反求根系吸磷速率方法的检验及其在苗期冬小麦土柱实验中的应用

作物根系吸磷研究对于施肥管理和农业非点源污染控制有十分重要的意义。由于土壤剖面各深度处的根系吸磷速率尚无法直接测定,反求方法已成为估算其分布的主要手段之一。土壤剖面水溶性磷浓度实测空间步长SI、时间步长T以及水溶性磷浓度测量误差εpa是影响根系吸磷速率反求方法的几个主要因子。本文通过数值实验,首先探讨了SI、T和εpa不同取值对根系吸磷平均速率反求方法准确性和稳定性的影响。结果表明:当(a)土壤0～30 cm区域内实测空间步长SI取5 cm,30 cm以下取10～20 cm;(b)测量时间步长T介于5～20 d之间;(c)水溶性磷浓度测量的相对误差控制在15%以内时,根系吸磷平均速率估算值与理论分布之间的总体相对误差均在10%以内。在此基础上,应用该反求方法对土柱实验中冬小麦(苗期)根系吸磷平均速率分布进行了模拟估算,所得冬小麦各生长阶段吸磷总量的估算值与实测值吻合较好,两者间的相对误差均在10%以内。

亚硝酸根作为电子受体的反硝化吸磷特性

为了考察聚磷污泥以NO2-为电子受体的反硝化吸磷特性,通过静态烧杯试验,研究了不同NO2-浓度聚磷污泥的反硝化同时吸磷能力及动力学。实验结果表明:NO2-质量浓度在31.25 mg/L以下时,反硝化聚磷菌可以利用NO2-为电子受体完成反硝化吸磷;在高于37.50 mg/L时,NO2-对缺氧吸磷有明显的抑制作用。但是反硝化聚磷菌经过驯化之后,即使NO2-质量浓度达到很高(75.00 mg/L),仍然可以利用NO2-作为电子受体完成反硝化吸磷,而没有发现抑制吸磷的现象,而且NO2-的浓度对吸磷速率没有明显影响。以NO2-为电子受体平均吸磷速率为3.16 mg P/(gMLVSS.h),平均反硝化速率为5.14mg NO2--N/(gMLVSS.h),吸磷速率小于以氧和NO3-为电子受体时的速率。

吸磷过程中电子受体峰值浓度探讨

为了探讨NO3--N和DO分别作为吸磷过程电子受体时的峰值浓度,采用序批式间歇反应器(SBR)进行静态平行试验,在按照厌氧/好氧方式运行的EBPR系统中,分别考察了在NO3--N初始浓度为50 mg.L-1、75 mg.L-1和100 mg.L-1时以及曝气量为16 L.h-1、28 L.h-1和40L.h-1条件下的吸磷过程。结果表明,在内碳源充足的情况下,决定吸磷速率快慢的主要因素不是电子受体的浓度,而是能否及时地向系统中提供足够的电子受体。与DO相比,NO3--N作为吸磷过程电子受体时的效率偏低,且被反硝化掉的NO3--N量与被吸收的PO43--P量近似成正比。这说明采用厌氧/好氧方式运行的EBPR系统中也存在反硝化除磷菌,计算发现其占总聚磷菌的比例为17.70%。利用pH变化曲线作为吸磷过程的控制手段实用性不大,以NO3--N和DO作为吸磷过程电子受体的峰值浓度分别为50.00 mg.L-1和0.4 mg.L-1。

反硝化聚磷菌吸磷能力和生长特性研究

目的研究反硝化聚磷菌在同一反应条件下的吸磷能力和生长特性,为污水脱氮除磷微生物学的研究提供理论依据.方法通过反硝化聚磷菌的吸磷试验,确定各菌株的含磷量及吸磷速率;通过拮抗试验构建复合菌群,采用浊度法绘制各菌群的生长曲线,进一步研究微生物的种群特性及对环境的适应能力.结果韦荣氏菌属在缺氧培养3 h时,磷质量浓度出现最大降幅,出水PO3-4-P质量浓度均低于2.00 mg/L.菌株F8适应新环境的能力最强.对数期时,菌株F3、F9、F13的生长速率最小.菌株F5的稳定期持续时间比较短,处于144~168 h;F11持续时间最长,处于144~216 h.菌株F16对数期最短,最先进入稳定期,且稳定期持续时间最长.各种复配菌株处于稳定期时菌体数量从小到大依次为F9、F8、F3、F10、F7、F2、F4、F14、F16、F6、F11、F1、F5、F12、F13、F15.结论反硝化聚磷菌单菌吸磷速率与其菌株整体吸磷量大小无关,复合菌株较强的适应能力使其调整期比任何一株单菌的时间都短.

温度和pH值对活性污泥法脱氮除磷的影响

温度和pH值是影响污水脱氮除磷效果的2个重要因素。试验采用连续搅拌槽式反应器(continuous stirredtank reactor,CSTR),通过对不同温度和pH值条件下的硝化、反硝化、释磷和吸磷反应速率的测定,总结出温度和pH值对活性污泥生化反应速率的影响规律。试验表明,硝化和反硝化速率随温度的升高而加快。在5℃和33℃时,硝化速率分别为0.01 kg NH4+-N/(kg VSS.d)和0.28 kg NH4+-N/(kg VSS.d);在5℃和30℃时,反硝化速率分别为0.097 kg NO3--N/(kg VSS.d)和0.476 kg NO3--N/(kg VSS.d);但温度对吸磷和释磷速率的影响不大。pH值对硝化、反硝化、吸磷和释磷速率均有显著影响,在pH值为7.74时,硝化速率为0.095 kg NO3--N/(kg VSS.d);而在pH值为4.9和10.08时,硝化速率仅为0.005 kg NO3--N/(kg VSS.d)和0.006 kg NO3--N/(kg VSS.d)。在pH值为7.85时,反硝化速率达到最大值0.36kg NO3--N/(kg VSS.d);而在偏酸性和碱性条件下,反硝化速率显著下降。

不同电子受体配比对反硝化除磷特性及内碳源转化利用的影响

以A2/O-生物接触氧化(biological contact oxidation,BCO)系统反硝化除磷活性污泥为研究对象,通过投加不同浓度的N-和NO3-N-(2 NO3-N NO-N--+=30 mg·L-1),考察了反硝化聚磷菌(denitrifying polyphosphate accumulating organisms,DPAOs)在不同电子受体配比(N-:NO3-N-=0,0.2:0.8,0.4:0.6,0.5:0.5,0.6:0.4)条件下的脱氮除磷特性。结果表明:乙酸钠为DPAOs用于反硝化除磷的理想碳源,且其浓度为200 mg·L-1时最佳;仅以NO3-N-为电子受体进行缺氧吸磷反应时,NO3-N-的投加量为30 mg·L-1时较为合适;以NO3-N-作为电子受体,未经N-驯化的DPAOs,短时间内很难利用N-,但低浓度的N-(6 mg·L-1)不会影响DPAOs以NO3-N-作电子受体进行反硝化除磷;同时,N-对于DPAOs吸磷作用的抑制程度明显强于NO3-N-反硝化作用,当N-浓度达到18 mg·L-1时,吸磷反应基本停止;此外,较高浓度的N-不仅会抑制聚羟基脂肪酸酯(poly-β-hydroxyalkanoate,PHA)的分解利用,且会使PHA分解产生的能量较多地用于储存糖原(glycogen,Gly),而所分解利用的PHA中90%以上为聚-β-羟基丁酸酯(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)。

不同反应时间内碳源转化对反硝化除磷的影响

以A^2/O-生物接触氧化(BCO)系统反硝化除磷活性污泥为研究对象,通过投加适宜的碳源(乙酸钠,折合COD为200mg/L)和NO_3--N(30mg/L),考察了反硝化聚磷菌(DPAOs)在不同厌/缺氧反应时间下的内碳源转化利用情况对脱氮除磷特性的影响.结果表明:厌氧反应时间为90min时,聚羟基脂肪酸酯(PHA)的合成量最大,释磷基本结束;厌氧时间过长(120,150min)导致PHA的无效损失,会直接影响缺氧反硝化除磷作用,且对于吸磷作用的抑制明显强于硝酸盐反硝化作用.厌氧释磷良好的条件下,缺氧反应120min时PHA消耗量较大,内碳源利用充分,氮磷去除完全;缺氧时间过短(60min)则反应不完全,时间过长(180,240,300min)会导致糖原(Gly)部分降解,间接影响反硝化除磷作用,不利于反应的长期进行.此外,在短期试验中,因厌氧时间过长造成的PHA无效损失,对反硝化除磷作用的影响明显大于缺氧时间设定过长时Gly的降解.

控制BNR工艺好氧、反硝化除磷效果因素实验研究

以实验室动态生物营养物去除(BNR)工艺(BCFS)运行实验为基础,采用静态实验,研究了厌氧初始COD、碳源种类和反应时间对好氧吸磷和反硝化除磷效果的影响,同时将二者进行对比.实验结果表明,好氧吸磷效果随厌氧初始COD升高而增加.厌氧初始COD相同时,以葡萄糖为碳源的实验吸磷速率最快,4h好氧反应后残余PO43-浓度最低;但以乙酸和丙酸为碳源的实验表现出更强的超量吸磷能力.缺氧条件下,常规反硝化细菌(OHO)引起的常规反硝化限制了本来就速率较低的反硝化除磷过程.当厌氧初始COD为400mg·mL-1时,以葡萄糖、乙酸和丙酸为碳源的实验中反硝化除磷占总除磷量的比例分别为46.12%、32.03%和21.96%.

污泥转移SBR工艺吸磷影响因素分析

新型SBR工艺是由SBR反应器和生物选择器构成,显著特点是通过污泥转移实现除磷优势菌种的筛选,强化除磷效果。以生活污水为处理对象,研究了转移量、温度、pH以及DO对吸磷的影响。试验研究表明:比吸磷速率与污泥转移量关系为y=e(1.49+4.95x-7.3x2),中值误差为1.93%,系统在34%的转移量下其最大比吸磷速率可达10.27 mg/(g·h);进水温度分别为5~15℃、15~25℃、25~35℃工况培养的污泥在(24±2)℃时的比吸磷速率为11.86,10.39,9.35 mg/(g·h);pH=6.5、7、7.5、8条件下比吸磷速率分别为8.8、9.9、10.39、10.58 mg/(g·h);DO分别为1~2,2~3,3~4,4~5 mg/L时比吸磷速率分别为8.8,9.96,10.39,10.44 mg/(g·h)。确定该工艺的最佳吸磷条件为污泥转移量为34%,进水温度为5~15℃,pH=7.5~8,ρ(DO)为3~4 mg/L。

反硝化除磷的启动特性及亚硝酸盐浓度的影响

以模拟生活污水为处理对象,采用序批式反应器(SBR)单污泥系统,通过A/O、A/A/O、A/A三阶段运行的方式,研究了反硝化除磷的启动条件,并考察了亚硝酸盐浓度的影响。结果表明,丙酸钠为反硝化除磷菌(DPBs)的理想碳源,通过控制短污泥龄(SRT)驯化聚磷菌(PAOs),再延长SRT至25 d富集DPBs,系统运行45 d即成功启动了反硝化除磷工艺,PO_(4)^(3-)-P去除率稳定在80%以上。启动成功后,DPBs占PAOs的比例从28.5%升至75.8%。在富集完PAOs后,可利用NO_(2)^(-)-N作为电子受体的浓度仅为4 mg/L,达到8 mg/L时则会出现吸磷抑制现象;而DPBs富集完成后,NO_(2)^(-)-N抑制浓度阈值提高至12 mg/L,此时净吸磷量仅有8.58 mg/L。

超低溶解氧条件下的EBPR系统除磷性能

实验采用两个交替厌氧/好氧(An/O)模式运行的SBR反应器,对不同溶解氧(DO)浓度梯度下EBPR系统除磷效果及工艺性能进行了为期127 d的研究.在未控制DO的对照组反应器R1中,好氧段DO≥6 mg·L^(-1),运行的前65 d内工艺除磷性能稳定,除磷率>95.9%,出水总磷<0.5 mg·L^(-1),但由于系统长期处于过曝气状态,65 d后除磷性能逐渐恶化,直至97 d后系统彻底失效,整个运行阶段(1~127 d)出水总磷一级A达标率为39.4%.对于实验组反应器R2,控制好氧段DO浓度分别为2、1、0.5、0.2、0.1 mg·L^(-1),各工况初期除磷性能均有小幅波动,但除磷率迅速回升,继而反应器达到稳定运行.统计发现,实验组反应器R2在整个运行阶段出水总磷一级A的达标率为94.6%,127 d内仅有6 d不达标,工艺性能远优于R1.DO=2 mg·L^(-1)系统的比吸磷速率接近最大值,而低DO条件对比吸磷速率影响较大.实验还发现,尽管由超低DO(0.1 mg·L^(-1))引起的有机物降解速率低导致系统发生污泥微膨胀,但出水总磷仍能100%达标排放,微好氧EBPR的节能除磷具有可行性.

厨余发酵液为外碳源的A/O-MBR脱氮除磷特性

利用厨余发酵液作为外碳源以改善A/O-MBR的脱氮除磷性能。结果表明:投加发酵液后反应器的脱氮除磷效果明显提高,出水NH+4-N、TN和PO3-4-P的平均浓度分别为0.72、7.25、1.78 mg/L,去除率分别达到96%、65%和85%以上。此外,厌氧污泥中的TP含量明显低于好氧污泥,而上清液中的PO3-4-P浓度高于好氧池,说明聚磷菌在厌氧条件下释磷,而在好氧条件下吸磷。释磷/吸磷批式试验进一步证实了在厌氧条件下主要进行释磷和反硝化过程,释磷速率达到5.66 mg/(g MLVSS·h),而在好氧条件下主要进行吸磷和硝化过程,吸磷速率和硝化速率分别为4.79、2.37 mg/(g MLVSS·h),较高的微生物活性有利于对污染物的去除。

污泥龄及pH值对反硝化除磷工艺效能的影响

以SBR成功富集后的反硝化聚磷菌(DPBs)为研究对象,分别考察了污泥龄(SRT,35、25、15 d)及pH值(7. 5、8. 0、8. 5)对反硝化除磷过程的影响.结果表明,SRT从35d缩短至25d,使活性污泥浓度(MLVSS)从2 821 mg·L^(-1)降低为2 301mg·L^(-1),而污泥负荷(F/M,以COD/MLVSS计)从0. 256 kg·(kg·d)^(-1)增加至0. 312 kg·(kg·d)^(-1),虽然净释磷量及净吸磷量有所下降,但是由于污泥活性的增加,此阶段厌氧释磷、缺氧吸磷及比反硝化速率均达到最高,分别为25. 07、15. 92及9. 45mg·(g·h)^(-1),污泥含磷率从4. 78%升为5. 33%,出水PO_4^(3-)-P浓度保持在0. 5 mg·L^(-1)以下,即PO_4^(3-)-P去除率稳定在95%以上;当SRT进一步缩短为15d时,MLVSS低至1448 mg·L^(-1),污泥中DPBs占聚磷菌(PAOs)的比例从82. 4%骤降为65. 7%,表明过短的SRT使得DPBs逐渐从系统中流失,此阶段污泥含磷率降至3. 43%,释磷、吸磷及比反硝化速率亦出现不同程度的降低.随着pH值的升高(7. 5～8. 0),厌氧释磷及缺氧吸磷速率也升高,pH值为8. 0时分别达到25. 86 mg·(g·h)^(-1)和16. 62 mg·(g·h)^(-1);当pH超过8. 0后,除磷效率快速下降,推测为磷化学沉淀导致.

次氯酸钠控制城市污水处理厂微丝菌污泥膨胀

针对由微丝菌引起的城市污水处理厂营养物去除系统的活性污泥膨胀,采用投加次氯酸钠进行氧化控制,探讨不同剂量下次氯酸钠对微丝菌的杀灭效果、活性污泥沉降性能的改善以及对功能微生物(聚磷菌)的损伤和恢复。结果表明,次氯酸钠使裸露于絮体外的菌丝断裂,污泥容积指数减小;随着非丝状菌的增殖和剩余污泥排出,活性污泥沉降性能进一步改善;次氯酸钠的投加量越高,对聚磷菌吸磷和释磷速率影响越大,但聚磷菌释磷速率减小的幅度小于吸磷速率。最佳投药量为5.3 g Cl/kg MLSS,此时SVI由未投加次氯酸钠时的202 m L/g降至134 m L/g,最大释磷速率和最大吸磷速率同比分别降低了11%和40%。可见,投加次氯酸钠能有效控制微丝菌引起的污泥膨胀。

氧化沟工艺污水处理厂的活性污泥特性分析

结合某氧化沟工艺污水厂对主要污染物的去除效果,对其活性污泥特性进行了分析。结果表明:系统中活性污泥在厌氧搅拌前0.5 h的平均比厌氧释磷速率为1.10 mg PO_4^(3-)-P/(g MLVSS·h),厌氧释磷效果较差;平均比好氧吸磷速率为6.30 mg PO_4^(3-)-P/(g MLVSS·h),比缺氧吸磷速率为2.83 mg PO_4^(3-)-P/(g MLVSS·h),反硝化聚磷菌占总聚磷菌的比例为44.9%;比硝化速率为7.55 mg NH_4^+-N/(g MLVSS·h),硝化效果良好;比反硝化速率存在明显的3个变化阶段,其中第1阶段比反硝化速率最大,为5.79 mg NO_3^--N/(g MLVSS·h),第2阶段比反硝化速率次之,为2.23 mg NO_3^--N/(g MLVSS·h),第3阶段的最小,为0.82 mg NO_3^--N/(g MLVSS·h),活性污泥的比反硝化速率总体较低。为此,建议将原连续非限制曝气运行方式改为间歇曝气方式,并在缺氧区投加适量碳源,以提高系统的脱氮除磷效果。