Characteristics of Nutrients Removal under Viscous Sludge Bulking Treating Synthetic Wastewater

粘性污泥膨胀下处理合成污水的营养物去除特性

彭赵旭^1,2,, 赵中原²,娄天宇¹, 姜昆¹,李磊¹

（1.郑州大学 水利科学与工程学院,郑州,450001;

2.哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室,哈尔滨150090）

摘要：为探索粘性污泥膨胀对营养物去除的影响,考察了正常活性污泥与粘性膨胀污泥系统的脱氮除磷表现。结果表明,当COD负荷与C/N比分别在0.13 mgCOD.(mg MLSS.d)^-1 和7.67时,粘性污泥膨胀对最大比NH4⁺-N 氧化速率的影响很小,但是最大比NO2^--N氧化速率却从24.69 mg.(g.h)^-1 骤降到 1.20 mg.(g.h)^-1。和正常活性污泥相比,粘性膨胀污泥具有更大的粒径和更多的胞外聚合物（EPS）,污泥絮体中的传质阻力可能是导致NO2^--N氧化速率差异的主要原因。另外,本研究证明了粘性污泥膨胀有助于实现同步硝化反硝化（SND）,其产生的大量EPS可以在除磷过程中发挥贮存作用的功能。

关键词：活性污泥; 脱氮; 粘性污泥膨胀; 硝化动力学; 磷吸收

     

Advanced sludge reduction and phosphorous removal process

An advanced sludge reduction process, i.e. sludge reduction and phosphorous removal process, was developed. The results show that excellent sludge reduction and biological phosphorous removal can be achieved perfectly in this system. When chemical oxygen demand ρ（COD） is 332 - 420 mg/L, concentration of ammonia p（NH3-N） is 30 - 40 mg/L and concentration of total phosphorous p（TP） is 6.0 -9.0 mg/L in influent, the system still ensures ρ（COD）〈23 mg/L, ρ（NH3-N）〈3.2 mg/L and ρ（TP）〈0. 72 mg/L in effluent. Besides, when the concentration of dissolved oxygen ρ（DO） is around 1.0 mg/L, sludge production is less than 0. 140 g with the consumption of 1 g COD, and the phosphorous removal exceeds 91 %. Also, 48.4% of total nitrogen is removed by simultaneous nitrification and denitrification.     

A2/O+MBBR系统的快速启动及反硝化除磷特性

本研究针对A2/O +移动床生物膜反应器 (A2/O + MBBR) 双污泥系统,考察启动过程的污泥特性和反硝化除磷特性,建立系统的快速启动策略。研究结果表明：启动过程21 d完成,污泥结构稳定且具有较好的污泥沉降性和生物活性;SVI值在95 mL/gMLSS以下,反硝化聚磷菌(DNPAOs)占聚磷菌(PAOs)的百分比从接种污泥时的10.87%增加到25.46%。在平均进水C/N为3.44的运行条件下,A2/O + MBBR系统可实现有机物、氮、磷等污染物的同步高效去除,稳定运行阶段出水COD、NH4+-N、TN和PO43--P浓度分别为38.5,1.15,14.2,0.15 mg/L,COD、TN和PO43--P去除率分别为82.23%,74.72%和96.80%。DO、pH和ORP等实时控制参数的联合调控有利于促进系统的快速启动和稳定运行。     

盐度对垃圾渗滤液亚硝酸型反硝化动力学特性的影响

为了考察在盐度影响下亚硝酸型反硝化动力学特性,采用长期处理垃圾渗滤液的SBR反应器内具有良好短程生物脱氮特性的活性污泥进行亚硝酸型反硝化批次试验,通过函数拟合确立动力学方程及动力学参数,研究结果表明:盐度的突升或突降都会使比反硝化速率减慢,并且影响程度随初始ρ(NO-2-N)的增加而增大,在盐度为10 g/L,初始ρ(NO-2-N)为100 mg/L时,比反硝化速率(以N计)达最大值16.28 mg/(gVSS·h).活性污泥系统中微生物的比反硝化特性在各盐度下均符合Andrews模型,且盐度的升高和降低会使系统的最大比反硝化速率μmax和半饱和常数Ks下降,抑制常数Ki上升.在10 g/L盐度下,μmax(以NO-2-N计)=22.57 mg/(gVSS·h),Ks=20.71 mg/L,Ki,min=613.32 mg/L.     

摇动床生物膜新技术处理废水的研究

利用摇动床具有的容积负荷高与污泥产量低等优点,日本NET株式会社开发了摇动床生物膜新技术.试验结果,摇动床生物膜新技术具有高效处理有机废水和污泥减量的显著特性.最高COD容积负荷2.4 kg/m3.d时,COD去除率为97%;进水最高COD浓度2551 mg/L时,出水COD浓度为83 mg/L.进水平均COD浓度1 182 mg/L时,平均NH4+-N去除率为99.4%,具有较强的硝化能力.此外,摇动床反应器中形成了"细菌-原生动物-后生动物"的较长食物链,有利于污泥减量,运行过程中污泥产率为0.194,仅为普通活性污泥法的50%左右.     

IC-ALR工艺处理去油脂泔水实验

采用IC-ALR的新型工艺处理含有大量蛋白质、碳水化合物的去油脂泔水。结果表明,在适应期采用快速提升负荷的方式有利于提高污泥的活性,加速污泥颗粒化;稳定运行期,当进水有机浓度达到22.4 g/L时,COD去除率高达91.7%,出水中9.2~10.1 mmol/L的VFA含量不会影响IC的稳定运行。利用ALR处理IC厌氧消化液,当进水COD和NH3-N浓度分别达到1 850和420 mg/L时,ALR反应器能够去除进水中75%的COD和91%的氨氮,出水COD和NH3-N浓度分别为420和40 mg/L。     

外循环厌氧反应器的快速启动

工程运行试验研究EC厌氧反应器处理啤酒废水启动过程中的运行效能、稳定性以及内部的污泥分布情况,分析颗粒污泥形成的关键因素.运行第95d,进水有机负荷达到8.5kg/(m3·d),COD去除率达80%,出水COD低于400mg/L;在系统1.2m和4m处污泥中均出现粒径为0.5～1.0mm左右的颗粒污泥.结果表明,EC厌氧反应器处理低质量浓度、大流量的啤酒废水采用间歇-连续快速启动方式是可行的,并且上升流速在2.5～5.0m/h有利于颗粒污泥的快速形成.研究证实EC厌氧反应器处理啤酒废水能够实现稳定、高效地启动运行.     

SBBR法处理高盐废水

通过逐步提高盐度的方法驯化出耐高盐的活性污泥,采用序批式生物膜法(SBBR)进行模拟高盐废水的处理试验,对盐度为0和2%,COD为300 mg/L的高盐废水进行研究。结果表明,在每周期12 h、曝气量0.6 L/min、平均污泥质量浓度2 000~3 500 mg/L、污泥龄为18 d条件下,出水COD去除率变化不大,分别为97%和93%,而相应的出水NH4+-N去除率从93%降低到72%,表明废水盐度增大,对系统的硝化能力有较大影响。改变进水有机负荷对出水COD去除影响不大,该系统耐有机负荷冲击能力较强。     

游离亚硝酸等电点预处理促进初沉污泥固液分离的特性

城镇污水厂每天产生大量初沉污泥,初沉污泥成分复杂,无机质含量高,沉降性能不佳。等电点预处理能有效破坏初沉污泥的絮凝状态,游离亚硝酸通过有效破坏细菌结构促进有机物水解,经预处理后的污泥更有利于发酵回收利用和最终的处理处置。研究游离亚硝酸对初沉污泥作等电点预处理的效果,结果表明,在等电点条件下,初沉污泥沉降性能得到改善,CST从203.10 s降低至101.65 s,有机质在固相中得到最大程度保留,上清液中COD从1 246.59 mg/L降低至1 048.80 mg/L,同时,有效促进污泥中金属污染物溶出,减少了污泥外运处置可能导致的二次污染,但也促进了氮磷类污染物的溶出。投加300 mg/L NO₂^--N后进行预处理,初沉污泥SCOD溶出增大,但明显减少了氮磷类污染物的释放,预处理后NH₄⁺-N仅为118.88 mg/L,PO₄^3--P为6.91mg/L。结果表明,NO₂^--N投加量为300 mg/L、预处理时长...     

多孔载体污泥减量工艺与机理

基于流离和多相生物反应原理开发了耦合生物反应器,考察了该反应器的脱氮效果和污泥减量效果,并在理论分析的基础上设计动态循环封闭反应器,考察多孔载体内污泥的厌氧分解情况.研究表明,耦合生物反应器在进水COD负荷为0.80～1.20 kg/(m~3·d)、ρ(NH_4~+-N)=70～90mg/L、ρ(TN)=75～110mg/L、T_(HR)=8 h、25℃时,采用低氧—厌氧—好氧工况较全程好氧工况具有更高的TN去除率和更低的污泥产率;在动态循环封闭反应器的液相中,ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(TC)均有所增加,并且有CH_4气体产生,表明被多孔载体截留的污泥在其内部厌氧环境下发生了厌氧分解,从而达到污泥量少甚至不产污泥的效果.     

Effect of Dissolved Oxygen on Operation of EGSB

An expanded granular sludge bed (EGSB) reactor was adopted to study the dissolved oxygen (DO) effect on the operation. With the chemical oxygen demand (COD) 800-1 800 mg/L, pH 6.0-7.3, volume loading rate (VLR) 5.4-11.5 kg COD/(m3·d), the operational behaviors of EGSB reactor was researched. And the max DO concentration which influenced steady operation of EGSB reactor was determined by contrasting the changes due to different concentrations of the influent DO. With the COD 1 200-2 000 mg/L, VLR 7.2-12.0 kg COD/(m3·d), the operational characteristic of EGSB reactor was researched by aerating the recycle effluent. The results was: when the DO concentration of influent was under 3.0 mg/L, the removal efficiency of COD was 82%-90% and the operation of the EGSB reactor was steady; when the DO concentration of influent was over 3.0 mg/L, the oxidation-reduction potential (ORP) fluctuated greatly and the operation of the EGSB reactor was instable; the acidified wastewater of saccharide whose pH value was 5.1-6.5 could be treated by aerating the recycle effluent and the efficiency of COD was up to 85%-92%.     

Treatment of Chinese traditional medicine wastewater in a submerged membrane bioreactor

Submerged membrane bioreactor(SMBR)is animprovement of the conventional activated sludgeprocesses,where the traditional secondary clarifier isreplaced by a membrane unit for the separation of trea-ted water from the mixed solution in the bioreac-tor[1-3].…     

COD、NO3^--N与后置曝气对A2SBR反硝化除磷的影响

为考察COD、硝态氮及后置曝气对反硝化除磷系统的影响,采用A2SBR工艺进行长期实验室研究.结果表明：在进水COD质量浓度为200～250 mg/L和磷酸盐质量浓度为4～6 mg/L时,厌氧段出水COD去除率达80%,缺氧段磷酸盐去除率达92%;在缺氧段,硝态氮进水质量浓度为35 mg/L时,磷酸盐出水质量浓度最低为0...     

UASB-A/O处理城市生活垃圾渗滤液同步除有机物脱氮长期稳定性试验研究

采用升流式厌氧污泥床-缺氧/好氧(UASB-A/O)生化系统处理城市垃圾渗滤液,考察系统除有机物脱氮效能及低温条件下A/O的硝化特性.623 d试验结果表明:通过UASB反应器内厌氧菌的产甲烷作用和异养菌的反硝化作用,耦合A/O系统内的缺氧反硝化和好氧生物降解机制,实现了渗滤液内有机物和氮同步深度去除.在进水渗滤液内化学需氧量质量浓度ρ(COD)为1 237~13 813 mg/L,平均值为(5 640±2 567)mg/L,UASB-A/O系统出水ρ(COD)为280~1 257 mg/L,平均值为(546±285)mg/L.在进水渗滤液内氨氮质量浓度ρ(NH_4~+-N)为148~2414 mg/L,平均值为(1 381±634)mg/L,UASB-A/O系统出水ρ(NH_4~+-N)均低于50 mg/L.整个实验过程中,A/O反应器克服了季节性温度变化的不利影响,始终维持了高效的生物硝化和反硝化.即使在冬季低于15℃温度条件下,A/O系统内的生物脱氮效率仍然维持在90%以上.     

高浓度氨氮废水自养半短程硝化试验

在SBR反应器中采用消化污泥驯化启动自养半短程硝化系统。在温度35±1℃,溶解氧浓度（DO）1．0～1．5mg／L的条件下,可实现反应器的短程硝化。试验结果表明：反应器进水NH3-N浓度为510mg／L、HRT=12h、DO=0．8～1．2mg／L、pH=7．5～8．3时,SBR反应器出水NO2^--N和NH3-N的平均浓度分别为253．7和246．9mg／L,P（NO2^--N）／p（NH3-N）为1．02,满足ANAMMOX反应器的进水要求。     

亚硝酸型硝化在生物陶粒反应器中的实现

为确定低氨氮污水处理过程中的亚硝酸型硝化的特性,采用生物陶粒反应器对其亚硝化效果和稳定性进行研究.试验结果表明,在水温20~25℃,水力负荷0.6 m3/(m2.h),气水比(3~5)∶1,进水COD负荷106~316 mg/L,氨氮负荷42.78~73.62 mg/L的条件下,反应器对氨氮的平均去除率可达到81.32%,且亚硝酸氮积累率基本稳定地保持在91%~99%.结合反应器中氮元素沿程变化分析及反应器内生物膜中微生物的计数结果表明,通过控制低溶解氧,实现了在常温条件下稳定的亚硝酸盐积累.     

IC厌氧反应器＋SBAR好氧反应器工艺针对白酒酿造废水处理工艺中试试验运行报告

试验采用实验室装置和现场中试装置以阜阳金种子酒厂废水为进水,采用IC厌氧反应器＋SBAR反应器中试处理工艺,IC厌氧反应器的进水COD和NH4＋-N浓度分别为30000mg/L和160mg/L,出水浓度COD和NH4＋-N达到1000mg/L和70mg/L左右,一、二级IC厌氧反应器COD去除率分别达到85％、75％以上,NH4＋-N去除率分别在22％、17％左右;SBAR反应器的水力停留时间是480 min,COD容积负荷达到4.0 Kg COD/（m3d）,出水COD、NH4＋-N去除率分别稳定达到在92％、79％以上,出水pH值在7.0以上.该工艺处理最终出水COD和NH4＋-N浓度则分别低于100mg/L、10mg/L.出水均达到《发酵酒精和白酒工业水污染排放标准》（GB27631-2011）.     

沸石颗粒填料固定床生物膜免曝气污水处理工艺

为降低污水处理能耗,利用沸石颗粒充当生物填料构建固定床生物膜反应器,通过序批式进水—排水的方式使反应器内填料表面生物膜处于交替厌氧—好氧环境,避免了传统污水处理曝气工艺所需的大量能耗,并能有效去除COD和脱氮。该工艺主要原理：在厌氧阶段（进水）,污水与生物膜和沸石颗粒接触,聚糖菌（GAOs）将有机碳源转化为胞内聚羟基烷酸（PHAs）,沸石吸附污水中的NH₄⁺-N。在好氧阶段（排水）,通过聚糖菌、硝化菌和反硝化菌的共同作用,将沸石吸附的NH₄⁺-N转化为氮气,使得生物膜和沸石颗粒得以再生。沸石颗粒固定床生物膜反应器以活性污泥为接种污泥,在序批式厌氧—好氧交替运行模式下,2周内成功启动;长期运行中污水COD、NH₄⁺-N和TN去除率分别为87%、83%和83%,且出水中未检出硝态氮;长期运行后,反应器内生物膜菌群以Thauera、Candidatus competitivebacter、Nitrospira细菌属为主,它们是去除COD和脱氮的关键微生物。     

海水盐度对A/O生物系统处理效果的影响

试验采用A/O工艺,在进水COD为500-600 mg/L,NH3-N为80-90 mg/L,pH7.0-8.0,溶解氧为2-3 mg/L,温度为18-25℃的条件下,分别研究了不同海水盐度（10%,30%,50%,70%海水比例）对有机物及NH3-N去除效果的影响,对系统短程硝化的影响,以及对活性污泥结构与沉降性能的影响.结果表明：海水盐度在30%范围内,经驯化稳定后,系统对COD和NH3-N的去除率均可达到90%左右,NH3-N去除率受盐度影响程度相对更小;控制海水盐度在30%以上,系统可实现短程硝化;海水盐度为50%时,亚硝化率可达到97%,且较为稳定;随海水盐度的增加,污泥絮凝体由开放、疏松变得封闭、紧密,SVI不断下降.     

底物种类和浓度对好氧颗粒污泥丝状菌膨胀的影响

在序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)内以蔗糖为底物培养好氧颗粒污泥(aerobic granularsludge,AGS),考察了底物种类和浓度对AGS培养和稳定维持的影响.在反应器运行的最初阶段,以蔗糖为唯一碳源,进水ρ(COD)为600~900 mg/L,10 d后形成了结构较为密实的AGS,平均粒径为1.15±0.14 mm,污泥指数SVI在90 mL/g左右;AGS稳定维持23 d后,ρ(COD)由900 mg/L增加到1 200 mg/L,AGS表面出现了大量丝状菌,AGS平均丝状化程度Δ值最大达到了1.69±0.23 mm,SVI增加至175 mL/g.为克服AGS丝状菌膨胀,以蔗糖+蛋白胨(1∶1)的混合底物代替单一底物,AGS表面的丝状菌逐渐减少,34 d后AGS表面"光滑",AGS丝状菌膨胀得到抑制,Δ值逐步下降至1.00±0.01 mm.ρ(COD)从600 mg/L增加至1 200 mg/L,AGS依旧保持稳定,未出现丝状菌大量繁殖的现象.本研究表明,单一底物培养AGS在负荷较高时容易出现丝状菌膨胀,而混合底物可以抑制AGS丝状菌膨胀,有利于AGS的稳定维持.