SPNED-PR系统内PAOs-GAOs的竞争关系及其氮磷去除特性

为研究同步短程硝化内源反硝化除磷(SPNED-PR)系统的脱氮除磷特性及系统内聚磷菌(PAOs)和聚糖菌(GAOs)在氮磷去除的贡献和竞争关系,本研究以实际低C/N比(4左右)生活污水为处理对象,考察了不同浓度的溶解氧(DO)(0.5~2.0mg/L)、NO2--N(4.7~39.9mg/L)和NO3--N(5.0~40.0mg/L)对延时厌氧(150min)/低氧(180min,溶解氧0.5~0.7mg/L)运行的SPNED-PR系统氮磷去除特性和底物转化特性的影响.结果表明,DO浓度均不影响PAOs和GAOs的好氧代谢活性,且两者之间几乎不存在DO竞争.不同NO2--N浓度条件下,GAOs较PAOs更具竞争优势,NO2--N主要是通过GAOs去除的(约占58%);且GAOs所具有的高内源反硝化活性和亚硝耐受力,减弱了高NO2--N浓度(26.2~39.9mg/L)对PAOs反硝化吸磷的抑制,保证了系统的脱氮除磷性能.不同NO3--N浓度条件下,PAOs较GAOs处于竞争优势,其在NO3--N去除中的贡献比例达61.2%.此外,SPNED-PR系统的PURDO>PURnitrate>PURnitrite,PAOs对DO的优先利用保证了低氧条件下系统的高效除磷,且GAOs的内源短程反硝化特性保证了系统的高效脱氮.

耐低温聚磷菌的研究

采用模拟自然降温方式,筛选出在低温（8℃）下仍具有高效能的两株聚磷J4与J6,除磷率分别达56%和54%.经鉴定,两者均属于假单胞菌属（Pseudomonas）.探讨pH、曝气时间和微量元素对这两株菌的生长及除磷效能的影响,结果表明,菌株J4、J6的生长最适pH范围为7～9,除磷反应的最佳pH分别为中性和中性偏碱;而曝气时间过长会造成聚磷菌的释磷;微量元素的有无对J4的生长和除磷率都有一定的影响,而对J6没有明显的影响.

不同基质的聚磷菌和聚糖菌竞争的代谢模型

主要阐述了3种不同基质(乙酸盐、丙酸盐、葡萄糖)下聚磷菌(PAOs)和聚糖菌(GAOs)厌氧阶段的代谢模型,对比分析了不同代谢模型下的化学计量系数的差别及其对PAOs和GAOs竞争的影响。针对目前代谢模型主要集中于化学计量学方面,提出今后应在动力学及相关代谢中酶的活动方面进行深入研究。

低温聚磷菌的筛选

采用模拟自然降温的方法,筛选出在低温下(15℃)下,pH为9时仍具有高效能的聚磷菌,除磷效率为44.4%。初步鉴定,该菌属于假单胞菌属(Pseudomonas)。

应用聚糖菌的一些水处理新工艺的研究进展

本文简单介绍了聚糖菌(GAOs)的反硝化脱氮功能及其反硝化代谢机理,总结了基于GAOs的新型生物膜工艺和一些包含GAOs的生物强化除磷(EBPR)系统耦合工艺的研究进展。认为需要进一步研究的内容有:一些聚糖菌分支的反硝化功能;以生活污水为处理对象,研究基于GAOs的新型生物膜的启动、代谢机理和运行条件;基于GAOs的EBPR相关耦合工艺的中试试验和工程应用研究。

C/P比与磷回收对生物营养物去除系统影响的试验研究

以生物营养物去除系统——BCFS工艺为基础,考察了不同C/P(COD/P)和厌氧上清液侧流比对系统处理效果的影响.结果表明,当碳源充足时,TP去除率稳定在87%左右,能够保证较低的出水TP(≤0.8 mg.L-1).当进水COD/P降低到24以下时,TP去除率迅速降至62%,出水TP升至5 mg.L-1以上.在此进水水质下,以厌氧池上清液侧流方式辅以化学磷回收;当侧流比增加至30%时,出水TP浓度降低至1 mg.L-1以下;相应的磷回收量为进水TP负荷的54%.因此,化学磷回收具有辅助生物除磷的双重作用.

DO浓度对EBPR耦合SND处理低C/N污水的影响

为了解厌氧/好氧运行的序批式反应器(SBR)中,强化生物除磷(EBPR)与同步硝化反硝化(SND)的耦合脱氮除磷特性,以实际低C/N(约为3.5)生活污水为处理对象,先通过调控进水C/N考察其对EBPR启动和聚磷菌(PAOs)富集情况的影响,再通过调控好氧段DO浓度考察其对系统脱氮除磷性能、SND率及碳源转化特性的影响.结果表明,DO浓度为2.0mg/L,当进水C/N由3.2提高至7.5并降至3.8时,反应器出水PO_4^(3-)-P浓度由3.9mg/L逐渐降至0.5mg/L以下,且厌氧释磷量(PRA)由3.3mg/L逐渐升高至约30mg/L.此后,当DO浓度逐渐降至约1.0mg/L时,SND现象愈加明显,且其与EBPR耦合使得系统总氮(TN)和PO_4^(3-)-P去除率分别提高至85%和94%.但当DO浓度约为0.5mg/L时,硝化过程进行不完全,亚硝酸盐积累较为明显,耦合系统中存在同步短程硝化反硝化现象.DO浓度为约1.0mg/L时,系统具有最高的脱氮除磷性能.此外,当DO浓度由2.0mg/L降至0.5mg/L时,PAOs较聚糖菌(GAOs)在厌氧内碳源储存中的贡献逐渐减小(PPAO,An由30.3%逐渐降至20.2%),PRA降低约7mg/L.DO浓度为1.0~1.5mg/L最有利于系统厌氧段内碳源PHA的合成.

厌氧/好氧SNEDPR系统处理低C/N污水的优化运行

为实现同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统的优化运行,以实际生活污水为处理对象,采用厌氧(180min)/好氧运行的SBR反应器,并通过联合调控好氧段溶解氧(DO)浓度(0.3~1.0mg/L)和好氧时间(150~240min),考察了该系统脱氮除磷特性.并结合荧光原位杂交(FISH)技术对系统优化过程中各功能菌群的结构变化情况进行了分析.试验结果表明,当系统好氧段DO浓度由约1.0mg/L逐渐降至0.3mg/L,且好氧时间由-150min逐渐延长至240min后,出水PO_4^(3-)-P浓度稳定在0.4mg/L左右,但出水TN浓度由14.3mg/L降至8.7mg/L,TN去除率由75%提高至84%.此外,随着好氧段DO浓度的降低,SNED现象愈加明显-,SNED率由34.7%逐渐升高至63.8%.SNED的加强,降低了出水NO_3^--N浓度,并提高了系统的脱氮性能和厌氧段的内碳源储存量.FISH结果表明:经127d的优化运行,系统内PAOs,GAOs和AOB(氨氧化菌)仍保持在较高水平(分别全菌的29%±3%,20%±3%和13%±3%),其保证了系统除磷、硝化和反硝化脱氮性能;但NOB(亚硝酸盐氧化菌)含量减少了50%,为系统内实现短程硝化内源反硝化提供了可能.

控制BNR工艺厌氧释磷效果因素的实验研究

以实验室动态生物营养物去除(BNR)工艺——BCFS(Biologisch Chemische Fosfaat Stikst of Verw ijdering)运行实验为基础,采用静态实验方法,研究了初始COD、碳源种类和厌氧释磷反应时间对厌氧释磷效果的影响.实验结果表明,初始COD越高,释磷速率和总释磷量越高.当碳源充足且反应时间足够长时,释磷速率不受初始COD和碳源种类影响,单位质量污泥(VSS)的VFAs利用率只要维持在0.04g.h-1(3h内)即可获得满意的释磷效果.以葡萄糖为碳源时,经过3h厌氧反应的释磷量低于乙酸与丙酸2种碳源;与丙酸相比,在相同初始COD下乙酸最终诱发的释磷量虽然不及丙酸,但在3h内诱发相同的释磷量乙酸所需要的反应时间仅为丙酸的1/2.

基于聚糖菌和聚磷菌竞争的代谢模型及影响因素

聚糖菌的富集已成为造成EBPR强化生物除磷系统非稳定运行的重要因素之一.本文基于活性污泥数学模型ASM.2D的生物除磷代谢模型,围绕化学计量学和动力学阐述了聚磷菌PAOs胞内糖原的代谢途径以及聚糖菌GAOs在厌氧和好氧条件下的代谢模型,揭示了2类微生物的竞争本质.同时,对比分析了影响代谢模型化学计量学参数的若干因子,如碳源类型、温度、pH条件和污泥龄SRT等;结果发现,这些因素对PAOs和GAOs的代谢模型系数具有重要的影响作用,并进而决定着2类微生物的竞争优势.此外,针对目前对两类微生物的竞争主要集中于厌氧代谢的现状,提出今后的研究重点应放在好氧/缺氧机理方面.

C/P对EBPR系统PAOs与GAOs竞争及PHAs代谢过程影响研究

以富含聚磷菌(PAOs)活性污泥为基础,基于FISH技术研究了SBR工艺不同C/P(25∶1、20∶1、15∶1和10∶1)对EBPR系统中功能菌变化特征与微生物胞内聚合物(PHAs)代谢过程的影响.结果表明,经过10 d运行处理,C/P分别为25∶1、20∶1和15∶1系统磷酸盐去除率>88%,而C/P为10∶1系统磷酸盐的去除率为0%.FISH检测结果显示,随着C/P从25∶1下降到10∶1,EBPR系统中PAOs的含量相应从(76.42±1.24)%减少到(10.40±0.97)%,而聚糖菌(GAOs)则从(16.36±3.41)%增加到(34.25±2.59)%.在厌氧段,不同C/P条件下EBPR系统中PHB和PHV的合成动力学系数大小分别为K25∶1>K20∶1>K15∶1>K10∶1和K15∶1>K20∶1>K25∶1>K10∶1.随着C/P从25∶1下降到10∶1,合成PHB在PHAs中所占的比例从85%下降到24%,而PHV则从15%上升到76%;在好氧段,不同C/P系统消耗PHB和PHV的动力学系数大小均为K20∶1>K25∶1>K15∶1>K10∶1,且C/P为25∶1、20∶1和15∶1时系统消耗主要成分是PHB(占PHAs 71%～75%),而C/P为10∶1时系统消耗主要成分是PHV(占PHAs 71%).由此表明,随着C/P的降低,EBPR系统内GAOs增加而PAOs减少,从而导致系统内PHB合成与消耗比例逐渐减少,而PHV合成与消耗比例逐渐增加.

潮汐流人工湿地中生物蓄磷的强化及其稳定性

通过改进潮汐流人工湿地(TFCW)的运行方式,开展了TFCW中生物蓄磷作用的强化及其稳定性研究.结果表明,两段进水潮汐流运行方式有利于TFCW中聚磷菌群(PAOs)的富集,进而可强化湿地中的生物蓄磷作用;采用周期性补充碳源的磷移除操作可诱导生物膜中的PAOs充分释磷,避免系统中磷素的过量积累,同时可增加PAOs胞内内源性碳源的含量,强化系统中的生物蓄磷作用并有利于系统除磷效果的稳定;当生物蓄磷/碼移除(PB-PH)周期时长为30d时,TFCW在生物蓄磷过程中的磷素去除率可达96.04%,而其在磷移除过程中的磷素移除率和补充碳源利用率亦分别可达70.45%和98.22%.此时,PAOs的过量吸磷作用成为湿地系统除磷的主要途径.

污水强化生物除磷的生化模型研究进展

阐述了在污水强化生物除磷过程中生化模型的建立与发展,重点介绍了与聚磷菌有关的Mino模型,强调了在理解生化模型时应该注意的问题:所有聚磷菌生化模型都只是在试图描述发生在EBPR(Enhanced Biological Phosphorus Removal)生物群中的一些生物化学变化现象和规律(多聚磷酸盐的吸收和水解、PHA的合成与再利用)。另外,还都假设所有具有EBPR能力的细菌都有着共同的代谢特征。所以,尽管这些生化模型有助于对整个EBPR过程的理解,但不应该拘泥于这些生化模型,只有通过对聚磷菌纯培养获得最终成功才能够彻底解决整个问题。

MBBR工艺中SNEDPR的启动及性能研究

为探究同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)强化移动床生物膜反应器(MBBR)工艺脱氮除磷的可行性,采用连续曝气和搅拌/曝气交替运行的MBBR反应器,以磁性填料作为载体处理模拟生活污水,考察了SNEDPR启动过程中的脱氮除磷性能,并结合荧光显微镜和高通量测序技术对各个功能菌群结构变化情况进行了分析.结果表明,经两阶段运行后,氨氮和磷去除率分别达到97.6%和85.37%,出水NO_(2)^(-)-N、NO_(3)^(-)-N和COD浓度分别为1.3949,3.88和20.4mg/L,同步硝化内源反硝化率(SNEDR)由0.07%逐渐升高至86.35%.好氧阶段同步硝化内源反硝化率的提高,使出水NO_(x)^(-)-N浓度下降,提高了系统的脱氮性能和厌氧阶段内碳源的储存量.荧光显微镜和高通量测序结果表明,经过53d的运行,微生物群落多样性呈显著提高,系统内GAOs、AOB、NOB丰度的提高(分别由接种污泥中的3.3%、0.84%和0.66%提高至系统内的27.08%/20.48%、1.45%/1.76%和1.05%/0.85%)和PAOs、DPAOs的存在,保证了系统的脱氮除磷性能,在MBBR工艺中实现了EBPR与SNED的耦合.

低C/N(<3)条件下SNEDPR系统启动及其脱氮除磷特性研究

为了解同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统处理低C/N(<3)污水的脱氮除磷特性,采用厌氧/低氧(溶解氧0.5～1.0mg/L)运行的SBR反应器,以低碳城市污水为处理对象,考察了C/N对SNEDPR启动、脱氮除磷性能优化与菌群结构变化的影响.结果表明:进水C/N由4.3提高至5.15时,系统脱氮除磷性能均逐渐增强,系统总氮(TN)和PO_4^(3-)-P去除率最高达89.3%和90.6%;降低进水C/N<3后,系统脱氮、除磷性能均呈现先降低后逐渐升高的趋势,但低C/N对PAOs(聚磷菌)除磷性能的影响高于其对反硝化聚糖菌(DGAOs)内源反硝化脱氮性能的影响,表现为TN和PO_4^(3-)-P去除率分别先降低至21.4%和3.4%后逐渐升高至92.9%和94.1%.系统稳定运行阶段,单位COD平均释磷量和SNED率达437.1mg P/g COD和89.1%,出水NH_4^+-N、NO_x^--N和PO_4^(3-)-P浓度平均为0,4.4,0.2mg/L.经136d的运行,系统内PAOs,GAOs,AOB(氨氧化菌)和NOB(亚硝酸盐氧化菌)分别占全菌的(16±3)%,(8±3)%,(7±3)%和(3±1)%,其保证了系统除磷、硝化和反硝化脱氮性能.此外,系统好氧段存在同步短程硝化内源反硝化,是实现低C/N(<3)污水高效脱氮除磷的原因.

进水氨氮浓度对强化生物除磷(EBPR)系统除磷特性及微生物群落结构的影响

以富集聚磷菌的活性污泥为基础,研究了不同进水氨氮浓度对强化生物除磷(EBPR)系统的除磷效果、微生物胞内聚合物(PHA)代谢过程及微生物群落结构的影响.结果表明,SBR反应器运行6d后,进水氨氮浓度为1、5、10、15和20mg·L-1的系统除磷效率最终分别稳定在0、4%、80%、98%和65%左右.试验前后各系统微生物群落结构发生明显改变,其相似性均低于60%.进水氨氮浓度为1mg·L-1的系统中,过低的氨氮浓度明显不能满足各类微生物的生长需求,使得系统PHA代谢受阻,PHA合成消耗量显著降低;进水氨氮浓度为5和10mg·L-1的系统中,聚糖菌Candidatus Competibacter phosphatis得到一定程度的增长,额外增加了系统PHA合成消耗量;进水氨氮浓度为15和20mg·L-1的系统中,占优势的聚磷菌主要为Acinetobacter sp.(不动杆菌属),但20mg·L-1的进水氨氮浓度对聚磷菌好氧消耗PHA过程有一定的抑制作用.因此,污泥浓度稳定在2500mg·L-1时,EBPR系统运行的最佳进水氨氮浓度为15mg·L-1.

改良型A2／O-MBR工艺的反硝化除磷性能研究

重点考察了一种改良型膜生物反应器(A2/O-MBR)的脱氮除磷性能。该工艺主要特点在于对膜池硝化回流液进行了固液分离,并将上清液和浓缩污泥分别回流至缺氧池和厌氧池,这种改进提高了系统对氮、磷的同步去除效率。实验结果表明,在水力停留时间(HRT)为12 h,污泥龄(SRT)为30 d,混合液回流比为200%的运行条件下,进水COD、NH+4-N、TN和TP平均浓度分别为(225±38)、(24.8±3.9)、(26.7±2.9)和(2.90±0.53)mg/L时,增加膜池硝化回流液固液分离装置前后,系统对COD和NH+4-N的去除都维持在较高水平,而系统对TN和TP的去除效果显著提高,出水TN和TP平均浓度分别由(14.9±3.3)mg/L和(1.95±0.72)mg/L下降到(9.4±1.9)mg/L和(0.91±0.38)mg/L,表明增加膜池硝化回流液固液分离装置显著改善了A2/O-MBR系统的脱氮除磷效果。反硝化除磷活性实验结果进一步表明,改进后系统中反硝化除磷活性占总除磷活性的比例由51.5%上升至61.7%,说明增加膜池硝化回流液固液分离装置强化了系统的反硝化除磷性能。

后置短程反硝化AOA-SBR工艺实现低C/N城市污水的脱氮除磷

为了解厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)运行的序批式反应器(SBR)中,强化生物除磷(EBPR)与同步短程硝化反硝化(SPND)耦合,并后置短程反硝化的脱氮除磷特性,以低C/N(≤4)城市污水为处理对象,通过优化曝气量和缺氧时间,实现了低C/N城市污水的深度脱氮除磷.结果表明,当好氧段曝气量由1.0 L·min-1降至0.6 L·min-1,缺氧时间为180 min时,出水PO3-4-P浓度由0.06 mg·L^(-1)降至0,出水NH+4-N、NO-2-N和NO-3-N浓度分别由0.18、18.79和0.08 mg·L^(-1)逐渐降低至0、16.46和0.05 mg·L^(-1),TN去除率由72.69%提高至77.97%;随着曝气量的降低,SPND现象愈加明显,SND率由19.18%提高至31.20%;此后,当缺氧段时间由180 min逐渐延长至420 min,出水PO3-4-P、NH+4-N和NO-3-N浓度分别维持在0、0和0.03 mg·L^(-1)左右,出水NO-2-N低至3.06 mg·L^(-1),SND率达32.21%,TN去除性能逐渐提高,TN去除率高达99.42%,实现了系统的深度脱氮除磷.

进水C/P对SNEDPR系统脱氮除磷性能的影响

为了解不同进水C/P条件下同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)的脱氮除磷特性.以实际城市污水为处理对象,采用延时厌氧(180 min)/低氧(溶解氧0.5~1.0 mg·L^(-1))运行的序批式反应器(SBR),考察了进水C/P(分别为60、30、20、15、10)对系统C、N、P去除特性的影响.结果表明:适当降低进水C/P(由60降至30)有利于提高系统内PAOs竞争优势.当C/P为30时系统除磷性能最高,厌氧段释磷速率(PRR)和好氧段吸磷速率(PUR,以P/MLSS计,下同)分别高达3.5mg·(g·h)-1和4.2 mg·(g·h)-1,出水PO3-4-P浓度均低于0.3 mg·L^(-1),且PPAO,An高达88.1%;但进一步降低进水C/P至10时,PO3-4-P去除率和PPAO,An分别由38.1%和82.4%降低至3.1%和5.3%,PRR和PUR分别仅为0.2 mg·(g·h)-1和0.24mg·(g·h)-1,系统表现出较差的除磷性能.降低C/P对系统COD去除性能没有影响,COD去除率稳定在85%左右.此外,当C/P由60降低至20时,系统硝化性能变差,表现为出水NH+4-N和NO-2-N浓度分别由0和6.9 mg·L^(-1)升高至5.1 mg·L^(-1)和16.2 mg·L^(-1);而当C/P进一步降低至10时,系统硝化性能得以恢复,但亚硝积累特性遭到破坏,表现为出水NH+4-N和NO-2-N浓度逐渐降低为0,但出水NO-3-N浓度由0.08 mg·L^(-1)升高至14.1 mg·L^(-1).SNED率先由62.1%降低为36.4%后又逐渐提高至56.4%.C/P低于15时,有利于提高GAOs的竞争优势,且C/P由20降至10时系统脱氮性能得以恢复,原因在于GAOs内源反硝化作用的增强.

厌氧/好氧SPNDPR系统实现低C/N城市污水同步脱氮除磷的优化运行

为了解同步短程硝化内源反硝化除磷(SPNDPR)系统的脱氮除磷特性,以低C/N城市污水为处理对象,采用延时厌氧(180 min)/好氧运行的SBR反应器,通过联合调控曝气量和好氧时间,考察了该系统启动与优化运行特性.结果表明,当系统好氧段曝气量为0. 8 L·min^(-1),好氧时间为150 min时,出水PO_4^(3-)-P浓度约为1. 5 mg·L^(-1)左右,出水NH_4^+-N和NO_3^--N浓度由10. 28 mg·L^(-1)和8. 14 mg·L^(-1)逐渐降低至0 mg·L^(-1)和2. 27 mg·L^(-1),出水NO_2^--N浓度逐渐升高至1. 81 mg·L^(-1);当曝气量提高至1. 0 L·min^(-1)且好氧时间缩短至120min后,系统除磷、短程硝化性能逐渐增强,但总氮(TN)去除性能先降低后逐渐升高,最终出水PO_4^(3-)-P、NH_4^+-N分别稳定低于0. 5 mg·L^(-1)和1. 0 mg·L^(-1),好氧段亚硝积累率和SND率分别达98. 65%和44. 20%,TN去除率达79. 78%. SPNDPR系统内好氧段好氧吸磷、反硝化除磷、短程硝化、内源反硝化同时进行保证了低C/N污水的同步脱氮除磷.