好氧颗粒污泥的快速培养研究进展

好氧颗粒污泥(AGS)的培养时间一般在30 d以上。显然,较长的启动时间不利于技术的推广及应用。因此,研究经济、高效的AGS的快速培养策略一直是该领域的热门话题。总结已取得的研究成果发现,现有快速培养策略主要包括四种,即进水中添加钙镁等金属离子、投加絮凝剂或惰性载体、接种部分AGS及投加特殊菌种等促进污泥好氧颗粒化。结果表明,以上策略可有效缩短AGS形成所需时间,一般可将污泥好氧颗粒化的时间控制在30 d甚至20 d以内。然而,现有研究存在以下不足,一是缺乏统一的衡量污泥好氧颗粒化成功的标准,二是污泥快速好氧颗粒化的机理缺乏深入研究,三是现有研究成果缺乏实践检验。因此,后续研究应首先统一AGS培养成功的标准,为研究成果的重复及推广奠定基础。其次,通过捕捉污泥颗粒化过程中的原位信息探索快速颗粒化的机理,为实际应用提供理论指导。最后,借鉴厌氧颗粒污泥的销售及使用经验,探索AGS的产品化途径,并对现有快速培养模式进行整合及改进,在实践中检验其可靠性。     

运行模式及C/N对强化AGS短程硝化反硝化的影响

为了强化好氧颗粒污泥(AGS)的短程硝化反硝化，对序批式反应器(SBR)的运行模式和进水C/N进行了优化。结果表明：R2(厌氧/好氧+厌氧/好氧)中的AGS培养至第56天时，丝状菌膨胀严重导致反应器暂停运行；而R1(厌氧/好氧)的污泥性能及污染物去除效果均优于R2。R1在C/N为6、7.5时短暂出现短程硝化反硝化现象，继续提高C/N至10,NO₂^--N出现明显积累，亚硝态氮积累率(NAR)达到100%，成功实现了强化AGS短程硝化反硝化脱氮的目的，系统对COD、TIN、TP的去除率分别达到95%、75%、70%以上。高通量测序结果表明，颗粒化后R1系统内的微生物群落结构与接种污泥差别较大。在属水平上，接种污泥中Candidatus＿Competibacter(0.28%)、Flavobacterium(0.03%)的相对丰度较低，R1在实现污泥颗粒化后，多种反硝化细菌如Candidatus＿Competibacter(13.53%)、Thauera(3.25%)等得到了明显富集，此外，Flavobacterium(13.66%)、Comamo...     

番茄酱废水好氧颗粒污泥活性恢复及群落演替分析

为解决新疆番茄酱加工期间产生的高浓度有机废水带来的环境问题,寻求适应其生产周期的水处理方法,在序批式反应器(SBR)中以人工合成番茄酱废水培养了185 d的好氧颗粒污泥(AGS),经-18℃冷冻储存260 d左右后作为接种污泥,进行为期130 d的活性恢复试验。结果显示,颗粒污泥在第13天开始恢复,35 d完全恢复活性,水质变得清澈,最终对COD、NH₄⁺-N、PO₄^3--P的平均去除率分别维持在95%、82%、80%以上。高通量宏基因组测序结果表明,物种的多样性不断变化,均匀性逐渐上升,变形菌门和拟杆菌门之和占比在80%以上,属于优势菌群。浮霉菌门中的一类细菌可以促进短程硝化反硝化,对氮循环及番茄酱加工废水的高效降解具有重要意义。微生物群落的演替表现出的协同或者竞争关系,是活性污泥微生物有效降解有机物的驱动力,对反应体系的稳定性具有重要作用。     

培养过程中接种部分厌氧颗粒污泥促进好氧颗粒化

接种活性污泥启动SBR后,研究选择压法培养好氧颗粒污泥(AGS)的过程中接种部分厌氧颗粒污泥对好氧颗粒化进程的影响。随着沉降时间的缩短,在第6天时肉眼即可观察到一些明显的生物胶团,第11天接种质量分数为20%的厌氧颗粒污泥时已出现少量AGS。投加厌氧颗粒污泥后反应器内菌胶团及淡黄色的AGS的比例不断增加,22 d时AGS已处于主导地位,26d时颗粒化率首次超过90%并占据绝对优势,表明反应器成功实现好氧颗粒化。观察发现接种的厌氧颗粒污泥经历了先解体再重新颗粒化过程,并可作为新生颗粒的晶核而缩短自凝聚所需时间。培养过程中反应器表现出较好的污染物去除效果,对COD、TIN及TP的去除率基本在90%、90%及87%以上,表明在同一反应器内成功实现了去除有机物及同步脱氮除磷效果。     

SBR中生物膜促进好氧颗粒化研究

利用弹性填料附着生物膜,在选择压法培养好氧颗粒污泥(AGS)的过程中研究人工刮膜使其进入混合液对好氧颗粒化进程的影响。前23 d内颗粒化率随着生物膜刮落进入混合液中而不断增加,24 d后将弹性填料上附着的生物膜全部刮入混合液中,颗粒化率大幅度提高。游离态生物膜在颗粒化过程中发挥了前驱物或晶核作用,而在较高水力选择压下微生物分泌的胞外聚合物促进了松散的生物膜转化为结构密实的AGS,因而在冬季较低温度下于30 d内成功实现了好氧颗粒化。弹性填料有效地提高了系统的稳定性,即使选择压法操作不当时仍可以抵抗污泥膨胀造成的影响,这一设置有效地降低了系统崩溃的风险。运行过程中反应器表现出较好的污染物去除效果,对COD、TIN及TP的去除率常在90%、82%及80%以上。     

培养过程中投加部分好氧颗粒对颗粒化的影响

为合理利用好氧颗粒污泥(AGS)这一"稀缺资源",探索培养过程中投加部分成熟AGS对好氧颗粒化的影响。接种活性污泥并将初始沉降时间设为20 min,逐步缩短反应器的沉降时间,当R_(11)、R_(12)及R_(13)的沉降时间分别降至15、10及5 min时投加30%的成熟AGS,结果R_(12)在16d时即成功实现好氧颗粒化,而R_(11)及R_(13)所需时间分别为21及26 d。采用相同的启动条件,当R_(21)、R_(22)及R_(23)的沉降时间降至10 min时分别接种10%、20%及30%的成熟AGS,三个反应器实现好氧颗粒化所需的时间分别为27、24及16 d。由此确定最佳培养条件为沉降时间降至10 min时投加30%的成熟AGS。在10 min时投加AGS有助于维持投加的AGS的稳定性,较好地发挥接种AGS晶核及载体的作用,使得它们避免了经历先解体后重新凝聚的过程,从而极大地缩短了AGS形成所需的时间。     

推流式亚硝化好氧颗粒污泥反应器中细菌特性

为确定推流式好氧亚硝化颗粒污泥反应器中细菌分布特性,从悬浮污泥、颗粒污泥及上清液分别取样,通过计数培养细菌、放线菌以及亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌,表明在悬浮污泥中细菌数量最多,颗粒污泥中放线菌最多。亚硝化细菌主要分布在悬浮污泥中,硝化细菌和反硝化细菌主要分布在颗粒污泥中。好氧颗粒污泥分离得到的反硝化菌在有氧反硝化条件下能够生长,说明好氧颗粒污泥中微生物具有多样性,其微观结构较复杂。     

污泥减量工艺:HA-A/A-MCO的好氧脱氮机制分析

针对污泥减量技术存在对氮、磷去除能力低的问题,开发了一种具有强化脱氮除磷功能并可实现污泥减量化的HA-A/A-MCO工艺。在该工艺取得同步脱氮除磷和污泥减量优异效果的条件下,采用其处理校园生活污水,当进水TN平均为47 mg/L时,出水TN为10.9 mg/L,系统的总脱氮率为76.8%,其中好氧脱氮量占总脱氮量的50%,缺氧脱氮量占26%;HA-A/A-MCO系统存在着在好氧条件下具有反硝化能力的菌属,对好氧脱氮有一定贡献,且DO浓度对其反硝化能力没有抑制作用;好氧池中的DO浓度梯度有利于在污泥絮体内形成缺氧环境,从而促进同步硝化反硝化(SND)的发生,但减小污泥絮体尺寸会削弱絮体内部缺氧区域比例、降低SND的脱氮效率。     

低DO条件下不同培养期颗粒污泥的PCR-DGGE分析

为研究低DO条件下不同培养期的颗粒污泥菌群的生物学特性,采用SBR反应器,通过缺氧/好氧(A/O)的运行方式,采用PCR-DGGE考察了好氧段DO平均浓度为1 mg/L时不同培养期的颗粒污泥生物学特性。研究结果表明:成熟期颗粒污泥的平均粒径约为0.5 mm。通过PCR-DGGE分析,发现污泥中微生物种类较多、菌群丰富。通过分析颗粒污泥不同时期的DGGE图谱优势条带,比对出8个与其同源性很高的菌种。通过系统进化树的构建,发现启动初期(10~20 d)优势菌为丝状嗜热菌,起到活性污泥骨架的作用,可促进絮体颗粒化,假单胞菌属可以完成硝化,而微杆菌属能降解有机物,保证了系统初期的脱氮和有机物去除效果;中期(20~50 d),丝状菌数量明显减少,好氧反硝化菌属成为优势菌属,污泥的脱氮除磷效果较好;颗粒污泥成熟期(140 d左右),陶厄氏菌属始终占据优势地位,与叶杆菌属等共同为颗粒污泥降解有机物、脱氮除磷等发挥重要作用。     

高氨氮、偏碱性条件下好氧颗粒污泥的培养及其特征

在高氨氮、偏碱性条件下培养好氧颗粒污泥,并对其特征进行了研究。结果表明,在高氮氮、偏碱性条件下,好氧颗粒能够在一周内出现,一个月内形成稳定的颗粒化污泥。偏碱性条件有效地抑制了丝状菌的生长,形成的颗粒污泥直径小、密实;且在颗粒形成过程中污泥流失少,SVI值波动不大。在好氧颗粒污泥稳定阶段,60%的颗粒污泥粒径为0.3～0.6 mm,绝大部分的颗粒污泥含水率和沉降速度分别在94%和25 m/h左右。同时,在高氨氮生长压条件下培养出的好氧颗粒污泥具有较强的硝化和反硝化能力,其比硝化速率、比反硝化速率分别为0.41 kgNH4+-N/(kgMLSS.d)和0.435 kgNOx--N/(kgMLSS·d)。     

甲氧苄啶对好氧活性污泥硝化作用的长期影响

通过考察活性污泥硝化作用、微观结构以及微生物群落结构的变化,研究甲氧苄啶(TMP)对好氧活性污泥的长期影响。结果表明,长期运行过程中不同浓度的TMP均对氨氮的去除有抑制作用,但该抑制作用是可逆的,在25 d后可恢复到高效去除氨氮水平。连续运行30 d后的典型周期试验发现,在不同TMP浓度下,硝化性能在周期内依旧受到一定程度的抑制,但在周期结束时氨氮均能得到稳定去除;此外,在10 mg/L的高浓度TMP条件下,亚硝态氮会出现积累。扫描电镜观察发现,随着TMP浓度的升高,污泥絮体破裂程度加剧,污泥颗粒变小。微生物群落结构分析表明,优势菌群中放线菌门相比拟杆菌门对TMP有更强的耐受性,另外,硝化螺旋菌门对TMP有较强的耐受性,随着TMP浓度的升高,硝化螺旋菌门的相对丰度从0. 84%升高至1. 60%;属水平上,TMP对Flavobacterium菌属的抑制最明显。     

失稳好氧颗粒污泥在SBR中的修复研究

丝状菌膨胀是好氧颗粒污泥(AGS)不稳定的主要原因之一,然而,对于这种失稳的AGS的修复研究国内外尚较少涉及。因此,在SBR中接种发生丝状菌膨胀的AGS,通过逐步缩短沉降时间及降低C/N值,研究失稳AGS的修复进程及对污染物的去除效果。观察发现,失稳的AGS外表毛糙、结构松散且很不稳定,修复过程中部分大颗粒经历了先解体后重新颗粒化的过程,且解体的颗粒污泥可以作为新颗粒污泥形成的晶核及载体。失稳AGS的修复时间稍短于直接利用活性污泥培养AGS的:19 d时大部分颗粒表面已经比较光滑,25 d时AGS在反应器中已占主导,30 d时完全重新实现颗粒化(颗粒化率为91.48%),此时的AGS外表光滑、形状规则,但颜色偏淡。44 d时AGS呈明显的黄色、结构致密,SVI、平均粒径及颗粒化率分别为65.77 m L/g、1.42mm及95.19%。最终,出水COD、TIN、NH+4-N及TP分别为41.12、6.17、3.67及0.54 mg/L,相应的去除率分别为95%、92%、95%及97%。     

高效降解喹啉好氧颗粒污泥的快速形成及性能研究

在SBR中利用污水厂活性污泥历经34 d快速培养出能高效降解喹啉的好氧颗粒污泥（AGS）,其平均粒径为0.83 mm,MLSS为3.25 g/L,SVI30为36.92 mL/g,对喹啉的去除率为91.18%,并具有良好的同步脱氮除磷性能。在AGS的驯化期间,首次加入20 mg/L喹啉后,会在短期内造成出水水质与污泥性能的恶化,不过,在AGS强大的耐受性下,污泥各项指标均能快速恢复。当喹啉浓度提高至40 mg/L时,短期内去除效能会有所下降,但污泥表现出了良好的抗性,并随着颗粒化的加深对喹啉的去除性能进一步提高。喹啉会刺激污泥微生物分泌大量紧密结合型胞外聚合物（TBEPS）,并以蛋白质（PN）为主,从而形成保护屏障以抵御外界胁迫作用。微生物高通量测序结果表明,成熟的AGS中具有反硝化及分泌EPS能力的Thauera、Zoogloea等功能菌群丰度较高,并且Acidovorax、Paracoccus等喹啉高效降解菌群得到了富集,从而形成了更加稳定的生态位。     

设置生物选择段的SBR中好氧颗粒污泥的培养

在SBR中通过投加颗粒活性炭并设置生物选择器以促进好氧颗粒污泥(AGS)的形成,并研究出水回流对系统稳定性的影响,为AGS工艺的发展提供技术支持。由于操作不当及蚊蝇幼虫大量繁殖,导致第一次培养在20 d时发生污泥膨胀。第二次培养时接种污水处理厂剩余污泥,设置厌氧生物选择器并投加20 g活性炭,在第3天即观察到新生的长丝状生物膜及不规则的AGS,21 d时几乎全部以菌胶团及AGS的形式存在,25 d时SV30/SV5、SVI、MLSS及含水率分别为83.03%、40.64 m L/g、6.7 g/L及97.90%,反应器对COD、TIN及TP的去除率保持在90%以上。随着回流量的增大,系统的稳定性受到一定冲击,导致污泥理化特性及出水水质发生异常波动。为减小外部冲击的影响,微生物通过增加或减少EPS的分泌以适应新的环境,使得自第22天开始污泥理化特性逐渐趋稳。而出水氨氮和SS浓度明显升高,主要是混合液盐度的增加导致絮体难以下沉,引起出水SS的升高及污泥龄的减小,从而削弱了反应器的硝化能力。     

不同粒径成熟好氧颗粒污泥EPS的三维荧光光谱特性

为了研究不同粒径成熟好氧颗粒污泥(AGS)中胞外聚合物(EPS)的分布及物理化学特性,探究AGS的最优培养粒径,采用超声结合加热法提取了SBR中8种不同粒径成熟AGS的EPS,并利用三维荧光光谱(3D-EEM)结合化学法对其主要组分进行了定性和定量分析。3D-EEM分析结果显示,随着AGS粒径的不断增大,AGS中蛋白质类的荧光强度逐渐增强,表明蛋白质类物质在大粒径(d1.25 mm)AGS内分布较多,蛋白质类物质有助于污泥的颗粒化。腐殖酸类物质的荧光强度随着粒径的增大而逐渐减弱,意味着腐殖酸类物质在小粒径AGS中分布较多,表明其可能对AGS的形成影响不大。在AGS的培养过程中,并非粒径越大越好。研究中,不同粒径AGS的蛋白质/多糖在1.6~2.0 mm范围内达到最大,且在此范围内AGS的SVI30值最低,因此可以认为1.6~2.0 mm是AGS的最优粒径。     

单级自养脱氮生物膜SBR工艺的启动研究

于生物膜SBR反应器中接种普通好氧活性污泥和厌氧污泥,在温度为(30±2)℃、pH值为7.5~8.5、DO值为0.8~1.0 mg/L和HRT为24 h的条件下,进行了处理中低浓度氨氮(60~120 mg/L)废水的单级自养脱氮工艺的启动研究。结果表明,经过污泥驯化期、亚硝化选择期和污泥适应期三个较为典型的阶段后,亚硝化率达到了77%,脱氮能力为40%。异养菌被淘汰而自养型细菌开始富集时的特征污泥絮体为杆状,而稳定的亚硝化系统建立并具一定自养脱氮功能时的特征污泥絮体则呈花瓣状。     

循环水养殖系统中不同滤料生物挂膜水处理效果及微生物群落分析

为探究循环水养殖系统中不同滤料生物挂膜、微生物多样性和水处理效果间的关系,采用不同的滤料——电气石球(T)、聚乙烯环(PE)、聚苯乙烯泡沫滤珠(EPS)进行挂膜和养殖废水处理试验,并通过Illumina Miseq高通量测序对滤料表面和水体中微生物群落结构及多样性进行分析。结果表明:在48 d的挂膜期间,电气石球组氨氮、亚硝酸盐消除时间较短,比聚苯乙烯泡沫滤珠组早4 d,比聚乙烯环组早8 d,在水处理效果试验过程中,48 h内3种生物滤料对氨氮、亚硝酸盐的去除效率依次为电气石球>聚乙烯环>聚苯乙烯泡沫滤珠;细菌微生物丰富度和多样性分析显示,各组滤料循环水中相同门分类细菌丰富度较高的为变形菌门Proteobacteria、厚壁菌门Firmicutes、拟杆菌门Bacteroidetes、放线菌门Actinobacteria和硝化螺旋菌门Nitrospirae,其中,变形菌门和硝化螺旋菌门均具有重要的脱氮功能;水体中和滤料表面的细菌群落组成分析显示,电气石球组水体中的变形杆菌门明显高于聚乙烯环组水体,电气石球组滤料中变形杆菌门和硝化螺旋菌门明显高于聚乙烯环组和聚苯乙烯泡沫滤珠组。研究表明,通过综合比较挂膜时间、水处理效果和微生物多样性,各滤料的水处理效果为电气石球优于聚乙烯环和聚苯乙烯泡沫滤珠,各系统中均具有大量脱氮功能的变形菌门和硝化螺旋菌门细菌且对水处理效果产生重要作用。     

好氧污泥颗粒化过程中污泥性质及净化能力的研究

研究好氧污泥颗粒化过程中污泥性质及对污染物的净化能力。采用进水负荷交替变化法培养好氧颗粒污泥,研究颗粒污泥形成过程中粒径、沉淀性能以及对COD、NH4~+-N、TN和TP的去除效果。结果表明:在SBR反应器中,污泥颗粒化中粒径由100μm的种泥逐渐凝聚成粒径为1.25mm的成熟颗粒污泥;污泥颜色从棕褐色变成淡黄色再逐渐形成金黄色;污泥由无明显分界形成外形轮廓清晰可见的颗粒污泥,呈圆形或椭圆形,成熟的颗粒污泥是肉眼可见的一个个独立个体。SBR反应器内混合液浓度由3000mg/L逐渐增长至5512mg/L,同时沉降性也逐渐变好,SVI稳定在20.68mg/L,对COD、NH4~+-N、TN和TP去除效果分别可达到96.47%,97.09%,85.72%和83.06%。     

颗粒污泥的反硝化除磷研究

借助SBR反应器,采用厌氧/好氧/缺氧的运行方式,对富集的以反硝化聚磷菌（DNPAOs）为优势菌的活性污泥进行颗粒化培养,约35 d后得到了较成熟的颗粒污泥.考察了该颗粒污泥的脱氮除磷性能,结果表明：当以厌氧/缺氧方式运行时系统具有良好的反硝化除磷性能,缺氧结束时除磷率＞96%,对氨氮的去除率为95%左右;外加NO3^- -N的浓度对缺氧段的反硝化吸磷速率有一定影响;颗粒污泥中的DNPAOs可以利用内碳源进行反硝化吸磷,从而实现了同步脱氮除磷.     

好氧颗粒污泥处理化工废水的应用研究

采用逐步提高进水中实际废水比例的驯化方法,研究SBR中好氧颗粒污泥(AGS)对化工废水的处理效果及稳定性维持。首先以模拟污水为进水,逐步增加进水中实际废水的比例(以COD贡献值计),35 d时实际废水的比例达到100%,44 d时驯化出高适应性的AGS。虽然驯化过程中AGS的稳定性受到一定冲击,导致MLSS、EPS、粒径分布等出现波动,但好氧颗粒化与解体的动态平衡并未被打破,AGS始终维持着颗粒状结构。44 d时AGS的SVI及SV_(30)/SV_5分别为34.71 m L/g及0.95,MLSS及MLVSS/MLSS分别为7 234 mg/L及0.47,平均粒径及颗粒化率分别为2.81 mm及96.5%,EPS及PN/PS分别为30.66 mg/g MLVSS及1.82,含水率为96%。驯化过程中反应器对污染物的去除率波动较大,特别是进水水质改变时出水浓度会突然升高。但随着AGS逐渐适应实际废水水质,反应器对COD、TIN及TP的去除率最终均升至90%以上。可见,AGS的独特结构能够较好地实现对该化工废水的无害化处理。