好氧颗粒污泥的解体机制及修复策略研究进展

好氧颗粒污泥(AGS)技术被誉为有望替代活性污泥法的下一代污水生物法处理技术,但其存在长期运行下颗粒易解体而造成系统失稳的瓶颈问题,未能大规模化工程应用.通过文献分析和整理,系统归纳了造成AGS解体的各类不利因素及其危害阈值与作用机制,梳理了解体AGS的现有修复策略,成效及其再颗粒化机理,并基于现有研究的局限性对未来的研究方向进行展望,以期实现AGS系统a解体-再颗粒化”的动态稳定运行,推动污水厂采纳AGS技术而低碳化转型.

同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥的储存与恢复

针对好氧颗粒污泥颗粒化时间慢等问题,进行了同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥常温储存及活性恢复实验研究.结果表明,好氧颗粒污泥经过60d的常温储存后,颗粒的结构基本能保持稳定,但是颗粒污泥的活性大幅度降低,污染物去除率仅有储存前的30%~40%.将常温储存的颗粒污泥接种到反应器中,经过一定的调控手段,可以在60d内恢复好氧颗粒污泥的功能及活性.此外,经过储存与恢复,好氧颗粒污泥的群落结构也发生了明显变化.大部分的微生物的相对丰度变化可逆,经过储存和恢复可以恢复至储存前的状态(包括Defluviicoccus(GAOs)和Flavobacterium(PAOs)),重构同步脱氮除磷的微生物群落结构.

好氧颗粒污泥资源化中类藻酸盐胞外多糖研究进展

好氧颗粒污泥(AGS)资源化研究已成为AGS技术的重点研究方向之一,从AGS中提取所得的类藻酸盐胞外多糖(ALE)被认为是好氧颗粒污泥中最具价值的可回收资源之一。在污水处理厂技术变革聚焦于高附加值产物回收的背景下,AGS中ALE的回收应用已经形成一条较清晰的通路。首先基于AGS的形成机理及其组分,分析了AGS胞外聚合物(EPS)中所含有的ALE的独特结构和性质,总结了国内外回收和评价ALE的方法,并阐述了废水有机负荷率、碳氮比、盐度、污泥颗粒粒径、污泥停留时间等因素对ALE产量的影响,之后对同步回收ALE和其他附加值产物的研究进行了总结,最后通过对ALE广泛应用范围和实际经济价值的讨论,提出了ALE在AGS资源化方面的潜在研究方向。

定向调控电子受体强化好氧颗粒污泥内源反硝化脱氮除磷

为强化内源反硝化作用,加强对有限碳源的高效利用,设置了1组厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)和3组不同好氧时间分配的厌氧-两级短时好氧/缺氧(A/(O/A)_(2))序批式反应器,探究定向调控电子受体下污泥的颗粒化及反硝化聚糖菌(DGAOs)的富集情况.结果表明,采用两级短时好氧/缺氧的反应器好氧颗粒污泥结构更加致密、沉淀性能更好,缺氧段及好氧段电子受体更充足,DGAOs储存内碳源的能力得以强化,系统中反硝化聚糖菌和DGAOs对碳源的竞争达到平衡状态,系统有更高的内源反硝化脱氮率,实现了深度脱氮除磷.其中,两级短时好氧时间分配时间为前段60min/后段30min的R2的脱氮除磷效果最好,DGAOs含量最高,且颗粒沉降性能最佳.第45d,R2的COD、TN、TP去除率分别达到90.52%、85.71%、92.73%,内源反硝化效率达到58.59%,具有良好的污染物去除效果.

C/N对好氧颗粒污泥处理垃圾渗滤液影响研究

研究低曝气量条件下,采用进水C/N(5、7.5、10)对AGS处理垃圾渗滤液效果的影响,以及反应器以A/O模式运行一完整处理周期内各阶段污染物去除情况。在3 L/min的曝气量条件下,PAC-SBR反应器中好氧颗粒污泥(AGS)已经过60 d曝气培养成熟,反应器以A/O模式运行,包括厌氧时间110 min和好氧时间180 min,将预处理过的垃圾渗滤液稀释后作为进水。改变进水C/N对COD和TP的处理效果影响较小,对氨氮的去除影响较大。碳源较为充足的条件下,AGS对COD和氨氮的平均去除率均能达到90%以上,TP去除率达到66%左右。考虑到节约碳源,C/N=7.5较为合适,该条件下,AGS系统运行一完整周期,对COD、氨氮和TP的平均去除率分别为92.98%、91.58%和62.12%。

进水底物对好氧颗粒污泥特性及微生物群落的影响

为了研究进水底物对好氧颗粒污泥(AGS)特性的影响,通过接种絮状污泥于序批式反应器(SBR)中以生活污水和模拟生活污水作为进水底物,对AGS形成过程中的污泥特性和微生物群落展开研究。研究表明:以模拟生活污水为进水底物,发现颗粒污泥内部以丝状菌为框架,通过对污泥的截留逐渐形成AGS,污泥沉降性能良好。随着AGS的形成胞外聚合物(EPS)组分中蛋白质(PN)含量增加显著,PN/PS由1.77上升至5.80,促进了AGS的形成和稳定性,且EPS含量与Zeta电位、污泥沉降指数呈负相关。连续投加Fe(OH)_(3)胶体抑制了NOB菌的活性,导致生活污水阶段污染物的去除效果较差;AGS形成后污染物的去除效果明显上升,特别是氮、磷污染物。生活污水阶段Candidatus_Microthrix菌属引起了系统内丝状菌膨胀,同时微生物群落丰富度、多样性逐渐降低。模拟生活污水阶段具有疏水性和分泌EPS功能的菌属丰度占比持续上升,例如:unclassified_o__Saccharimonadale(33.%→22.0%)、Zoogloea(3.0%→6.0%)、unclassified_f__Sphingomonadaceae(0.87%→3.1%)菌属等;促进了污泥颗粒化;同时随着污泥颗粒化程度提高,具有反硝化和除磷功能的菌属丰度占比持续上升,保证了AGS系统高效的脱氮除磷性能。

氧化锌纳米颗粒和四环素复合胁迫对好氧颗粒污泥处理低碳源废水的影响

为明确新污染物氧化锌纳米颗粒(ZnO NP)和四环素抗生素(TCA)复合胁迫对好氧颗粒物污泥处理低C/N废水的影响,构建了小试规模的颗粒污泥反应器,探究了ZnO NP和TCA复合影响对AGS处理低C/N废水的影响,分析了出水水质、污泥特征及微生物群落特征的变化,揭示了ZnO NP和TCA复合胁迫对AGS的影响机制。结果表明,ZnO NP和TCA复合胁迫对AGS处理低C/N废水具有拮抗作用。ZnO NP和TCA复合暴露组别内,出水COD和溶解性磷酸盐(SOP)浓度分别为42.8~53.4 mg/L和1.95~2.36 mg/L,对应去除效率分别下降至75.1%~78.5%和70.3%~75.6%,远低于ZnO NP和TCA单一暴露组别。ZnO NP和TCA复合胁迫降低了AGS污泥浓度总固体(TS)至5.5~5.8 g/L,挥发性固体/TS至0.61~0.64,但刺激胞外聚合物(EPS)含量至91.6~93.4 mg/g。此外,ZnO NP和TCA复合胁迫提高了EPS内蛋白质(PN)和多糖(PS)含量,并提高PN/PS。酶活性分析表明ZnO NP和TCA复合胁迫降低了与污染物和营养盐去除相关的关键酶活性。微生物群落结构分析ZnO NP和TCA复合胁迫降低了属水平上与反硝化相关的Tsukamurella、unclassified f_Comamonadaceae、Micropruina和Microbacterium的相对丰度。ZnO NP和TCA复合胁迫产生的生态毒性对AGS具有严重影响。研究结果为理解新污染物ZnO NP和TCA复合胁迫的环境风险具有一定的理论意义。

好氧颗粒污泥结构稳定强化策略研究评述

好氧颗粒污泥由于其强大的抗冲击能力和出色的除污效果,在常规活性污泥性能升级改造中得到热点关注,而其形成时间较长和稳定性较弱的问题限制了在污水处理厂的商业化应用。为了能尽快将好氧颗粒污泥技术广泛投入到污水处理领域中,有必要重新深入认知形成机制和结构稳定性的关键影响因素,从而达到精准调控其形成过程和实现长期稳定有效使用目的。该文通过系统地收集和分析相关研究文献,梳理了好氧颗粒污泥形成机制,形成机制主要集中在七大类假说,即晶核理论、自凝聚原理、胞外聚合物假说、丝状菌假说、细胞疏水性假说、选择压驱动假说和阶段假说等。从宏观和微观两个角度分析了其稳定性的关键影响因素。宏观上,反应器的高径比、水力剪切力、有机负荷率等因素都会对好氧颗粒污泥的形成和稳定性产生影响;微观上,微生物的群体感应及其分泌的胞外聚合物等因素也发挥着重要作用。详细阐述了好氧颗粒污泥微生物群落组成和功能,进一步整理了好氧颗粒污泥微生物群落与颗粒结构稳定性能的内在关联。依据以上研究进展并结合工程应用的实际情况和需求,总结概况了好氧颗粒污泥结构稳定强化策略,即控制污泥粒径、改善进料与曝气方式、调控胞外聚合物分泌、调控群体感应等。初步构想了基于生物强化、崩解和再造粒的技术路径,具有生化、物化和化学理论融合的特点,在一定程度上可能代表了群体感应-晶核凝聚共诱导造粒的研究方向。

聚合硫酸铁絮凝剂对好氧颗粒污泥处理含油废水的影响

为了明确絮凝剂PFS对好氧颗粒污泥颗粒化及运行效能的影响,以PFS和含油废水为探究对象,研究了PFS浓度对AGS处理含油废水的影响并揭示相关机制。结果表明,PFS存在利于AGS颗粒化,提高ASG内污泥浓度及大粒径污泥占比。AGS稳定性分析表明PFS提高了胞外聚合物含量,并促进了蛋白质和多糖含量,提高了Zeta电位。PFS促进了AGS处理含油废水过程内污染物、营养盐和油脂的去除,且PFS的最佳含量为50 mg/L。PFS作为骨架结构为微生物增殖提供便利条件。此外,PFS具有一定吸附能力从而提高了污染物、营养盐及油脂的去除。研究结果为AGS处理含油废水过程内快速颗粒化提供一定的数据支撑和理论依据。

好氧颗粒污泥处理锅炉废水污泥特征及营养盐去除规律探究

为了探究好氧颗粒污泥处理锅炉废水的可行性,以活性污泥为接种污泥,构建了好氧颗粒污泥反应体系,以预处理后的锅炉废水和颗粒污泥为分析对象,探究了颗粒污泥处理锅炉废水过程中污泥特征的变化规律,分析了颗粒污泥对锅炉废水营养盐的去除特征。结果表明,颗粒污泥内混合液总固体(MLSS)不断升高,稳定运行时MLSS浓度高达5.2~5.7 g/L,MLVSS/MLSS约在0.71~0.73,颗粒污泥沉降性能好,SVI_(30)在41~53 mL/g波动。锅炉废水的处理提高了颗粒污泥胞外聚合物内蛋白质(PN)的含量,稳定时期PN含量在88.5~89.2 mg/g,约是初始值的1.34倍。颗粒污泥对锅炉废水中营养盐具有良好的去除率,稳定时期,COD、氨氮及硫酸盐的去除率分别高达93.5%~95.2%、91.2%~91.6%及74.6%~79.8%。好氧颗粒污泥处理燃煤锅炉废水具有良好的可行性。

高效包埋好氧颗粒污泥在农药废水处理中的应用研究

为了高效处理有毒有害的农药废水,研究了包埋好氧颗粒污泥对实际农药废水的处理效果,并对比了包埋好氧颗粒污泥、市政好氧污泥及两者混合体系在实际农药废水活性污泥法处理中的表现。结果表明:在实际农药废水处理中,市政好氧污泥的硝化速率和COD降解速率分别为0.67 mg[N]/(g[SS]·h)和3.54 mg[COD]/(g[SS]·h),两者混合体系的平均硝化速率和COD降解速率分别为5.0 mg[N]/(g[包埋颗粒]·h)和49.05 mg[COD]/(g[包埋颗粒]·h),而包埋好氧颗粒污泥的平均COD降解速率为91.14 mg[COD]/(g[包埋颗粒]·h),并且具有更好的硝化性能,平均硝化速率为18.8 mg[N]/(g[SS]·h)。包埋好氧颗粒污泥对农药废水表现出较强的耐冲击负荷能力,说明了包埋好氧颗粒污泥的投加对提高农药废水氨氮降解效果显著。

不同补料方式对好氧颗粒污泥合成PHA的影响

为提高好氧颗粒污泥(AGS)合成聚羟基脂肪酸酯(PHA)的产量,探究了4种不同补料方式(未补料、好氧0h补料、好氧0.5h补料和好氧1h补料)对AGS合成PHA的影响,同时考察了此过程中AGS的碳氮磷去除效能以及微生物群落结构变化.结果表明,补料能够提高AGS合成PHA的含量,在好氧1h补料时AGS合成PHA的含量最高,为125.06mg/g;同时补料时间会影响AGS的脱氮除磷性能,当补料时间由好氧0h延迟至好氧1h时,AGS的总氮去除率由(87.49±5.49)%降至(67.60±16.24)%,溶解性正磷酸盐(SOP)去除率由(94.08±1.42)%降至(62.91±15.33)%.且不同补料时间条件下,AGS的微生物群落结构变化较大,合成PHA的优势菌群差异较大,在未补料和好氧0h补料条件下,优势菌为既能合成PHA同时能够脱氮或除磷的不动杆菌属(Acinetobacter);在好氧1h补料条件下中,优势菌为能合成PHA的噬氢菌属(Hydrogenophaga)和黄杆菌属(Flavobacterium).

连续流中氮负荷对好氧颗粒污泥稳定性的影响

考察了连续流反应器中好氧颗粒污泥(AGS)处理无机高氨氮废水的脱氮性能及稳定性。接种成熟AGS启动连续流反应器,运行第1~55 d内进水氮负荷由初始时的1.0 kg/(m~3·d)逐步升至4.0 kg/(m~3·d),第56~125 d内氮负荷逐步降至1.4 kg/(m~3·d),第126~145 d氮负荷再次升至2.0 kg/(m~3·d)。前75 d内观察到明显的AGS破碎及流失现象,且颗粒平均粒径不断减小;虽然多次补充接种AGS可维持系统的稳定性,但前80 d内颗粒的污泥容积指数(SVI)、胞外聚合物(EPS)及比耗氧速率(SOUR)剧烈波动。其中,第91~109 d反应器原位闲置。系统重新运行后,AGS的理化指标逐渐趋于稳定。前45 d内AGS对氨氮去除率逐渐升至98%以上;46~75 d内AGS对氨氮去除率迅速降至50%后又回升至99%以上;总无机氮去除率基本维持为35%~45%。考察了连续流反应器对污泥选择性筛分的效果,利用高通量测序分析污泥菌群组成变化。结果表明,当沉淀池中挡板深度为27 cm时,反应器对污泥截留率在98%以上,出水污泥粒径多为0~0.30 mm。与刚接种AGS相比,运行145 d时AGS中的硝化细菌属(Nitrosomonas)相对丰度明显增大,而反硝化细菌属(unclassified_Bacteria、Thauera、Truepera等)的相对丰度略有降低。

具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥培养及同步脱氮

采用序批式(SBR)反应器,以反硝化颗粒污泥为晶核、通过投加吡啶高效降解菌进行好氧颗粒污泥的培养,考察了不同运行周期条件下,好氧颗粒污泥系统中NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(-)-N、NO_(3)^(-)-N、吡啶-N和细菌胞外聚合物(EPS)的变化情况,在此基础上研究了高低溶解氧交替运行方式对SBR反应器运行效果的影响。结果表明:所培养的好氧颗粒污泥团聚紧密,外观呈黄色椭圆状或球状,粒径为1~3 mm;当运行周期为8 h、进水吡啶质量浓度为3000 mg/L时,出水吡啶质量浓度低于检出限(2 mg/L),EPS含量达到最大,为95 mg/g(以MLSS计);高低溶解氧交替运行的方式既有利于提高脱氮效率,又能够降低动力消耗;在SBR反应器运行周期为8 h、进水氯化铵质量浓度为250 mg/L、吡啶质量浓度为3000 mg/L的条件下,TN去除率为51.7%,NO_(2)^(-)-N积累率为95.5%。

好氧颗粒污泥处理长链二元酸发酵废水性能及微生物特征研究

采用序批式好氧颗粒污泥反应器处理长链二元酸废水,研究结果表明采用逐步降低废水稀释比的运行方式,40 d可完成反应器启动。成熟颗粒污泥的粒径大、稳定性高,颗粒完整性系数和粒径>0.9 mm的污泥比重分别达99.68%和75.5%。颗粒污泥具有丰富的有机物降解菌毛单胞菌属和氧化硫奥托氏菌属,以及具有分泌EPS的除磷菌,可实现95.1%的COD和69.9%的总磷去除。该工艺在去除长链二元酸废水有机污染物和总磷方面具有优势,有良好的应用前景。

NO_(x)^(-)-N积累对好氧颗粒污泥内源脱氮性能影响

好氧颗粒污泥(AGS)具有内源脱氮能力,利用其自身碳源脱氮具有降低离子型稀土矿山尾水处理成本潜力。利用单因素试验探索了亚硝态氮(NO_(2)^(-)-N,0~100 mg/L)及硝态氮(NO_(3)^(-)-N,0~100 mg/L)积累对AGS内源脱氮性能的影响。接种AGS会引入7~24 mg/L的氨氮,但不同NO_(x)^(-)-N积累浓度下AGS表现出良好的硝化性能,对氨氮去除率均接近100%。当起始NO_(2)^(-)-N≤10 mg/L时,总无机氮(TIN)的去除率在44.39%~77.6%,随着起始NO_(2)^(-)-N进一步增大至100 mg/L,反应结束时TIN去除率不足7.1%。当起始NO_(3)^(-)-N≤10 mg/L时,反应结束时TIN去除率在36.23%~83.02%,随着起始NO3--N进一步增大至100 mg/L,反应结束时TIN去除率不足4.38%。NO_(2)^(-)-N积累下AGS的脱氮性能整体强于NO_(3)^(-)-N积累下AGS的脱氮性能,主要是NO_(2)^(-)-N积累下溶解氧更低所致。

好氧颗粒污泥中硫酸化多糖的生成、提取及表征

以厌氧颗粒污泥作为接种污泥,在序批式活性污泥反应器(SBR)中驯化培养好氧颗粒污泥,通过好氧颗粒污泥胞外聚合物(EPS)提取和硫酸化多糖纯化方法的优化,探究好氧颗粒污泥SBR反应器中硫酸化多糖的生成变化.结果表明,好氧颗粒污泥SBR反应器运行效果稳定,对污水COD、NH_(4)^(+)-N、TN和TP的去除效果分别可达90%、97%、70%和93%以上.采用超声、水浴和碱处理的组合方法可有效地提取好氧颗粒污泥EPS和硫酸化多糖,经脱蛋白纯化后,硫酸化多糖可达56.6mg/g EPS,约为接种厌氧颗粒污泥中硫酸化多糖含量的1.4倍,表明好氧颗粒污泥有助于生成硫酸化多糖,为污水污泥有机质的高值转化和资源化提供了一种有效途径.

盐度对好氧颗粒污泥处理畜禽养殖废水的影响机制探究

以好氧颗粒污泥(AGS)和畜禽养殖废水为探究对象,在室温环境下探究了盐度对AGS处理畜禽养殖废水的影响,并分析了不同盐度环境下AGS的污泥特征及微生物群落结构,揭示了相关机制。结果表明,低盐度(低于1.0 g/L)利于AGS去除污染物和营养盐,而高浓度盐度降低了营养盐去除,提高了胞外聚合物(EPS)的分泌。当盐度为0.2 g/L时,COD、NH_(4)^(+)-N、TN和PO_(4)^(3-)-P的去除效率高达94.6%~95.2%、94.6%~96.8%、70.6%~72.1%和88.5%~92.1%,然而当盐度超过1.0 g/L,污染物及营养盐去除效率显著下降。盐度能影响AGS污泥特征,并提高蛋白质的分泌。盐度有效提高了AGS污泥沉降性。微生物学机制分析表明0.2 g/L盐度作用下AGS内与有机质降解及氮磷去除相关微生物的相对丰度提高。

好氧颗粒污泥快速成粒的影响因素及在连续流反应器研究进展

从水力选择压、交替的盛宴-饥荒期间、接种污泥种类、微生物生长基质组成4个方面综述了影响好氧颗粒污泥的快速成粒因素。并结合以上因素综述了基于连续流反应器的好氧颗粒污泥培养的研究进展。介绍了现有AGS研究的局限性并对未来发展方向提出建议。

好氧颗粒污泥处理模拟污水最佳脱氮工况

探索了好氧颗粒污泥(AGS)处理碳氮比为5的模拟废水的脱氮效果。通过单因素试验探究了污泥浓度、外投碳源浓度及接种自养AGS质量占比对总无机氮(TIN)去除率的影响,确定各影响因素适宜的范围为:污泥浓度在4000~6000 mg/L,外投碳源浓度在100~200 mg/L,自养AGS接种占比为75%~25%。利用响应曲面法分析各因素对TIN去除的影响,确定最佳运行工况。显著性影响因子排序为:外投碳源浓度>污泥浓度>自养AGS质量占比。最佳工况为:泥量浓度4957.22 mg/L、外投碳源浓度200 mg/L、接种自养AGS质量占比57.78%,对TIN去除率的预测值为94.06%。