不同电子受体除磷污泥相似性与菌群结构研究

分别以硝酸盐、亚硝酸盐、氧气为电子受体,采用3组SBR反应器培养除磷污泥,连续126d的稳定运行表明:以硝酸盐、亚硝酸盐、氧气为电子受体除磷污泥对TP平均去除率分别为84.8%,78.7%,87.4%,出水TP平均浓度分别为0.758,0.931,0.632mg/L.采用高通量测序技术对不同电子受体除磷污泥的相似性与菌群结构进行了研究,结果表明,以硝酸盐,亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷污泥具有近似的菌群结构,与好氧除磷污泥菌群结构差异较大.基于各样品主导OTUs序列的系统发育关系及其比例的分布,主导微生物主要可以分为5个簇.通过序列比对,在97%的序列相似度条件下,种泥中聚磷菌与聚糖菌序列比例为0.716%与0.368%,以硝酸盐、亚硝酸盐、氧气为电子受体除磷污泥中聚磷菌与聚糖菌序列比例分别为1.78%,2.53%,4.80%与1.44%,1.32%,30.9%,厌氧-缺氧条件有利于抑制聚糖菌.亚硝酸盐为反硝化除磷污泥电子受体时潜在公共卫生安全隐患.

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。

投加Na2S对化学强化除磷污泥厌氧发酵释磷的影响

以在污水处理过程中采用化学强化除磷而产生的剩余污泥为研究对象,考察了硫化钠(Na_(2)S)投加量对污泥释磷以及厌氧发酵的影响.结果表明,在S/Fe物质的量比为0.3~1的范围内,投加的Na_(2)S越多,污泥厌氧释放的磷越多,当S/Fe物质的量比为1:1时,污泥S1和S2上清液中磷浓度分别达到了170和150mg/L(污泥释磷率分别为22.2%和27.23%);投加Na_(2)S会导致pH值升高,碱性条件会促进有机物的释放以及产酸微生物的生长,并因此促进VFAs的产生;VSS/TSS越高的污泥,对pH值的缓冲能力越强,释放的NH_(4)^(+)-N也越多;此外,投加Na_(2)S后会导致污泥上清液中Fe(Fe^(2+)与Fe^(3+)之和)和Al^(3+)的浓度上升,而生成的FeS_(x)会使沉淀沉降性能变差.S/Fe物质的量比为0.3和0.5时,对生物多样性影响不大,但大于1:1后Shannon指数下降.综合考虑释磷与后续厌氧发酵以及污泥沉降性能,推荐按S/Fe物质的量比为0.3:1~0.5:1投加Na_(2)S,既可以保证上清液磷浓度大于50mg/L,又将上清液中Fe和Al^(3+)等杂质金属离子的浓度控制在较低的水平(<10mg/L),利于后续用鸟粪石法回收磷,同时促进产酸(VFAs为对照组的8.3倍),且污泥沉降性能受影响较小.

不同扩散性的两种碳源对生物除磷污泥颗粒化早期聚集特性的影响

平行运行2组构型相同的低高径比SBR反应器,分别以高扩散性的NaAc(1^(#)反应器)和低扩散性的可溶性淀粉(2^(#)反应器)为单一碳源模拟生活污水,研究不同扩散性的两种碳源对生物除磷污泥颗粒化早期聚集特性的影响。结果表明:在培养初期可溶性淀粉(2^(#)反应器)通过絮凝作用最先在系统中形成粒径较大但疏松的絮体污泥,在培养后期NaAc(1^(#)反应器)能够显著加快污泥的聚集和颗粒化速度。反应器运行90d后,1^(#)系统初步实现了颗粒化,污泥粒径在200μm左右,颗粒污泥轮廓清晰,结构密实;2^(#)系统污泥以絮体为主,粒径为50μm左右。两个系统中COD去除率均达90%以上,2^(#)反应器除磷率低于1^(#)反应器。1^(#)系统内Defluviicoccus(88%)占据绝对优势,除磷由Dechloromonas(5.46%)完成;2^(#)系统优势菌属为Ornithinibacter(33.19%)和反硝化聚磷菌Tessaracoccus(38.34%)。

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。

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。

大分子有机物作用下反应器构型对生物除磷污泥颗粒化的影响

以大分子有机物为碳源,考察短时顶部进水+厌氧搅拌(R1)与长时底部推流进水+厌氧静置(R2)两种序批式反应器对生物除磷污泥颗粒化的影响。结果表明:R1反应器污泥一直维持絮体状态且易发生丝状膨胀,SVI30在88.85~1212.12 mL·g^(-1)之间波动;R2反应器污泥可在110 d实现颗粒化,成熟颗粒污泥结构密实,SVI30为38.39~58.92 mg·L^(-1)。R2反应器在厌氧段挥发性脂肪酸产量更高,更有利于聚磷菌的生长。R2反应器污泥胞外聚合物(EPS)中蛋白质和多糖含量均高于R1,分别为26.24 mg·gVSS^(-1)和7.15 mg·gVSS^(-1),可与更多Ca、Mg结合促进污泥颗粒化。16S rRNA基因高通量测序显示,R2反应器有利于水解发酵菌群norank_f_Chitinophagaceae(27.71%)、norank_f_Saprospiraceae(4.86%)和分泌EPS菌群Flavobacterium(9.38%)的生长,促进了聚磷菌的生长和污泥的颗粒化。

生物除磷颗粒污泥对Zn2＋的去除特性研究

采用生物除磷颗粒污泥来去除Zn^(2+),考察了Zn^(2+)初始含量、污泥含量、p H、温度、反应时间和共存离子对Zn^(2+)去除效果的影响,并通过傅里叶变换红外光谱分析去除Zn^(2+)的主要官能团。结果表明,生物除磷颗粒污泥对质量浓度100 mg/L的Zn^(2+)的最大吸附量为29.55 mg/g,平衡吸附量为17.54 mg/g,优化p H为5、温度为25~35℃、污泥的质量浓度为1.0 g/L。Zn^(2+)的去除过程分为快速吸附、慢速吸附和吸附平衡3个过程,符合准2级动力学方程。Ca^(2+)、K^+、Mg^(2+)通过离子交换参与了Zn^(2+)的去除,去除Zn^(2+)的行为主要是依赖聚磷菌的作用来完成的,Zn^(2+)在细胞内的比例为33.52%;去除Zn^(2+)的主要官能团为脂碳链、羧基、伯醇、多聚糖、磷酸基和硫酸基团。

缺氧环境对颗粒污泥强化除磷系统释磷的影响

以除磷颗粒污泥为研究对象,采用批次试验,以混合丙酸和乙酸(2∶1)为外加碳源,在厌氧起始阶段投加不同浓度的NO3--N(0,20,30,50和75mg.L-1,pH=8.0)和NO2--N(10,20,40和60mg.L-1,pH=7.0,7.5和8.0),研究缺氧环境对颗粒污泥强化除磷系统释磷的影响。结果表明,硝态氮的投加对聚磷菌释磷无明显抑制,系统中VFA的吸收、磷的释放和硝态氮的反硝化同时发生,挥发性脂肪酸(VFA)吸收速率增大但比释磷速率降低,主要原因是反硝化菌与聚磷菌竞争碳源。不同pH和不同浓度的NO2--N批次试验表明,游离亚硝酸(FNA)对磷的释放有明显刺激作用。当FNA增加到0.004mg HNO2-N.L-1,比磷释放速率增加了4倍。另外,FNA对VFA的吸收和PHA的合成均有明显抑制,分别减少了53%和70%。从聚磷菌的产能代谢和对细胞的毒害作用的角度分析,FNA刺激磷释放的机理是在游离亚硝酸存在的情况下,聚磷菌需要释放更多的能量来保持足够的质子驱动力。

除磷颗粒污泥中磷的形态及其含量分析

以实验室培养的4种除磷颗粒污泥为研究对象,利用X衍射法和SMT法对除磷颗粒污泥中磷（P）的形态和含量进行了分析测定,同时利用加热法和超声法将除磷颗粒污泥中胞内物质和胞外物质分离,提取胞外聚合物（EPS）,分析其中总磷（TP）的含量,并进一步研究除磷颗粒污泥的除磷机理。结果表明：除磷颗粒污泥中的磷与Ca、Fe、Al、Na、K、Mg等结合形成磷酸盐化合物,其中无机磷（IP）含量达97%以上,且IP中钙结合磷（Ca-P）含量在53.50%-82.73%之间;EPS的TP含量在34.87%-56.91%之间,说明除磷颗粒污泥中EPS对磷的去除具有积极作用。

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）。

生物除磷颗粒污泥去除Pb^(2+)的效能机制

以好氧颗粒污泥的吸附作用和磷酸盐对重金属的螯合作用为基础,采用富含磷酸盐的生物除磷颗粒污泥作为吸附剂来处理含铅废水,考察了不同吸附条件(pH、Pb^(2+)的初始浓度、吸附反应时间)下,颗粒污泥对Pb^(2+)的去除效果。结果表明,除磷颗粒污泥在pH为4,初始Pb^(2+)浓度为150 mg·L^(-1)时,对铅的去除率最高(为99.9%);在吸附反应20 min时即可达到吸附平衡。生物除磷颗粒污泥对Pb^(2+)的吸附可以用Langmuir模型拟合(R^2=0.993),最大吸附量为49.5 mg·g^(-1)。其中离子交换和磷酸盐与Pb^(2+)的螯合作用对除磷颗粒污泥去除Pb^(2+)起到重要作用;傅里叶变换红外光谱(FTIR)测定表明—COOH、—OH、磷酰基等多种官能团也参与了除磷颗粒污泥除Pb^(2+)过程。

大分子有机物作用下胞外聚合物对除磷污泥颗粒化的影响

平行运行3组等工作体积推流式进水的序批式反应器,分别采用100%NaAc(R1)、60%NaAc+40%胰蛋白胨(R2)、60%可溶性淀粉+40%胰蛋白胨(R3)为碳源模拟生活污水,考察了大分子有机物作用下胞外聚合物(EPS)对除磷污泥颗粒化的影响。三维荧光光谱分析结果表明,大分子碳源使污泥疏松型EPS(LB-EPS)的组分更加丰富,R1系统污泥LB-EPS中含有芳香类蛋白物质Ⅱ、色氨酸类蛋白质和其他蛋白质类物质,R2、R3系统污泥LB-EPS中还增加了类腐殖酸物质。碳源的差异未对紧密型EPS(TB-EPS)的组分造成影响。随着大分子有机物含量的增加,LB-EPS和TB-EPS中多糖(PS)、LB-EPS中蛋白质(PN)含量依次减少,不利于污泥的聚集和颗粒化;TB-EPS中PN含量与污泥颗粒化间无显著相关性。随着大分子有机物占比的增加,TB-EPS Zeta电位的中位数依次降低,分别为-9.27、-12.32、-14.06 mV,大分子有机物使污泥聚集体内部斥力增大,导致污泥颗粒密实度降低。与之相反,LB-EPS Zeta电位的中位数依次升高,分别为-14.57、-12.57、-10.61 mV,大分子有机物使各污泥聚集体之间的斥力减弱,多个小聚集体相互融合,从而形成结构疏松并有多个核心的除磷颗粒污泥。此外,提出了大分子有机物作用下基于EPS的除磷污泥颗粒化模型。

针对污水厂化学除磷工艺的系统优化

为提高除磷药剂的利用率,研究了化学除磷产生的污泥(以下简称“化学除磷污泥”)对二沉池出水水质的影响效果。结果表明:投加化学除磷污泥可有效去除二沉池内的TP,去除率可达16%,减少了后续深度除磷药剂的消耗量,节省了运营成本。同时,化学除磷污泥可改善二沉池内污泥沉降性能及出水水质,其中SVI降低了7%,SS,COD的去除率分别达到18%,10%。因此,化学除磷污泥的回用是一种有效可行的降低污水厂运营成本的办法。

改进型DAT-IAT工艺处理城市污水污泥龄的确定

通过对DAT-IAT工艺存在的问题,提出了改进DAT-IAT工艺的设想,通过试验证明,污泥龄为13d时,改进后的工艺可以保持较高的处理效率。

有机负荷对除磷颗粒污泥的培养及特性的影响

采用SBR反应器,以厌氧/好氧方式运行,控制SBR反应器内好氧反应时段饱食期溶解氧水平在1.0～2.0 mg/L之间,研究有机负荷对除磷颗粒污泥的培养及其除磷特性的影响.结果表明,当有机负荷(以COD计)为0.482～0.986 kg/(m3.d)时,SBR内的污泥为大量絮体状污泥和少量形状规则的颗粒污泥的混合物;当将有机负荷提高为2.218～2.263 kg/(m3.d)时,污泥开始大量生长,污泥颗粒化进程加快,而后颗粒污泥形状逐渐不规则,分解成小碎片;再次降低有机负荷到1.113～1.182kg/(m3.d)时,形状规则,界面清晰的颗粒污泥开始形成,最终达到完全颗粒化,成熟颗粒污泥的颜色呈橙黄色、粒径在1～2mm、污泥的SVI值在20～22 mL/g之间.有机负荷的高低也影响到颗粒污泥的除磷效率,较高的有机负荷[2.218～2.263kg/(m3.d)]条件下,除磷效率由99%不断下降至78%,即使再次降低有机负荷到1.113～1.182 kg/(m3.d),除磷效率也没有得到恢复.

除磷系统剩余污泥中营养元素的快速释放及回收

除磷系统的剩余污泥在浓缩、储存及后续的处理过程中均可能引起磷的释放,释放的磷往往导致正在运行的污水处理厂的磷负荷超标,最终引起出水磷的不稳定排放。针对此问题,在分析生物除磷系统剩余污泥化学特性的基础上,探讨除磷剩余污泥中营养元素的快速释放条件及磷回收效果。采用两个平行反应器,其中一个作为控制反应器,另一个添加表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS),在中温厌氧条件下对剩余污泥进行水解,并对水解产物中的营养元素在室温、pH值为9.5、搅拌转速为400 r/min的条件下进行鸟粪石回收。结果表明:生物除磷系统的剩余污泥具有磷含量高、磷释放快速、氮释放缓慢的特点;添加SDS不仅可以促进污泥水解过程中磷和氮的释放,而且对回收鸟粪石有积极作用;综合考虑水解产物中的氮、磷浓度及其比值和水解的时间成本,建议快速水解条件为添加SDS且水解24 h。

除磷颗粒诱导的同步短程硝化反硝化除磷颗粒污泥工艺

以低C/N比生活污水为研究对象,接种成熟除磷颗粒污泥,通过联合调控好氧时间及曝气强度成功将其诱导成具有同步短程硝化反硝化除磷功能的颗粒污泥,并分析了此过程中系统脱氮除磷特性变化.结果表明,好氧段曝气强度为5L·(h·L)^-1,在较短曝气时间下(140 min)可实现AOB的富集,但同步硝化反硝化能力难以提高;降低曝气强度为3.5L·(h·L)^-1,延长曝气时间(200 min),好氧段氮损增加.根据pH及DO曲线进一步优化曝气时长抑制NO2^-向NO3^-转化,优化后系统出水TP<0.5 mg·L^-1和TN<15 mg·L^-1,可实现氮磷的同步去除.在系统功能由单纯的除磷向同步脱氮除磷转化的过程中,释磷量下降,PAOs在内碳源储存过程中的贡献比例有所下降,但仍占主体地位(60%).批次实验表明,颗粒中可利用NO2^-为电子受体的DPAOs占绝大部分达52.43%,其富集减轻了系统的碳源压力,从而改善脱氮除磷效果.

好氧/除磷颗粒对亚硝化颗粒污泥启动的影响

在室温下,采用R1、R2、R3三组相同的SBR反应器接种污水厂回流污泥,比较了添加好氧颗粒、除磷颗粒对亚硝化颗粒污泥启动及稳定运行的影响.结果表明,在S1(0~22 d)阶段,R1、R2、R3均用了19 d启动亚硝化.在S2阶段(23~56d),R1不添加颗粒污泥,R2、R3分别添加20%好氧颗粒和20%除磷颗粒诱导亚硝化絮状污泥颗粒化,R1、R2和R3分别在76、42 d和56 d平均粒径达到412、468、400μm,均成功实现颗粒化.在S3阶段(57~108 d),进水氨氮负荷和COD负荷分别由0.4 kg·(m^3·d)^(-1)提高到0.5 kg·(m^3·d)^(-1)和0.2 kg·(m^3·d)^(-1)提高到0.5 kg·(m^3·d)^(-1),R1、R2反应器中颗粒粒径增加明显,但R3发生了污泥膨胀.在运行末期(108 d),R1和R2的平均粒径分别达到689μm和893μm.接种好氧颗粒和除磷颗粒均能快速实现亚硝化污泥的颗粒化,并且接种好氧颗粒的亚硝化颗粒污泥系统能适应较高C/N比进水,耐冲击负荷,能长期稳定运行.