SBR中曝气强度对除磷颗粒的影响

在3个SBR反应器（R1、R2和R3）中,好氧段分别控制气体流量为0.5、1.0和1.5 L·min-1,研究了不同曝气强度对除磷颗粒的特性、处理性能和生物量等的影响。3个反应器在不同的曝气强度下30 d均实现了除磷污泥颗粒化,而后稳定运行30 d。试验结果表明,曝气强度对除磷颗粒的粒径、形态、含水率、沉淀性、处理效果、生物量等有着重要的影响。颗粒成熟后,R1、R2和R3中颗粒的平均粒径分别为900、1000和1150μm,含水率分别为95.6%、94.2%和93.4%,沉淀速度分别为24~144、29~162和33~178 m·h-1。在40 d后的运行中,R1、R2和R3中COD的平均去除率分别为95%、96%和98%,TP的平均去除率分别为97%、98%和99%。可见,曝气强度较大的反应器中形成的颗粒具有较好的沉淀性、较大的粒径、较低的含水率、较好的处理效果,且形状规则、外表光滑,而较大的生物量及较密实的结构是这些颗粒具有较优性能的主要原因。同时,测定并计算了3个反应器中第51天除磷颗粒的MLVSS/MLSS和生物活性层的厚度,高曝气强度反应器中聚磷颗粒的生物活性层厚度比较大,生物量比较高;并通过计算厌氧阶段P释放量与COD消耗量的比值,证实了本试验除磷颗粒系统中富集了大量的聚磷菌。

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。

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。

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。

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.

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。

不同磷浓度下生物除磷颗粒系统的COD需求

本试验采用SBR反应器,接种成熟的生物除磷颗粒,通过分阶段改变进水中总磷(TP)和COD浓度,研究了不同磷浓度条件下COD负荷对生物除磷颗粒系统的影响,得出不同磷浓度下生物除磷颗粒系统具有良好性能所需最低COD浓度.结果表明,进水TP浓度为10 mg·L-1时,生物除磷颗粒系统维持良好性能所需最低COD浓度为175 mg·L-1,出水TP浓度在0.5mg·L-1以下,颗粒粒径和SVI分别为1 020μm和36 m L·g-1,PN和PS含量(以MLSS计)分别为78 mg·g^(-1)和39 mg·g^(-1),PN/PS较低,颗粒具有较好的结构和性能.进水TP浓度为6 mg·L-1时,生物除磷颗粒系统良好除磷性能所需最低COD浓度为150 mg·L-1,出水TP浓度在0.3 mg·L-1以下,颗粒粒径和SVI分别为960μm和35 m L·g-1,PN和PS含量分别为75 mg·g^(-1)和35 mg·g^(-1),PN/PS较低,颗粒具有较好的结构和性能.整个运行过程中,COD去除率在83%以上,出水COD浓度在25mg·L-1以下.在不同磷浓度条件下,随着进水COD浓度降低,微生物分泌PN和PS含量均减少,PN/PS增大,颗粒粒径减小,SVI增加,颗粒的结构和性能恶化.

进水氨氮浓度对生物除磷颗粒系统的影响

在SBR反应器中接种成熟的生物除磷颗粒,通过分阶段提高进水中氨氮浓度,研究了进水氨氮浓度对生物除磷颗粒系统的影响,确定系统对进水氨氮负荷的承受能力.结果表明,进水氨氮浓度低于45 mg·L^(-1)时,生物除磷颗粒系统具有良好的性能,TP去除率在96%以上,COD去除率在89%以上,出水TP浓度和COD浓度分别在0. 4 mg·L^(-1)和25 mg·L^(-1)以下,颗粒粒径在950μm以上,SVI在45 m L·g^(-1)以下;进水氨氮浓度为60 mg·L^(-1)时,TP去除率在95%以上,出水TP浓度在0. 5mg·L^(-1)以下,颗粒粒径为760μm,SVI为56 m L·g^(-1),系统中生物除磷颗粒出现部分解体,PAOs代谢和生长开始受到抑制.进水氨氮浓度达到70 mg·L^(-1)时,TP去除率为70%,出水TP浓度在3 mg·L^(-1)左右,颗粒粒径为570μm,SVI为75 m L·g^(-1),PN/PS值达到7. 50左右,系统中生物除磷颗粒严重解体,PAOs代谢和生长被严重抑制.随着进水氨氮浓度上升,导致生物除磷颗粒中微生物分泌蛋白质增加和多糖减少,PN/PS值增大,出现生物除磷颗粒解体,颗粒粒径减小和SVI上升,生物除磷颗粒的结构和功能被破坏.

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.

反硝化除磷颗粒污泥的活性恢复及对生活污水处理能力

实验利用序批式反应器(SBR)考察反硝化除磷颗粒污泥搁置1个月后重新投入运行,其活性恢复能力及对实际生活污水的处理效果。结果表明,颗粒污泥搁置后外观由淡黄色转变为灰黑色,颗粒重新投入反应器,11 d后颜色基本恢复,污泥浓度及活性迅速增加;对COD处理能力的恢复历时14 d,去除率稳定在80.32%以上;颗粒污泥对NH4+-N和PO34--P的去除在40 d时也恢复到正常水平;反硝化聚磷菌(DNPAOs)活性恢复期为50 d。颗粒污泥对低碳氮比的实际生活污水处理结果显示,当C/N<5.1时(生活污水比例>60%),无法满足系统内微生物生长要求,需要外加适量碳源进行补充。

大分子有机物对除磷颗粒污泥特性及菌群结构的影响

分别采用NaAc(R1)、NaAc+胰蛋白胨(R2)和可溶性淀粉+胰蛋白胨(R3)为碳源模拟生活污水,研究大分子有机物对除磷颗粒污泥特性及菌群结构的影响.结果表明,在培养初期,大分子有机物有利于除磷污泥的凝聚,随着大分子有机物含量的增多,除磷污泥的颗粒化速度依次加快,经过120 d的培养R3反应器最先实现颗粒化.系统稳定后,3个反应器中成熟颗粒污泥的平均粒径分别为500、400和300μm, SVI30在45 mL·g^(-1)上下波动,R2和R3的大分子有机物系统中存在少量絮体污泥.所有系统对COD、PO^(3-)_(4)-P和NH^(+)_(4)-N的去除率分别达到90%、95%和99%以上.扫描电镜观察显示,R1系统颗粒污泥密实,表面光滑,主要由球菌组成;R2、R3系统污泥表面呈毛毯状,R2系统污泥以丝状菌为骨架,表面附有大量球菌和杆菌,R3系统污泥由球菌、杆菌和丝状菌共同组成.16S rRNA基因高通量测序结果显示,碳源的不同导致各颗粒污泥系统细菌群落呈现较大差异.NaAc易促进酸杆菌门(Acidobacteria)的生长,而胰蛋白胨和可溶性淀粉这类大分子有机物有利于拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria)的生长.在属水平,Defluviicoccus这一偏好乙酸盐的传统聚糖菌为R1系统的优势菌群,而水解菌Cloacibacterium及发酵型聚磷菌Tessaracoccus为R3系统的优势菌群.各系统中均未检测到传统聚磷菌Candidatus Accumulibacter.

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。

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。

污泥龄对除磷亚硝化颗粒系统的影响

以低C/N比生活污水为研究对象,接种成熟除磷颗粒污泥,探究泥龄对中低温度下(14~21℃)除磷亚硝化颗粒污泥的影响.结果表明,常温下(20℃±1℃),泥龄为30 d,曝气量为5 L·(h·L)^-1可实现除磷颗粒污泥中AOB的富集,NAR达到90%以上.当温度降低到15℃,泥龄为40 d时除磷性能恶化,颗粒结构变松散并伴有丝状菌生成.相对充足的氧气使亚硝化失稳,NAR下降至22.4%.NOB不具备迅速适应环境变化的能力,采取12 d厌氧饥饿加排泥的策略,削弱了NOB的相对活性,迅速恢复了除磷亚硝化性能.批次实验显示温度从20℃下降到15℃,聚磷菌仍能保持较高的氧利用率,但AOB的SOUR下降了18%,此时是温度而不是溶解氧浓度制约了氨氧化能力.控制泥龄为30 d,同时降低曝气量为4 L·(h·L)^-1,实现了低温下(15℃±1℃)除磷亚硝化颗粒污泥系统的稳定运行.

除磷亚硝化颗粒工艺启动及性能恢复

针对生活污水低碳氮比的水质特点,采用SBR反应器接种低温储存的强化生物除磷颗粒污泥,来启动除磷亚硝化颗粒工艺,通过控制曝气强度及污泥龄实现除磷亚硝化的稳定运行,为后置CANON或厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX)提供进水.污泥龄为30 d的条件下实现了出水TP小于0. 5 mg·L^(-1),COD浓度小于50 mg·L^(-1),亚硝酸盐氮积累率达到了90%以上.实验还得出,过高的曝气强度使除磷亚硝化性能恶化,可采用降低曝气强度和减小污泥龄的方式来改善除磷性能.污泥龄为40 d可以实现生活污水除磷亚硝化中的亚硝化性能进一步恢复,最终实现出水磷浓度保持在0. 5 mg·L^(-1)以下,COD及TP去除率分别稳定在80%及95%,亚硝酸盐积累率保持在90%以上,SVI值从初始的63 m L·g^(-1)降低到35 m L·g^(-1),颗粒污泥沉降性能良好,颗粒粒径在整个运行过程中保持在1 000μm以上.

低浓度Cr(Ⅵ)对颗粒化强化生物除磷(EBPR)系统的影响及系统恢复研究

低浓度Cr(Ⅵ)对颗粒化强化生物除磷(EBPR)系统长期暴露的试验结果表明,Cr(Ⅵ)投加浓度≤0.3mg·L-1时,系统磷酸盐及COD去除率基本不受影响;而当Cr(Ⅵ)浓度高于0.3mg·L-1时,系统除磷及除COD能力逐渐丧失.聚磷菌(PAOs)对Cr(Ⅵ)的毒性敏感性大于聚糖菌(GAOs)和其他菌.当Cr(Ⅵ)浓度高于0.3mg·L-1时,聚磷菌占系统全菌的比例从84.26%下降到38.40%,聚糖菌比例则从8.04%上升为28.16%,其他菌的比例从7.70%上升到33.44%.这说明在Cr(Ⅵ)毒性作用下,聚磷菌的减少是导致颗粒化EBPR系统除磷能力丧失的主要原因.相关性分析结果表明,系统菌体内Cr浓度与系统磷去除及COD去除效率均呈显著负相关关系,说明Cr在菌体内累积是导致颗粒化EBPR系统磷酸盐和COD去除效率下降的重要原因.此外,受到Cr(Ⅵ)冲击的颗粒化EBPR系统,其磷酸盐和COD去除率在15d之内均可恢复至毒性试验前水平,且最终聚磷菌能够重新成为系统内的优势菌群.