城市污水极限除磷研究现状

结合基于利比希最低量法则的城市污水极限除磷的研究现状,详细总结了国内部分地区对于极限除磷技术的需求,建议把出水TP质量浓度低于0.05 mg/L作为极限除磷的指标,系统地分析了极限除磷面临的挑战,介绍了目前几种极限除磷技术的应用研究,探讨了这些技术在不同环境极限除磷的应用情况,总结了极限除磷目前存在的技术壁垒及研究前景,以期为国内TP水质敏感地区城市污水处理能力的提升助力,为污水治理和水环境保护提供有益的参考和启示。

化学除磷方式对城镇污水处理厂生物除磷影响研究

基于污水厂生物段活性污泥厌氧释磷模拟试验及全流程PO43--P迁移转化分析,对采用同步化学除磷和后置化学除磷的城镇污水处理厂进行生物除磷功能研究。结果表明:同步化学除磷会在一定程度削弱系统生物除磷功能,且化学药剂投加量越多,影响越大,甚至会使生物除磷功能完全丧失;后置化学除磷对生物除磷功能完全没有影响,可节省药剂使用量;具有生物除磷能力的活性污泥系统更有利于缺氧段反硝化除磷的工程实现和降低建设、运行成本。

振动MBR结合精确曝气与回流强化脱氮除磷

为探索一种利用反硝化聚磷菌(DPAOs)与反硝化聚糖菌(DGAOs)强化脱氮除磷的新工艺手段,在一座传统曝气MBR工艺的市政污水处理厂内开展了新型振动MBR工艺结合精确曝气与回流控制技术的中试研究。在膜池MLSS为12~15 g/L、膜通量为20 L/(m^(2)·h)时,振动MBR中试TMP稳定保持在10~25 kPa,膜振动电机平均电耗为0.042 kWh/m^(3),比水厂曝气MBR膜吹扫风机电耗降低了61.8%。在精确曝气与回流控制下,中试好氧池前端DO低于0.5 mg/L,后端DO保持在0.3~1.2 mg/L;前缺氧池后端硝氮保持在2~3 mg/L,厌氧池硝氮接近0 mg/L,提供了有利于内碳源合成与利用的生化环境条件。振动MBR结合精确控制显著强化了反硝化除磷与内源反硝化作用,中试缺氧吸磷量占缺氧与好氧吸磷量之和的比例超过了40%,后缺氧池内源反硝化脱氮量较水厂提升了1~3 mg/L,最终出水总氮较水厂降低了3~6 mg/L。在中试厌氧池投加乙酸钠后系统脱氮除磷效果进一步提升,出水总氮与总磷分别稳定低于5 mg/L与0.5 mg/L。中试的硝化菌、反硝化菌、DPAOs与DGAOs相对丰度分别比水厂提高了0.76%、1.15%、1.96%与0.58%,其中Dechloromonas与CandidatusCompetibacter分别为主要的DPAOs与DGAOs菌属。

污水处理厂同步化学除磷对生物除磷的影响

为满足不断提高的污水处理排放标准要求,化学除磷工艺被越来越广泛地应用,其中同步化学除磷(Simultaneous chemical phosphorus removal,SCPR)是运行较为简单、投资较少的工艺。以两座采用SCPR工艺的污水处理厂为研究对象,进行了系统性的水质检测与分析,探究了SCPR对生物除磷的影响及其机理。研究结果表明,协同除磷时,除磷药剂的过量投加导致外回流污泥含有大量的残余除磷药剂。当外部条件满足聚磷菌释磷环境时,回流污泥中的残余除磷药剂对厌氧释磷过程无明显影响。但回流污泥中的残余除磷药剂可瞬间与进水TP及聚磷菌在厌氧期释放的磷反应,使得进入好氧区的TP浓度较低,好氧吸磷作用不能发挥或作用降低,同时除磷药剂的过量投加导致运行费增加。建议设置精准加药系统,根据好氧出水实时TP浓度确定除磷药剂投加量,既可减少药耗,又可同时发挥生物除磷最大潜力,有利于SCPR工艺的高效运行。

低碳源污水深度脱氮除磷工艺的经济性分析及优化策略

我国污水处理厂普遍面临进水低碳源问题,同时各地区越来越严格的污水深度脱氮除磷排放标准也使得碳源投加成本日益增加。AAO工艺中的生物除磷与反硝化脱氮之间存在碳源争夺矛盾,采用生物除磷方式去除1 mg/L磷所消耗的BOD5药剂成本为0.154元/(m^(3)污水),反硝化脱氮去除1 mg/L氮所消耗的BOD5药剂成本为0.038元/(m^(3)污水)。因此,采用生物除磷方式去除1 mg/L磷所消耗的BOD5可供反硝化去除4 mg/L的氮。而采用化学除磷方式去除1 mg/L磷所消耗的混凝剂药剂成本以及污泥增加量产生的处理与处置成本合计为0.040元/(m^(3)污水),因此,采用生物除磷的成本相当于化学除磷成本的3.85倍。对于低碳源污水的深度脱氮除磷,采用化学除磷代替生物除磷的AOAO+化学除磷工艺具有运行成本低的优势。

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.

基于磷容量的污水处理厂除磷效能提升控制技术研究

针对污水处理厂回流污泥除磷能力无法准确表征以及除磷药剂使用效率低的问题,首次建立了污泥磷容量的检测方法,研究了除磷药剂种类及用量对污泥磷容量的影响,同时开展了除磷药剂效能提升研究工作。结果表明,使用化学除磷工艺的污水处理厂污泥有不同程度的磷去除能力,即“磷容量”,通过现场实测及拟合计算得到污水处理厂磷容量为0.32~3.25 mg/g(以单位污泥混合液悬浮固体的溶解态活性磷酸盐(sRP)去除量计),折合除磷药剂投加量为0~15.85 mg/L。除磷药剂种类与投加量是影响回流污泥磷容量的关键因素,相同投加量水平下,投加硫酸铝的污泥磷容量较投加聚合氯化铝(PAC)的污泥磷容量高,除磷药剂的预水解程度是导致磷容量差异的主要原因。污泥磷容量与除磷药剂投加量呈正相关。基于污泥磷容量的检测结果,污水处理厂可以采用改变污泥外回流比或将剩余污泥回流到初沉池的方式提高除磷药剂使用效率,可使进水的sRP下降10%以上。此外,剩余污泥回流初沉池可以减少30%的污泥排放量,既强化了除磷效果又实现了污泥的减量化,对污水处理厂绿色发展具有非常重要的指导意义。

AOA后置短时低氧曝气实现短程硝化反硝化除磷

为培养亚硝酸盐型反硝化聚磷菌实现好氧颗粒污泥(AGS)短程硝化内源反硝化除磷,设置3组同规格以厌氧/好氧/缺氧后置短时曝气(AO_(1)A-O_(2))模式运行的SBR,各反应器好氧段/后置好氧段(O_(1)/O_(2))的曝气强度和曝气时间均不同,通过对比3组反应器60 d的运行情况,探究各系统污染物处理性能和功能菌活性。结果表明,后置短时低氧曝气10 min且O_(1)、O_(2)的曝气强度分别为5、2.5 L/(h·L)的R2脱氮除磷效果最佳,其COD、TP、NH^(+)_(4)-N、TN去除率达95.49%、95.57%、100%、95.52%。通过短时好氧饥饿和低溶解氧可以创造出短程硝化内源反硝化除磷的最适环境,R2中约60%的除磷菌为DPAOs,且亚硝酸盐型聚磷菌最多,可达38.76%,其反应器好氧段的亚硝酸盐积累率(R_(NA))为74.19%,实现了较高的NO^(-)_(2)-N积累,游离亚硝酸(FNA)为1.03μg/L,可抑制PAOs和NOB,同时富集出更多的AOB和DPAOs。

潜流人工湿地脱氮除磷基质的应用研究及展望

基质的选择直接影响着潜流人工湿地全生命周期及污水处理效果,不同类型的基质对脱氮除磷具有差异性效果。综述了不同类型潜流人工湿地基质的研究现状,分析了其脱氮除磷机理,总结了各类基质的应用效果,展望了天然矿石基质、固体废弃物基质和人工合成基质研究方向和研究重点,以期为潜流人工湿地脱氮除磷基质的研发提供参考。

高效脱氮除磷复合人工湿地污水处理实验研究

为了提高人工湿地的处理效果,研究构建微曝气+复合垂直流人工湿地+氧化塘系统处理生活污水,分析复合系统对废水中COD、NH4_(+)^-N、TN及TP的去除性能,探索系统的较佳运行条件,适用范围及其沿程去除效率。结果表明,在改良的垂直流湿地水力停留时间(HRT)为2 d、曝气位置位于改良湿地前端、曝气充氧池内曝气时间为12 h的条件下,处理出水的氨氮(NH4_(+)^-N)、总氮(TN)、总磷(TP)等污染物去除效果最佳。在该运行条件下,该系统处理污水厂尾水的出水达到了《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)的Ⅳ级标准;处理模拟农村生活污水的出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准。研究旨在为低浓度污水的进一步处理净化研究以及高效率人工湿地系统研究提供了一定的参考。

低氨氮质量浓度废水DPR-SNAD脱氮除磷效能研究

针对低氨氮废水单级自养脱氮系统副产物硝氮残留,有机物耐受能力差,以及缺乏除磷功能等问题,提出反硝化除磷(Denitrifying Phosphorus Removal,DPR)-单级自养脱氮(Simultaneous Partial Nitrification,Anaerobic Ammonium Oxidation and Denitrification,SNAD)组合处理技术,重点考察氨氮负荷对单级自养脱氮工艺(Single-stage Nitrogen Removal Using Anammox And Partial Nitritation,SNAP)系统、泥龄对DPR系统构建的影响,以及低氨氮废水DPR-SNAD组合处理系统的脱氮除磷效能与微生物种群。研究结果显示:采用氨氮质量浓度梯度递减方式,氨氮负荷为0.20 kg N/(m^(3)·d)的低氨氮质量浓度的SNAP系统构建时间为63 d,较负荷为0.05 kg N/(m^(3)·d)的系统缩短了37 d。泥龄对构建的DPR系统效能影响显著,泥龄为35 d的系统除磷脱氮效能较高,PO_(4)^(3-)-P、NO_(3)^(-)-N、COD去除率分别为86.25%、98.00%、92.00%,系统释磷、吸磷、反硝化脱氮速率分别达4.60 mg/(L·h)、4.13 mg/(L·h)、5.53 mg/(L·h)。DPR-SNAD组合处理系统的氨氮(NH_(4)^(+)-N)、总氮(Total Nitrogen,TN)、总磷(Total Phosphorus,TP)、化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)去除率分别为100%、98.64%、86.00%、93.30%。TN、TP去除率较对照组SNAP分别提高了19.20百分点和86.00百分点。16S rRNA高通量测序结果显示,组合系统脱氮除磷功能菌属主要有Rhodobacter、Candidatus_Brocadia、Nitrosomonas、Gemmobacter,SNAD系统中厌氧氨氧化菌(Anaerobic Ammonia Oxidation,AnAOB)相对丰度显著高于对照组SNAP系统,DPR促进SNAD提高了系统脱氮效能。

延时厌氧调控DPAOs内碳源转化实现反硝化除磷

采用SBR反应器,以模拟市政污水为进水基质,在富集PAOs后采用厌氧/缺氧/好氧运行方式富集DPAOs,探讨延长厌氧时间过程中DPAOs内碳源利用、脱氮除磷效果及富集程度.结果表明:厌氧时间由50min延长至70和90min,DPAOs内碳源的储量及利用率增加,延时厌氧条件的改进使DPAOs富集程度增加.厌氧90min COD和TP的平均去除率分别为91.54%和94.6%,DPAOs/PAOs及DPAOs对内碳源贡献率达69.4%和60.1%,继续延长厌氧时间至110和130min后,DPAOs内碳源的储量降低系统除磷效率下降,厌氧130min TP平均去除率、DPAOs/PAOs及DPAOs对内碳源贡献率分别降至84.6%、50.2%和36.4%.延时厌氧运行过程中,LB-EPS含量变化较小,内碳源储量的改变对TB-EPS影响较大.微生物群落结构分析表明,系统内优势菌门为拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi).厌氧90min时以Dechloromonas、Candidatus_Accumulibacter为代表的DPAOs是系统内优势微生物(相对丰度由接种污泥1.44%、2.12%增至15.58%、5.86%);厌氧130min时DPAOs丰度减少,以Candidatus_Competibacter为代表的DGAOs明显增多(相对丰度由厌氧90min的3.29%增至16.16%),导致系统除磷性能下降.

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.

基于短周期调控的SPNPR-A系统脱氮除磷研究

建立了短周期循环调控低浓度亚硝酸盐(NO_(2)^(-)-N)的短程硝化同步除磷耦合厌氧氨氧化(SPNPR-A)系统,SPNPR系统以厌氧/好氧模式运行,通过短周期运行时长调控系统内NO_(2)^(-)-N浓度用以淘洗亚硝酸盐氧化菌(NOB),同步富集氨氧化菌(AOB)和聚磷菌(PAOs),最终实现同步脱氮除磷功能.结果表明:SPNPR系统内NO_(2)^(-)-N浓度维持在10mg/L左右时可有效抑制NOB活性.70d后SPNPR系统2个短周期的亚硝酸盐积累率(NAR)分别达到90.40%和88.93%,SPNPR-A系统总氮(TN)、总磷(TP)、有机物(COD)的平均去除率分别为87.45%、84.30%和94.26%.第60d时,比氨氧化速率(SAOR)和AOB的比氧利用速率(SOUR_(AOB))分别为8.47mgN/(gMLVSS·h)和12.71mgO_(2)/(gMLVSS·h);比硝态氮生成速率(SNPR)和NOB的比氧利用速率(SOUR_(NOB))分别为0.82mgN/(gMLVSS·h)和0.41mgO_(2)/(gMLVSS·h).高通量测序结果表明,第70d时SPNPR系统属水平上的AOB功能菌属Nitrosomonas(6.46%)和Nitrosospira(0.64%),丰度远高于NOB功能菌属Nitrospira(0.14%)和Nitrobacter(0.01%),同时聚磷菌属Candidatus_Accumulibacter(1.61%)和Tetrasphaera(0.89%)得到富集,使得SPNPR-A系统具备同步脱氮除磷性能.

污水生物处理系统脱氮除磷细菌多样性及功能调控

污水处理厂生物处理单元的性能决定其对污水脱氮除磷的效率,而脱氮除磷细菌的菌群结构、代谢活性和细菌间的种间协同与竞争是生物处理单元功能发挥的关键。分析了污水生物处理系统脱氮除磷细菌的核心菌群和代谢机制,从物种水平上解析了Nitrosomonas、Nitrosospira、Nitrospira、Nitrobacter、Ca. Kuenenia、Ca. Brocadia和Thauera等主要脱氮微生物的生理特性,对除磷微生物Candidatus Accumulibacter、Dechloromonas和Tetrasphaera的生理特性进行了概述;探索了脱氮除磷菌种间协同与种间竞争关系,并从改造工艺结构、优化运行条件和人工强化3个方面对脱氮除磷细菌功能调控进行论述,以期为污水生物处理单元功能调控及污水处理厂升级改造提供理论依据。

餐厨垃圾水解液强化低C/N废水生物除磷的探究

针对城镇废水碳源不足,传统强化生物除磷(EBPR)工艺运行效率不佳的现状,开展了餐厨垃圾水解液作补充碳源强化EBPR的探究并解析相关机制。结果表明,餐厨垃圾水解液作补充能强化EBPR性能。在稳定期,氨氮、总氮(TN)及溶解性磷酸盐(SOP)的去除效率分别高达92.6%~96.8%、93.5%、68.5%和94.2%~99.6%,高于乙酸盐作补充碳源组和空白组。餐厨垃圾水解液作补充碳源促进了胞外聚合物(EPS)合成,并提高了蛋白质和多糖含量,提高了胞内聚合物聚羟基脂肪酸酯(PHA)含量,但对糖原质含量影响不明显。餐厨垃圾水解液作补充碳源能提高EBPR内关键酶多聚磷酸酶、多聚磷酸激酶及脱氢酶的活性,此外,提高Proteobacteria和Bacteroidetes的相对丰度。研究结果为餐厨垃圾的资源化利用及水污染控制提供了一定借鉴。

卡鲁塞尔2000型氧化沟生物除磷的效果分析

针对卡鲁塞尔2000型氧化沟的生物除磷开展的污水厂的阶段性检测实验研究,通过沿程分析总磷去除效果,总结污水厂生物除磷的运行效果,为污水厂提高和控制生物除磷效果提供实验数据支持,同时也为降低化学除磷成本提出了思路。

一株新型高效聚磷菌Glutamicibacter sp.G2的分离鉴定及除磷特性

聚磷菌(Phosphorus accumulating bacteria,PAOs)在生物除磷系统(EBPR)的强化过程中发挥着重要作用。挖掘新型高效聚磷菌并优化其除磷工艺,对于废水生物除磷技术的发展具有重大意义。文章通过富集驯化、分离纯化,结合MOPS蓝白斑(10×)初筛、Albert异染颗粒复筛等方法从某污水处理厂污泥样品中筛选出一株高效聚磷细菌G2,将其鉴定为盐生谷氨酸杆菌(Glutamicibacter halophytocola),并通过单因素试验探究pH、温度、接种量、初始磷含量,以及水体中的阳离子浓度对菌株G2生长及除磷的影响。实验结果表明,该菌株在初始磷浓度为30 mg/L、pH为8.0、8.0%接种量、32℃的条件下发酵72 h后,磷去除率可达78.79%。同时,添加2.0%的Mg^(2+)可以将菌株G2在人工合成废水中的除磷率提高17.50%。文章所筛选出的盐生谷氨酸杆菌G2在人工合成废水中表现出了良好的除磷效果,有望为废水生物除磷技术提供优质菌种资源。

碳源种类对生物除磷颗粒污泥效能及微生物群落特征的影响

碳源种类对污水生物除磷过程发挥重要作用,然而碳源种类对生物除磷好氧颗粒污泥(AGS)的效能及微生物群落结构的影响至今不明确。因此,本工作在中温条件下探究了碳源种类(乙酸、丙酸及两者混合)对生物除磷AGS的影响。结果表明混合碳源利于AGS对污染物及营养盐的去除。混合碳源组别COD和磷酸盐去除效率分别高达95.9%~97.8%和96.8%~98.5%。混合碳源提高了AGS浓度,促进了胞外聚合物的分泌,并提高各层EPS含量。混合碳源降低了污泥体积指数,提高了污泥沉降性。胞内聚合物分析表明混合碳源提高了聚羟基脂肪酸酯(PHA)的含量但降低了糖原质含量。微生物群落分析表明混合碳源组别内微生物丰富度和多样性均高于单一碳源,且混合碳源组别内,属水平上Candidatus Accumulibacter、Acinetobacter的相对丰度高于其他组。研究结果为生物除磷AGS的高效处理混合碳源废水提供一定的数据支撑和理论依据。

BER-BCO耦合工艺净化模拟微污染河水及除磷机理研究

针对传统生物膜法对微污染河水脱氮除磷效率不佳的问题,设计了电极生物膜耦合生物接触氧化(BER-BCO)装置,采用单因素敏感性分析方法评估了不同碳源、电流密度、水力停留时间、填料填充比对工艺脱氮除磷效果的影响,并通过红外光谱表征阳极附近沉淀物表面特征官能团,探究系统除磷机理。结果表明,在使用乙酸钠为碳源、电流密度为0.09 mA/cm^(2)、水力停留时间控制为24 h、填料比为40%的条件下,BER-BCO系统的脱氮除磷效能得到了显著优化;NH+4-N、TN、TP的去除率分别达到了83.10%、56.46%、97.93%;最终出水除TN外均优于《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中Ⅳ类水质标准;红外光谱分析显示阳极附近形成的含磷沉淀物中含有Fe-O键、P-O键、Fe-OH键,表明铁阳极具有高效除磷的特性。