ(SS)分别为73.4～165.0,30.0～100.0,4.8～19.1,0.41～0.99,和48.5～123.6 mg/L.每次改变ρ(NaCl)时,污泥量都是先减少,后逐渐增多,同时系统中污泥SVI逐渐增大,污泥的沉降性能逐渐变差.      

NaCl对好氧颗粒污泥短程硝化反硝化的影响

利用SBR(序批式反应器)研究了不同ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)、进水ρ(NH₄+-N)对AGS(好氧颗粒污泥)短程硝化反硝化的影响. 结果表明,在pH、温度和ρ(DO)为8.0、30 ℃和3 mg/L条件下,以及ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)和ρ(NH₄+-N)为20 g/L、8 h、600 mg/L和70 mg/L时,η_A(NH₄+-N去除率)和NAR(NO₂--N积累率)达到最佳. 当进水ρ(NaCl)为10 g/L时,NOB(亚硝酸盐氧化菌)被完全抑制,AOB(氨氧化菌)能够保持正常活性. ρ(COD_Cr)较高时能够促进NAR的提高. 经过116 d的培养,AGS短程硝化反硝化的耐盐极限为50 g/L,此时η_A小于50%,AOB被严重抑制,AGS丧失硝化能力. AGS的同步硝化反硝化作用明显,SND(同步硝化反硝化率)平均值为24.2%,SNDV(同步硝化反硝化比速率)平均值为0.63 h-1,低ρ(DO)比高ρ(DO)下的SND同步硝化反硝化作用更为明显.      

好氧区DO对水解酸化-缺氧-好氧工艺处理石化废水的影响

采用水解酸化-缺氧-好氧工艺处理某石化废水,研究了不同好氧区ρ(DO)下,系统中的有机物、NH₄+-N和TN的去除效果,SMP(soluble microbial products,溶解性微生物产物)的产生情况,以及污泥沉降性能的变化. 结果表明:在总水力停留时间为40h、污泥回流比为100%的情况下,好氧区ρ(DO)平均值从6~7mg/L降至1~2mg/L左右时,系统仍可维持较为稳定的有机物、NH₄+-N和TN去除效果;随着好氧区ρ(DO)的降低,出水中ρ(SMP)对ρ(COD_Cr)的贡献有所降低,SMP中ρ(蛋白质)与ρ(多糖)之比由4.6∶1降至0.8∶1;随着好氧区ρ(DO)的降低,污泥的沉降性能逐渐变差,SVI(污泥指数)由62.7mL/g升至136.9mL/g,但并未导致污泥流失. 综合污染物去除效果和运行能耗来看,该研究中较为适合的好氧区ρ(DO)为2~3mg/L.      

饥饿对两级SBR反应器内活性污泥的影响

为探究饥饿期内活性污泥中微生物活性的衰减速率、物理性质的变化及恢复情况,研究了好氧〔ρ(DO)=5.50 mg/L〕/缺氧〔ρ(DO)≤0.03 mg/L〕饥饿期对稳定运行的两级SBR反应器内污泥活性的影响,同时考察了污泥的恢复能力及理化性质的变化. 结果表明:30 d的饥饿使COD_Cr去除率下降了20.8%,r_COD(异养菌活性)由111.8 mg/(L·h)降至59.2 mg/(L·h);NH₄+-N去除率下降了59.2%;COD_Cr去除率、r_COD、NH₄+-N去除率分别在94、97、95 d时恢复. 饥饿期内AOB(氨氧化细菌)的衰减速率(k_AOB)为0.029 d-1,NOB(亚硝酸盐氧化细菌)的衰减速率(k_NOB)为0.021 d-1. 恢复初期AOB的恢复速率(k_AOB′=0.125 d-1)大于NOB的恢复速率(k_NOB′=0.069 d-1),导致NO₂--N的累积. 此外,饥饿期ρ(MLSS)下降了42.6%;SVI(污泥指数)由71.2 mL/g升至135.1 mL/g;w(EPS)(EPS为胞外聚合物)由37.9 mg/g(以VSS计)降至18.5 mg/g,其中主要由w(PN)(PN为蛋白质)的减少所致;各物理指标的变化均可在恢复期内恢复.      

瞬时NH4+-N冲击对微压反应器污染物去除效果的影响

探究NH₄+-N冲击对微压反应器(MPR)污染物去除效率的影响,通过提高单周期瞬时进水NH₄+-N浓度至40,50 mg/L,对MPR进行冲击。结果表明:常规负荷下,MPR具有良好的污染物去除效果。冲击周期降解历时数据显示,在进水40 mg/L NH₄+-N冲击周期内进水ρ(COD)、ρ(NH₄+-N)、ρ(TP)分别为192.58,40.96,2.52 mg/L,出水分别为38.16,0.70,0.26 mg/L,去除效果无显著变化,出水TN浓度上升至16.04 mg/L。增加NH₄+-N冲击浓度至50 mg/L,冲击周期内NH₄+-N降解速率不变,反硝化速率提高,出水ρ(NH₄+-N)、ρ(TN)升高至4.95,17.62 mg/L,TN降解主要受碳源不足影响;TP去除效果无变化,冲击后57个周期内除磷系统受到影响,出水TP出现较大波动,最高浓度达到2.6 mg/L。以上结果表明,MPR系统受到NH₄+-N冲击后1个周期内,脱氮性能即可恢复,说明冲击对脱氮系统造成了可逆的短期影响,但对除磷系统造成不可逆的长期影响。     

UASB-MBR组合工艺处理模拟黄连素废水

采用升流式厌氧污泥床-膜生物反应器(UASB-MBR)组合工艺处理模拟黄连素废水,模拟废水中有机污染物由葡萄糖和黄连素配制,以葡萄糖作为初级能源物质,通过微生物协同降解作用去除废水中的黄连素.在水力停留时间(HRT)为24 h,进水ρ(COD_Cr),ρ(NH₄+-N)和ρ(黄连素)分别为1 717～4 393,91.8～158.7和64.4～276.8 mg/L,废水中黄连素的ρ(COD_Cr)贡献率为7.5%～25.0%的条件下,组合工艺可实现ρ(COD_Cr),ρ(NH₄+-N)和ρ(黄连素)的去除率分别为92.5%～95.9%,67.0%～98.9%和99%以上,废水中黄连素主要通过UASB去除,去除率为95.2%～98.9%.在进水COD_Cr负荷为0.54～1.88 kg/(m3·d),黄连素负荷为0.71～12.42 g/(m3·d)的条件下,MBR可保证出水ρ(COD_Cr),ρ(黄连素)和ρ(NH₄+-N)分别低于50,1.0和2.0 mg/L;随着MBR进水ρ(黄连素)升至3.45～12.42 mg/L,在黄连素的微生物毒性胁迫作用下,MBR中污泥呈由分散态向聚集态的转变.      

UASB1-A/O-UASB2深度处理垃圾渗滤液

针对传统垃圾渗滤液生物处理TN去除率低、投加碳源成本高的问题,采用UASB1-A/O-UASB2(单级上流式厌氧污泥床+缺氧/好氧+后置上流式厌氧污泥床)工艺处理实际垃圾渗滤液,实现NH₄+-N和TN的同步深度脱除,并且定量解析了A/O反应器实现并维持稳定短程硝化的影响因素. 结果表明:以V(垃圾渗滤液)∶V(生活污水)为1∶5的混合液作为进水,其ρ(COD_Cr)、ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)分别为1 700~1 800、660~700和650~680 mg/L,最终出水COD_Cr、TN和NH₄+-N去除率均在95%以上,出水ρ(TN)为38 mg/L,满足GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》的排放要求. 在好氧反应器中,FA(游离氨)与FNA(游离亚硝酸)对NOB(硝化细菌)的联合抑制作用是实现NO₂--N积累率稳定在80%以上的主要原因,而产生的NO₂--N和NO₃--N可在UASB2中以难降解的有机物为碳源,通过反硝化途径被去除. 研究显示,组合系统可实现对TN的深度去除.      

不同填埋结构渗滤液中的氮动态变化特性

建立了准好氧和厌氧的垃圾填埋模拟试验装置,研究了渗滤液中ρ(NH₄＋-N),ρ(NO₃－-N),ρ(NO₂－-N)和ρ(TN)的动态变化特性. 结果表明:装入模拟装置的城市生活垃圾,经过12个月的降解后,准好氧填埋结构渗滤液中的ρ(NH₄＋-N)和ρ(TN)显著下降,分别降至945和986 mg/L,下降率(分别为79.2%和77.3%)远远大于厌氧填埋结构;ρ(NO₃－-N)和ρ(NO₂－-N)变化波动较大,在第25～31周时,NO₃－-N与NO₂－-N都有一个累积的过程;厌氧填埋结构中,ρ(NH₄＋-N)由初始的4 599 mg/L降至2 812 mg/L,ρ(TN)则降至2 859 mg/L,其降解效果远不如准好氧填埋,而ρ(NO₃－-N)和ρ(NO₂－-N)较低,波动不大.      

进料负荷调控培养好氧颗粒污泥的试验研究

采用厌好氧交替的SBR反应器,以进料负荷（即进水浓度）作为主要控制参数,研究了好氧颗粒污泥的关键培养技术.结果表明,在30 min的较长污泥沉降时间下,通过进料COD 0～900 mg·L^-1的负荷调控,可以有效控制反应器内污泥生长.初始接种污泥的沉降性能对颗粒污泥产生很重要,SVI值保持在20～50 mg·L^-1才能有助于颗粒污泥形成和培养.应用“空曝”这种强力负荷调控方式可大大改善污泥沉降性能,并促进颗粒污泥的形成.通过进料减负荷运行可很好实现污泥的“完全颗粒化”培养.颗粒化转变出现在进料浓度COD 400～500 mg·L^-1,污泥浓度约8～10 g·L^-1.“完全颗粒化”污泥的性能优异,粒径约1.0 mm,SVI值25～35 mg·L^-1,最大沉降速率60 m·h^-1.污泥颗粒过程的发生可能决定于SBR的独特间歇式运行,即基质浓度的贫富交替,减负荷运行可强化基质贫富交替并增大颗粒化过程的驱动力.     

沉淀时间及生物膜对实际生活污水形成好氧硝化颗粒污泥的影响

利用3个间歇式活性污泥反应器（sequencing batch reactor,SBR,命名为R1、R2、R3）和1个间歇气提式内循环反应器（sequencing batch airlift reactor,SBAR,命名为R4）,处理低碳氮比实际生活污水,系统考察改变沉淀时间的方式及器壁生物膜对快速启动硝化好氧颗粒污泥（aerobic granular sludge,AGS）反应器的影响.结果表明,R1、R2、R4的沉淀时间骤降为2、4、2 min,由于一次性施加的沉速选择压过强,造成污泥大量流失,反应器崩溃,而后反应器器壁不断长出生物膜,混合液和出水中出现大量絮状、棒状、颗粒状污泥,经过35～40 d的培养,出水NH⁺₄-N小于1 mg/L,这主要是器壁生物膜的作用.反应器中的松软颗粒状污泥并非AGS,但它和AGS周围都有大量的轮虫等原生动物和后生动物,这表明生物膜和AGS同源.根据污泥沉淀的实际情况,逐步降低R3反应器的沉淀时间为8、6、5、4 min,当沉速达到10 cm/min时,污泥开始颗粒化;沉速达到12 cm/min时,污泥颗粒化基本完成,共经历了33 d.AGS与絮状污泥长期共存,以0.3 mm为界,两者质量比约为2∶1,AGS平均粒径在0.5　mm左右, NH⁺₄-N降解速率是污泥未颗粒化之前的5倍.     

SBR反应器内碳基好氧颗粒污泥的培养及其稳定运行特性

为探究粉末活性炭和钙离子的投加对污泥颗粒化进程的影响,在300 L SBR（序批式反应器）中接种普通絮状污泥,投加1.0 g/L粒径约75 μm的PAC（粉末活性炭）及35 mg/L的Ca2+以促进污泥颗粒化进程,并研究其稳定运行特性.结果表明:常温下反应器在14 d内开始形成具有良好沉降性能的AGS（好氧颗粒污泥）,至第18天污泥颗粒化程度达到80.0%左右;在此后运行的100 d内,AGS基本能保持其结构完整性.同时,反应器内ρ（MLSS）（污泥浓度）由接种时的3 300 mg/L升至4 050 mg/L,污泥SVI（体积指数）由接种时的120 mL/g变为35 mL/g.w（PS）（PS为胞外多糖）较少且变化量小;w（PN）（PN为胞外蛋白）在反应器启动及稳定运行阶段内都在提高,最终达到240 mg/g（以每gMLVSS中含PS的质量计）,PN/PS（质量比）最终稳定在15.00左右.稳定运行期间,反应器对污水中COD_Cr、TN、TP的平均去除率分别达到82.0%、76.5%和96.0%.研究显示,投加的PAC与普通絮状污泥间的吸附作用,促进了污泥的颗粒化进程;同时,PAC作为AGS的惰性成核物质,避免了AGS因内源呼吸从颗粒内部解体,提高了AGS的稳定性.      

Aerobic granules cultivated and operated in continuous-flow bioreactor under particle-size selective pressure

A novel method based on the selective pressure of particle size （particle-size cultivation method, PSCM） was developed for the cultivation and operation of aerobic granular sludge in a continuous-flow reactor, and compared with the conventional method based on the selective pressure of settling velocity （settling-velocity cultivation method, SVCM）. Results indicated that aerobic granules could be cultivated in continuous operation mode by this developed method within 14 days. Although in the granulation process, under particle-size selective pressure, mixed liquor suspended solids （MLSS） in the reactor fluctuated greatly and filamentous bacteria dominated the sludge system during the initial operation days, no obvious difference in profile was found between the aerobic granules cultivated by PSCM and SVCM. Moreover, aerobic granules cultivated by PSCM presented larger diameter, lower water content and higher specific rates of nitrification, denitrifieation and phosphorus removal, but lower settling velocity. Under long term operation of more than 30 days, aerobic granules in the continuous-flow reactor could remain stable and obtain good chemical oxygen demand （COD）, NH4^＋-N, total nitrogen （TN） and total phosphorus （TP） removal. The results indicate that PSCM was dependent on the cultivation and maintenance of the stability of aerobic granules in continuous-flow bioreactors.     

新型厌氧多级喷动床及其厌氧氨氧化脱氮性能分析

为改善厌氧反应器内的流态,加快污泥的颗粒化和形成具有生态梯度的微生物生态系统,设计并制作了新型厌氧多级喷动床,实验测试了反应器的水力喷动、气体喷涌和污泥分层分级现象。在常温下,利用新型厌氧多级喷动床接种混合污泥,经过42 d的培养,成功启动厌氧氨氧化反应器,稳定运行18 d后,NH₄+-N、NO₂--N去除率均达到90%以上。启动60 d后,反应器底部出现大量粒径2 mm左右的颗粒污泥,且污泥具有良好的稳定性和沉降性能,沉降速度达到70 m/h。结果表明:厌氧多级喷动床因其特殊的水力结构,可有效加快污泥的颗粒化。     

异养硝化好氧颗粒污泥培养条件研究

以具有好氧反硝化功能的异养硝化菌剂作初始接种物,粉末状活性炭对该菌剂进行预固定,批次进水的方式培养出了异养硝化好氧颗粒污泥,研究了颗粒污泥的培养条件.结果表明,有机负荷、进水水质、曝气量和沉降时间都对异养硝化好氧颗粒污泥的形成发育起着重要作用.模拟废水和猪场废水都可以培养出异养硝化好氧颗粒污泥.在COD负荷4.0 g·(L·d)~(-1),氨氮负荷0.212 g·(L·d)~(-1),曝气量为200 L·h~(-1),沉降时间为2.0～4.0 min条件下可形成颗粒污泥.采用葡萄糖为碳源的模拟废水培养颗粒污泥容易引起丝状菌的增殖,导致颗粒污泥沉降性能变差和脱氮功能减退.采用猪场配水能够将丝状菌有效地淘汰出反应器,恢复颗粒污泥沉降性能和脱氮功能,并促进颗粒污泥发育成熟.成熟的颗粒污泥性状稳定,当COD负荷为6.6～8.6 g·(L·d)~(-1),总氮负荷为0.409～0.474 g·(L·d)~(-1),氨氮负荷为0.285～0.304 g·(L·d)~(-1)时,颗粒污泥对以葡萄糖为补充碳源的猪场废水的总氮去除率为84.75%～88.33%,氨氮去除率为99.9%以上,COD去除率为97.29%～98.62%.     

Ca2+、Mg2+、Fe2+诱导颗粒污泥形成及污水处理效果

研究了Ca2+、Mg2+、Fe2+诱导好氧颗粒污泥(AGS)的形成,探讨其对COD、NH₄+-N、TP的去除效果,研究了有机污染负荷、温度、曝气量对污水处理效果的影响及AGS连续运行稳定性。结果表明:Ca2+、Mg2+、Fe2+可促进AGS形成,其中位径达到340 μm时分别需18,16,11 d。添加Ca2+、Mg2+和Fe2+的污泥SVI₃₀稳定在较低水平,MLSS高于自然形成的AGS,特别是Fe2+的脱氢酶活性较高。Ca2+、Mg2+、Fe2+诱导形成的AGS对COD、NH₄+-N、TP的处理效果较好,其中添加Fe2+的AGS的效果最好,在低、高有机负荷,超低温(4 ℃)和超高温(40 ℃)及曝气不足(1 L/min)情况下,均有较好的COD、NH₄+-N、TP去除效果。Ca2+、Mg2+、Fe2+诱导形成的AGS稳定运行60 d后仍有较好的处理效果,其中Fe2+诱导的AGS的COD、NH₄+-N、TP去除率高达96.3%、96.8%、88.7%。     

高浓度Vc生产废水培养好氧颗粒污泥的试验研究

采用高浓度难降解的Vc生产废水可以在SBR反应器中培养出好氧颗粒污泥.转化母液反应器中污泥实现完全颗粒化,得到的好氧颗粒污泥粒径为0.2～1 mm,平均沉降速度为31.2 m·h^－１;精制或提取母液反应器中污泥部分颗粒化,得到的颗粒粒径为0.5～2.5 mm,平均沉降速度为26.3 m·h^－１.由于形成好氧颗粒污泥,反应器系统表现出良好的运行性能,在进水COD 1 000～1 500　mg·L^－１时去除率达到80%左右.如果反应器进水中补充加入一定浓度的易降解有机物,处理系统的去除效率还可进一步提高并能缩短启动时间.通过观察和比较不同进水反应器中的生物相发现,好氧颗粒污泥中出现的原后生动物种类及生物相丰富程度不仅与反应器运行状态有关,更重要的是取决于反应器中的进水水质.实验中好氧颗粒污泥的形成过程经历了污泥复活、污泥驯化和污泥颗粒化3个阶段.在运行控制过程中通过将沉降时间作为培养好氧颗粒污泥的一个关键控制参数,它既可以去除反应器中沉降性差的污泥还可以在短时间内调节反应器中的运行负荷,从而促进反应器中好氧污泥快速实现颗粒化.