Cl^-、SO_4^(2-)和PO_4^(3-)对异养反硝化污泥的胁迫效应

反硝化菌是反硝化作用的驱动者,探明Cl^-、SO_4^(2-)和PO_4^(3-)对异养反硝化污泥(HDS)的胁迫效应,有助于含盐废水生物脱氮技术的研发和优化.选用硝酸盐还原酶(周质酶)和碱性磷酸酯酶(胞内酶)作为指标,考察了不同Cl^-、SO_4^(2-)和PO_4^(3-)浓度对HDS酶活的影响;通过观测HDS中的活菌水平和细胞形态,考察了不同Cl^-、SO_4^(2-)和PO_4^(3-)浓度对HDS微生物细胞结构的影响.结果表明,Cl^-、SO_4^(2-)和PO_4^(3-)对HDS硝酸盐还原酶的半抑制浓度分别为0.15、0.12和0.05mol/L,对碱性磷酸酯酶的半抑制浓度为1.14、0.75和0.49mol/L;高浓度Cl^-、SO_4^(2-)和PO_4^(3-)导致HDS微生物细胞膜结构破损,通透性增加,细胞物质外泄.阴离子对HDS的胁迫可分为渗透胁迫和电荷胁迫,渗透胁迫造成HDS中功能酶失活,电荷胁迫造成HDS中细胞膜破损,细胞物质外泄.

反硝化颗粒污泥系统和反硝化生物膜系统深度脱氮对比研究

对比分析了反硝化颗粒污泥系统和反硝化生物膜系统在不同进水条件和不同水力停留时间(HRT)下的脱氮效果。结果表明,当进水COD较高即外部碳源较为充足时,反硝化颗粒污泥系统和反硝化生物膜系统脱氮效果接近;而当进水总氮浓度较高即外部碳源受限时,生物膜系统的脱氮效果优于颗粒污泥系统。在不同的HRT条件下(3~6 h),反硝化生物膜系统的深度脱氮效果均优于反硝化颗粒污泥系统,且当HRT=5 h时,两系统的脱氮性能均达到最高。实验结果表明反硝化生物膜系统在脱氮性能方面略胜一筹。但是,结合经济性和去除性能进一步分析可知,与生物膜系统相比,颗粒污泥系统具有占地面积小、无载体成本等低成本的显著优势,在既有工艺出水深度脱氮的工程实践中,可优先选择反硝化颗粒污泥工艺,并可通过控制颗粒粒径和系统运行参数等措施强化脱氮性能。

不同运行策略对反硝化颗粒污泥培养的影响

反应器运行环境对反硝化颗粒污泥培养具有重要影响,在上流厌氧污泥床反应器内研究了不同运行策略培养颗粒污泥的脱氮效率、污泥性能和菌群结构,同时对比分析了快速和慢速提升氮负荷策略培养反硝化颗粒污泥的性能。结果表明:耦合提升策略培养反硝化颗粒污泥的脱氮效率达到93.29%以上,悬浮挥发性固体质量浓度为46.29 g/L,粒径主要分布在2.36~3.35 mm,胞外聚合物为119.03 mg/g VSS,反硝化优势菌Proteobacteria在颗粒污泥菌群中所占比例为61.92%;相较于慢速提升氮负荷策略,快速提升氮负荷策略促使污泥脱氮效率增加了5.48%,挥发性悬浮固体质量浓度增加了20.11 g/L,粒径为2.36~3.35 mm的污泥占比增加了10%左右,胞外聚合物增加了7.27 mg/g VSS,Proteobacteria所占比例增加了5.11%。研究表明,耦合提升策略能够培养出脱氮效率高且性能良好的反硝化颗粒污泥,快速提升氮负荷能够促进颗粒污泥脱氮效率增加、性能更好。

反硝化颗粒污泥处理不锈钢酸洗废水研究

采用以厌氧絮状污泥作为接种污泥的上流式厌氧反应器,通过调整其水力停留时间和水力条件等关键因素培养反硝化颗粒污泥,开展其对不锈钢酸洗废水脱氮研究。研究结果表明,上流式厌氧反应器以甲醇作为碳源运行42 d后,形成了成熟的反硝化颗粒污泥;成熟的反硝化颗粒污泥边缘清晰、表面包裹大量杆菌,单颗污泥沉降速率可达198~273 m/h,粒径为1~6 mm,反硝化速率最高可达2.79 gN/(gVSS·d);在反应器NO_(3)^(-)-N容积负荷为2.0~2.44 kg/(m^(3)·d)时,NO_(3)^(-)-N平均去除率为98.03%,NH_(4)^(+)-N平均去除率为89.76%,TN平均去除率为97.81%;最终出水的氨氮及总氮可同时满足《钢铁工业水污染物排放标准》(GB 13456-2012)的间接排放标准和《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962-2015)的C级排放标准。本工艺相比传统反硝化工艺能够节约碳源30%左右。

包埋活性污泥和反硝化污泥全程硝化反硝化脱氮

将活性污泥和驯化所得的反硝化污泥菌泥按适当比例混合后,用聚乙烯醇(PVA)将其包埋,制成直径为3～4mm的颗粒小球。以模拟废水为处理对象,在流化床反应器内进行实验。结果表明,包埋颗粒小球对氮素和COD的去除效果良好,当包埋颗粒填充率为7%～8%(体积比),控制其他条件,12 h的NH4+-N和TN去除率均在95%以上,对COD的去除率大于95%。整个过程中NO2--N未见明显积累,因此为全程硝化反硝化脱氮。最后,通过单因素实验得出的最佳温度、pH值和溶解氧浓度分别为30℃、7.5和4 mg/L。

利用普通反硝化活性污泥快速启动厌氧氨氧化试验

采用有效容积为6.3 L的上流式流化床接种普通污泥，进行了厌氧氨氧化反应器的启动，研究了先富集反硝化污泥再启动厌氧氨氧化反应器的过程特征。首先投配硝氮质量浓度70 mg/L、以葡萄糖为碳源、COD为200 mg/L的模拟废水增强污泥的反硝化能力。运行6 d后，出水硝氮质量浓度在10 mg/L左右，反应器对硝氮的去除率稳定在80%以上，污泥具有较高的反硝化活性。随后投配氨氮质量浓度50-60 mg/L、亚硝氮质量浓度30-58 mg/L的废水进行厌氧氨氧化菌培养。培养一开始出水氨氮质量浓度就比进水低，第31 d氨氮的去除率达到50%以上。逐步提高进水氨氮和亚硝酸氮质量浓度，从100 mg/L、140 mg/L、200 mg/L到420 mg/L，氨氮和亚硝氮去除率亦不断提高。第40 d后，反应器氨氮去除量、亚硝氮去除量和硝氮增加量之比在1：（1.3±0.2）：（0.3±0.1）范围内小幅波动，表明厌氧氨氧化反应已经成为反应器内的主导脱氮反应。经过76 d的培养，在进水氨氮和亚硝氮质量浓度分别为405.23 mg/L和488.24 mg/L时，反应器对它们的去除率达到80%和95.22%，最大氮去除速率为0.93 kg/（m^3 ·d）。研究表明，采用上流式流化反应器先富集反硝化菌再培养厌氧氨氧化菌和采用逐步提高进水负荷的启动策略，对于快速培养高活性Anammox污泥、启动反应器是有效的。

降低负荷以提高反硝化颗粒污泥的稳定性

在上流式污泥床反应器（USB）内，接种好氧活性污泥，以甲醇为碳源，NO3^-为电子受体，经过40多d培养，得到良好的反硝化颗粒污泥，粒径2～3mm，MLSS为36g／L，氮去除速率和COD去除速率分别在0．15gNO3-N／（gVSS·d）和0．8gCOD／（gVSS·d）。当负荷提高至6．44gNO3-N／（L·d）继续运行1周后，观察到反应器内颗粒污泥出现上浮，浓度降低，颗粒粒径多数在3～5mm，外观呈乳白色。为恢复反应器稳定运行，当负荷降至3．86gNO3-N／（L·d）时，上浮现象减轻，当负荷降至2．57gNO3-N／（L·d）时，上浮现象消失，颗粒污泥密度由不稳定时的1．0018g／cm^3提高到1．0126g／cm^3，颗粒粘连现象基本消失，污泥氮去除速率在0．19gNO3-N／（gVSS·d），连续运行30d，系统保持稳定。分析认为，颗粒污泥表面微生物生长速度过快是导致不稳定的主要因素，较长的泥龄有利于系统稳定。

反硝化颗粒污泥研究

采用上流式污泥床(UpflowSludgeBlanket简称为USB)反应器进行生物反硝化,在基质中添加较高浓度钙离子(300mgCa2+/L)条件下,系统中形成了大量颗粒污泥。本试验对USB反应器进行生物反硝化过程的颗粒污泥的形态、组成、结构进行了定性的研究,并对其不稳定性可能原因进行了分析。

A2N双污泥反硝化除磷系统微生物的先间歇后连续培养及快速启动

以实际生活污水为对象,研究了反硝化聚磷菌(DPB)的驯化培养以及A2N双污泥反硝化除磷系统的快速启动.采用先独立培养反硝化聚磷菌和好氧硝化生物膜再连续运行的方式成功地快速启动了A2N系统.采用污水处理厂除磷工艺中的活性污泥为种泥,在SBR系统中以先A/O(厌氧/好氧)后A/A(厌氧/缺氧)的方式运行,32 d成功地使反硝化聚磷菌成为优势菌属.在SBR反应器中,采用硝化效果较好的活性污泥为种泥,好氧硝化生物膜30 d挂膜成功,氨氮去除率稳定在99%以上.然后,A2N系统连续运行,11 d后系统反硝化除磷效果进入稳定状态,出水氨氮和正磷酸盐浓度均为0,硝态氮为10.26 mg/L,出水COD为19.56 mg/L,COD、氨氮、总氮和磷去除率分别为91%、100%、77%和100%,说明A2N系统具有很好的脱氮除磷效果,认为系统启动成功.

双污泥反硝化除磷系统中氨氮容积负荷的优化

农村生活污水具有处理量小,分散,日变化系数大等特点,分散处理成为农村污水处理的首要选择。该研究采用AAO工艺与BAF组成的双污泥反硝化除磷系统（anaerobic anoxic oxic-biological aerated filter,AAO-BAF）处理农村生活污水,探讨了氨氮容积负荷对该系统BAF单元硝化性能及出水悬浮物（SS）的影响。通过改变水力负荷和有效滤料容积（即方式1和方式）2种方式,氨氮容积负荷在0.43-1.21 kg/（m3·d）之间变化。试验结果表明,随着氨氮容积负荷的增加,氨氮去除率呈现先缓慢降低后急剧减小的趋势,不同的是,出水SS对方式1（即水力负荷的变化）更敏感。当氨氮容积负荷在0.43-1.12 kg/（m3·d）时,氨氮去除率大于81%;当氨氮容积负荷大于1.12 kg/（m3·d）,氨氮去除率急剧降低,氨氮容积负荷为1.21 kg/（m3·d）,2种运行方式的氨氮去除率分别为65%和68%。当氨氮容积负荷小于0.74 kg/（m3·d）时,出水SS小于10 mg/L;当氨氮容积负荷大于0.74 kg/（m3·d）时,出水SS急剧增加,但方式1增加得更快,氨氮容积负荷增加到1.21 kg/（m3·d）时,方式1和方式2的出水SS分别为21.8和14.2 mg/L。所以,为保证BAF出水水质达到国家一级A排放标准,其氨氮容积负荷应小于0.74 kg/（m3·d）。

厌氧悬浮颗粒污泥床同时反硝化产甲烷研究

利用厌氧悬浮颗粒污泥床反应器,以自配水为基质,通过微生物的反硝化作用和产甲烷作用成功实现了在单级反应器中去除硝酸盐和水中有机质的目的。反应器开始接种的污泥是产甲烷颗粒污泥,通过不断提高进水中硝酸盐的浓度,使厌氧颗粒污泥逐渐适应水中的硝酸盐,反硝化剩余的有机碳源转化为甲烷气体。在硝酸盐负荷为0.75 kgNO3--N.m-3d-1和COD负荷为14.1 kgCOD.m-3d-1的稳态下,硝酸盐和有机碳的去除率分别为99.5%和90.1%以上。对反应器产生的气体所进行的气体组成测试表明,加入的硝酸盐全部转化为氮气,这一结果表明发生了真正的反硝化反应。

不同温度下反硝化除磷污泥特性研究

在低温(15℃)与常温(25℃)条件下,用SBR反应器对反硝化除磷污泥特性进行了系统分析。结果表明,在常温与低温条件下反硝化除磷菌(DPB)污泥均具有较好的沉降性能;总磷质量分数分别为2.3%～3.7%和1.6%～2.1%;DPB占总PAOs的质量分数(RDPB)分别约为77%和51%;VSS/SS分别为76%～88.6%和74%～85.3%。低温下DPB污泥中存在钟虫和少量轮虫等原生动物。低温下DPB污泥系统运行正常,可通过增加污泥浓度和延长反应时间以提高除磷率。

低温促进反硝化颗粒污泥稳定性的研究

针对高负荷下出现的反硝化颗粒污泥相互粘连、上浮等不稳定状态，进行了降低进水温度促进颗粒污泥床稳定的研究。当进水温度降至16℃时反应器能稳定运行，颗粒粘连现象减弱，颗粒密度由不稳定时的1．0085g／cm^3提高到1．022g／cm^3，颗粒沉速为30～50m／h，此时反应器的负荷为4．0～5．14gNO3^- -N／（L·d），对氮的去除速率为0．18gNO3^- -N／（gVSS·d）；当进水COD和NO3^- -N浓度分别为225mg／L和50mg／L时，对其去除率分别为93％和98％。研究认为，颗粒污泥表面反硝化茵的生长速率过快是引起不稳定的主要原因，降低温度即降低微生物的生长速率有助于颗粒污泥保持稳定。

CASS反应器中反硝化除磷污泥的微生物群落结构

为深入了解CASS系统内的反硝化除磷污泥微生物群落结构,对反应器内初始接种污泥和驯化成功的污泥进行高通量测序分析,测序结果显示CASS系统反硝化除磷污泥中富集了一定比例的、具有脱氮除磷能力的菌群,优势菌群主要有变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。目水平上鞘脂杆菌目(Sphingobacteriales)和红环菌目(Rhodocyclales)丰度增长较大,科水平上红环菌科(Rhodocyclaceae)的丰度增长最大,可能包含具有反硝化功能的菌群。此分析结果也显示出CASS系统具有一定的脱氮除磷功能。

污泥发酵耦合反硝化系统亚硝态氮积累特性

接种污泥发酵耦合反硝化系统污泥,以剩余污泥发酵上清液中有机物作为反硝化过程电子供体,通过批次试验研究碳氮比（ρ（COD）/ρ（NOx--N）及pH对反硝化过程N-NO2积累的影响。试验结果表明：在初始ρ（NO3--N）为30 mg/L,ρ（COD）/ρ（NOx--N）为1-3时,NO2---N积累量和积累速率随（ρ（COD）/ρ（NOx--N）增加明显升高,继续提高（ρ（COD）/ρ（NOx--N）对NO2--N积累影响很小,在反应过程中最大积累量达到（18.85±1.13）mg/L;p H对反硝化过程N-NO2？积累有明显影响,p H=7时N-NO2？积累速率最大,而NO2--N积累量按p H顺序依次为：p H=9,6,8,7。另外,本试验考察的污泥发酵耦合反硝化系统污泥在反硝化过程中亚硝态氮积累率（wNAR）维持在78%--95%范围内,并且反应初始（ρ（COD）/ρ（NOx--N）对其影响很小,可能是由于该系统的长期碳源电子供体有限,反硝化和发酵条件的引入导致反硝化菌合成硝态氮还原酶能力远远大于亚硝态氮还原酶的还原酶能力。

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%。

多因素对CASS反应器内反硝化除磷污泥脱氮除磷性能的影响

以CASS反应系统中的反硝化除磷污泥为研究对象,考察温度、COD、硝酸盐浓度、N/P比对污泥脱氮除磷性能的影响。结果表明,CASS系统中反硝化除磷污泥最佳反应温度为30℃,COD浓度为400 mg/L时污泥释磷效率最高。硝酸盐浓度高于15 mg/L时,释磷作用受到明显抑制。N/P为2时,可获得较好的脱氮除磷效果。

厌氧氨氧化、反硝化与甲烷化耦合研究

根据厌氧氨氧化菌、反硝化菌与甲烷菌的特征,采用气提式反应器,利用反硝化颗粒污泥进行厌氧氨氧化污泥培养,研究厌氧氨氧化、反硝化与甲烷化耦合作用,并考察其对高氨氮有机废水的处理效果。反应器经过106 d的试验运行表明,NH3-N、TN、NO3--N及COD的去除率分别可达45%、69%、94%及81%;试验过程中同时观察到了厌氧脱磷现象;反应器中接种的灰黑色絮状污泥在连续运行期间逐渐转变为深棕黄色颗粒污泥,经PCR检测表明厌氧氨氧化活性较高。

接种污泥对厌氧氨氧化反应器启动特性的影响

采用两套相同的ASBR系统,分别接种好氧硝化污泥和自养反硝化污泥,在模拟废水的pH值为7.6～7.9、温度为32℃的条件下,分别运行176d和170d后,均成功启动了厌氧氨氧化反应器。在稳定运行阶段,其总氮容积负荷分别为0.147和0.11kgN/(m3.d),对总氮的平均去除率分别为84.81%和81.57%。两组反应器内氨氮和亚硝态氮的减少量与硝态氮的生成量之比分别为1∶1.08∶0.31和1∶1.18∶0.33。接种了好氧硝化污泥的反应器启动更快,且对氨氮的去除效果更好。

利用双污泥反硝化除磷工艺降低污水处理过程中N2O产生量

以人工模拟废水为处理对象,采用双污泥反硝化除磷工艺,试探了在不同DO下各污染物的去除率和曝气池中N2O气体产生量,结果表明:双污泥反硝化工艺对废水中氨氮、总氮和总磷去除效果较好,对COD和BOD5的去除效果甚微;曝气池中产生的N2O量在曝气前30min几乎呈线性增长,随后区域稳定,曝气池中DO为2、3、4mg/L时,曝气60min后产生的N2O分别为0.37、0.32和0.47mg/L;为使该工艺处理印染废水能达到最大的经济效益和环境效益,应控制曝气池中DO浓度为3mg/L。