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.

有机负荷率对厌氧颗粒污泥处理畜禽养殖废水效能的影响探究

针对高浓度畜禽养殖废水厌氧处理效率低,构建了外循环厌氧反应器(EGSB),开展了进水有机负荷率(OLR)对EGSB处理畜禽养殖废水过程内污染物去除效能及颗粒污泥形成规律的影响,并解析相关作用机制。结果表明进水OLR提高至9.0 kg/(m^(3)·d),COD、氨氮及总磷去除维持在91.2%~95.3%、89.6%和76.9%,产气及甲烷产率分别提高至4.64~4.94 L/(L·d)和2.96~3.40 L/(L·d)。适宜提高OLR提高了污泥颗粒化,在工况III内,污泥浓度提高至6.1~6.5 g/L,大粒径污泥质量浓度增加。OLR提高增加了颗粒污泥内胞外聚合物(EPS)含量,并影响了EPS内蛋白质/多糖比值。此外,OLR能影响EGSB内微生物群落特征,且当OLR为9.0kg/(m^(3)·d)时,Firmicutes、Bacteroidetes和Proteobacteria是主要的门级别微生物,且相对丰度分别高达25.6%、16.5%和15.2%。研究结果为畜禽养殖废水高效处理提供一定理论依据。

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%。

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。

菌藻颗粒污泥处理污水的机理及研究进展

综述了菌藻颗粒污泥工艺处理污水的研究现状与发展趋势,介绍了菌藻颗粒污泥的形成机理以及影响该工艺处理效能的关键环境因素,评估了在碳中和的大背景下该工艺的优势,并分析了未来菌藻颗粒污泥户外工艺的发展前景以及可能面临的相关问题。

厌氧氨氧化颗粒污泥形成的研究进展

作为新型脱氮工艺,厌氧氨氧化(Anammox)具有节能减排、无需外加碳源等优点,在处理低C/N废水领域具有极高的应用价值,但在实际应用过程中因存在污泥流失问题,该工艺难以快速启动。投加成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥(AnGS)是攻克上述难题的有效途径。对AnGS的形成过程、机理及影响因素进行综述,归纳总结AnGS快速培养的相关技术问题。介绍了AnGS的形成假说及基于各类假说的相关研究成果;阐述了AnGS的结构特征和微生物群落特征,总结分析了厌氧氨氧化菌(AnAOB)同AnGS之间的关系;分析了接种污泥类型、反应器类型、氮负荷率、有机物浓度、群体感应、外力作用等因素对AnGS形成的影响;介绍了AnGS的上浮现象,分析讨论了AnGS上浮与氮负荷率及颗粒污泥气体通道的关系;总结了现阶段AnGS技术存在的问题,并对AnGS的研究方向进行了展望,旨在为大规模工业化形成AnGS提供参考。

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.

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。

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%。

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。

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。

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。

微塑料对颗粒污泥运行效能的影响

微塑料(MPs)作为新污染物的环境行为得到广泛关注。然而,MPs对好氧颗粒污泥(AGS)处理低C/N废水过程中颗粒化进程、营养盐去除规律及微生物种群特征的影响至今鲜有探究。因此,本论文以苯二甲酸乙二醇酯MPs和AGS为探究对象,在室温环境下,探究了MPs粒径对AGS处理城镇低C/N废水的影响,并解析相关作用机制。结果表明,MPs存在加速了AGS颗粒化,提高了污泥浓度,促进了胞外聚合物(EPS)分泌,且MPs粒径越大,颗粒化进程越显著。MPs存在降低了AGS对COD和营养盐的去除,且MPs粒径越大,营养盐去除抑制越显著。MPs粒径在150μm时,COD、NH_(4)^(+)-N及TN的去除效率下降至81.6%~84.1%、82.3%~86.5%和61.6%~62.8%,均远低于空白组。MPs粒径越大,其在AGS内去除效率越低。大粒径MPs提高了Proteobacteria的相对丰度至59.6%,但降低了具有有机质分解能力的Bacteroidota的相对丰度。本论文丰富了MPs在水环境的影响行为,为日后MPs污染控制提供一定的理论依据。

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。

颗粒污泥技术在污水处理中的应用研究进展

颗粒污泥是微生物自凝聚形成的小球。一般将其分为厌氧颗粒污泥和好氧颗粒污泥分别进行研究。文章将颗粒污泥作为一种特殊的处理工艺,对其在好氧和厌氧条件下在污水处理中的应用研究进展加以综述。并详细介绍了颗粒污泥的特点,特种颗粒污泥的培养及其在COD去除、脱氮、降解毒性物质和重金属吸附等方面的应用,并对其应用前景进行了展望。

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。

无机废水中藻菌颗粒污泥的培养及脱氮性能

以好氧颗粒污泥(AGS)为载体,启动光序批式反应器,运行过程中投加外源藻液(小球藻)及絮凝剂(阳离子聚丙烯酰胺)培养藻菌颗粒污泥(ABGS),用于无机高氨氮废水处理,探究无机械曝气条件下ABGS的脱氮效果。结果表明,运行过程中颗粒数量和粒径均不断减小,藻类逐渐富集,在第42 d成功构建藻菌共生体系,在第129 d培养出成熟ABGS。第145 d时ABGS的平均粒径和污泥质量浓度分别为0.46 mm和1750 mg/L,污泥容积指数为51.43 mL/g,污泥叶绿素a质量浓度为17.48 mg/L,优势菌属为Blastopirellula(16.70%,相对丰度,下同)、SM1A02(12.91%)、Nitrosomonas(7.78%)等,优势藻属为Chlorella(88.06%)。在1~67和105~131 d内氨氮和总无机氮(TIN)去除率波动较大,在68~104 d和132~145 d氨氮和TIN去除率分别接近100%和60%。藻类产氧速率整体呈减小趋势,第100d开始保持在15mg(O_(2))/(L·h)左右。藻类同化去除的TIN在15%~100%之间。