A_2N_2双污泥系统反硝化除磷工艺的启动与稳定

采用低C/N比实际生活污水,以A2N2-SBR(厌氧/硝化/缺氧/硝化)双污泥系统为研究对象,重点考察了A2N2系统启动过程中的脱氮除磷特性。试验结果表明:采用在A2/O-SBR和N-SBR单元分别接种种泥,分开培养驯化聚磷菌污泥和硝化菌生物膜,并利用A2/O-SBR单元的出水作为N-SBR单元的进水,25 d好氧硝化菌生物膜挂膜成功,氨氮去除率稳定在93%以上;A2/O-SBR单元采用先厌氧/好氧(A/O)后厌氧/缺氧(A/A)的运行方式,43 d成功培养富集了反硝化聚磷菌(DPAOs),DPAOs占PAOs的67.81%,反硝化除磷率在77.9%以上;启动成功后原水中约73%和13%的COD分别在A2/O-SBR单元的厌氧段和N-SBR单元曝气过程中被去除,系统出水COD、NH+4-N、PO43--P、TN浓度分别为40.6、0、0.4、13.5 mg·L-1,达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A排放标准。     

N-SBR单元硝化时间分配比对A2N2系统运行性能的影响

以低C/N实际生活污水为处理对象,重点考察了N-SBR单元硝化时间分配比对A₂N₂系统运行性能的影响。在A²/O-SBR单元厌氧1.5 h,缺氧2 h,好氧0.5 h,A²/O-SBR和N-SBR单元的曝气量分别恒定在100、120 L·h^-1的条件下,将硝化时间分配比分别设定为5：1、4：1、3.5：1、3：1、7：1、8：1进行试验。结果表明,系统在A²/O-SBR单元可实现碳源的高效利用,有机物的去除受硝化时间分配比影响不大;为保证系统良好的硝化和反硝化除磷性能,一次硝化时间必须≥3.5 h;在总曝气时间一定的条件下,适当增加一次硝化时间,更有利于提高系统TN去除率;适当增加二次硝化时间,可以降低出水浓度,使出水达标排放。当硝化时间分配比为4：1时,系统脱氮除磷效果最好。TN、PO₄^3--P平均出水浓度分别为11.5、0 mg·L^-1,平均去除率分别为75%、100%。     

不同NO3-浓度An/A/O-SBR系统PAOs-GAOs竞争及N2O释放特性

采用厌氧/缺氧/好氧运行的序批式生物反应器（An/A/O-SBR）,经不同NO₃^-浓度（10,20,30和40 mg/L,以氮计）长期驯化,考察了不同NO₃^-条件下An/A/O-SBR脱氮除磷及N₂O释放特性,基于不同微生物降解特性分析,确定了不同NO₃^-浓度下SBR系统内反硝化聚磷菌（denitrifying phosphorus accumulating organisms,DPAOs）和聚糖菌（glycogen-accumulating organisms, GAOs）竞争关系。结果表明：随NO₃^-浓度增加,总氮（TN）去除率由90%以上降至41.3%,TP去除率呈先增高后降低的趋势,N₂O产率（N₂O_emission/NO_x^-_removal）分别为1.68%、4.17%、8.92%和14.28%。An/A/O-SBR内微生物呈PAOs和GAOs共存的污染物降解特性,高浓度NO₃^-缺氧吸磷过程出现NO₂^-积累,抑制DPAOs活性,GAOs碳源竞争能力增强,NO₃^--N由10 mg/L增至40 mg/L,厌氧阶段PAOs的COD耗量比例由33.5%降至25.1%,相应GAOs的COD耗量由59.3%增至74.1%。DPAOs-GAOs共生体系内,反硝化过程NO₂^-/HNO₂积累耦合反硝化聚糖菌比例增加,加剧了高NO₃^-下An/A/O-SBR内N₂O释放。     

N-SBR单元硝化时间分配比对A_2N_2系统运行性能的影响

以低C/N实际生活污水为处理对象,重点考察了N-SBR单元硝化时间分配比对A2N2系统运行性能的影响。在A_2/O-SBR单元厌氧1.5 h,缺氧2 h,好氧0.5 h,A~2/O-SBR和N-SBR单元的曝气量分别恒定在100、120 L·h~(-1)的条件下,将硝化时间分配比分别设定为5:1、4:1、3.5:1、3:1、7:1、8:1进行试验。结果表明,系统在A~2/O-SBR单元可实现碳源的高效利用,有机物的去除受硝化时间分配比影响不大;为保证系统良好的硝化和反硝化除磷性能,一次硝化时间必须≥3.5 h;在总曝气时间一定的条件下,适当增加一次硝化时间,更有利于提高系统TN去除率;适当增加二次硝化时间,可以降低出水4NH-N+浓度,使出水达标排放。当硝化时间分配比为4:1时,系统脱氮除磷效果最好。TN、34PO-P-平均出水浓度分别为11.5、0 mg·L~(-1),平均去除率分别为75%、100%。     

长泥龄改良A2/O工艺的短程硝化反硝化除磷

为解决传统A²/O工艺硝化与除磷泥龄(SRT)之间的矛盾,进一步提高低C/N(P)比生活污水同步脱氮除磷效率,采用一种改良A²/O工艺在长SRT条件下处理生活污水.试验结果表明,该工艺可有效筛选和强化反应器内活性污泥,并大量富集长SRT的反硝化除磷菌(DPAO).通过亚硝酸盐氧化菌(NOB)淘洗阶段后,反应器在SRT=19.6d、A²O段污泥浓度(MLSS)=5.5 g·L^-1、水力停留时间(HRT)=8.2 h、污泥回流比(R)=90%、硝化液回流比(r)=250%、溶解氧(DO)=1.5～0.3 mg·L^-1,间歇曝气段HRT=4 h、曝气周期1 h曝气1 min(DO=0.3～0.5 mg·L^-1)、沉淀59 min条件下长期运行,COD、NH₄⁺-N、TP和TN的平均去除率分别为88.71%、99.2%、93.77%和89.52%,出水亚硝化率(NO₂^--N/NO_x^--N)可达97.2%,DPAO占聚磷菌(PAO)比为95.5%.污水中约72.96%的COD被DPAO合成PHA除磷,15.75%的COD由异养反硝化消耗,约41.96%和31.31%的N分别通过反硝化除磷和异养反硝化去除.剩余污泥主要由DPAO和反硝化菌增殖产生,分别占82.74%和17.24%,较传统脱氮除磷途径减少了58.76%的碳源消耗和44.6%的污泥排放.     

倒置A2/O耦联生物滤池强化生物脱氮除磷的探究

针对传统倒置A²/O工艺（R1）生物脱氮除磷效率不理想的现状,开发了倒置A²/O耦联生物滤池（BAF）(R2)的新工艺,并在中温条件下比较了两工艺对城镇生活废水的脱氮除磷效率。结果表明,稳定运行期R2内出水COD维持在10.7～17.6 mg/L,去除率为92.5%～94.2%,高于R1。延程分析表明,R2内COD主要在缺氧期与厌氧期被消耗。R2内总氮（TN）及总磷（TP）的去除率分别为81.3%～82.8%、85.6%～86.9%,均显著高于R1。机制探究表明,R2强化了硝化过程,使得回流液中硝态氮含量升高,强化了缺氧区的反硝化脱氮过程。在生物除磷方面,R2厌氧期释磷量高于R1,且合成胞内聚合物聚羟基脂肪酸酯（PHA）的最大含量为6.8 mg/g,从而在随后的好氧期产生更多能量用于吸磷。     

多点进水改良型复合A2/O处理低C/N污水

以低C/N比城市生活污水为研究对象,重点考查了改良A²/O工艺的脱氮除磷性能。原水按一定比例分配给厌氧池和缺氧池,以合理分配厌氧释磷和缺氧反硝化所需的碳源;在好氧池和缺氧池中分别投加填料,以稳定系统的硝化和反硝化效果,提高系统的脱氮性能;厌氧池和缺氧池出水都直接进入好氧池。在进水COD/TN平均为5.54,HRT为11 h,SRT为15 d,MLSS为3000～4000 mg·L^-1,污泥回流比为50%条件下,通过三种不同进水分配比以及三种混合液回流比的对比试验研究,得到系统最佳进水分配比5:5,对分配脱氮和除磷所需碳源更加合理;而混合液回流比为200%,过高会破坏缺氧池的溶解氧环境,过低又会导致缺氧池反硝化作用不能充分发挥。在最优工况下COD、NH₃-N、TN和TP出水水质分别为29.7、0.1、11.8和0.42 mg·L^-1,平均去除率分别达到87.8%、99.7%、72.4%和91.3%,出水优于国家GB 18918-2002一级A排放标准,并且在缺氧池中发生了明显的反硝化除磷现象。     

AOA工艺内源反硝化强化深度脱氮除磷

以实际低C/N生活污水为处理对象,考察了AOA（厌氧/好氧/缺氧）工艺内源反硝化脱氮除磷性能。实验重点研究了生物填料的快速挂膜情况、微生物种群结构变化和系统脱氮除磷效率。结果表明,接种污泥后系统污染物去除性能迅速提高,阶段Ⅲ出水COD、NH₄+^-N、TIN、TP平均浓度分别为33.36 mg/L、1.80 mg/L、5.27 mg/L和0.23 mg/L,相应的去除率分别77.4%、94.6%、84.3%和94.2%。FISH实验结果表明,活性污泥中功能菌聚糖菌GAOs占比13.5%,聚磷菌PAOs占比11.1%,生物膜上硝化菌AOB占比18.3%,NOB占比9.2%。在无外加碳源条件下,系统利用原水内碳源通过后置内源反硝化和反硝化除磷实现深度脱氮除磷,同时AOA工艺只有污泥回流,较传统A²O工艺节省了硝化液回流能耗,运维管理方便。     

碳氮比对AAO-BAF工艺运行性能的影响

AAO-BAF工艺由厌氧-缺氧-好氧反应器和曝气生物滤池组成,属于外硝化反硝化除磷工艺。以实际生活污水为处理对象,通过调节进水COD浓度(从211 mg·L^-1增加到675 mg·L^-1),研究了进水COD和TN的比(C/N)对AAO-BAF工艺运行性能的影响。结果表明,进水有机物浓度低或高,可以通过限制厌氧释磷量或竞争AAO反应器缺氧区的NO₃^-,从而影响工艺的反硝化除磷效果。当进水C/N大于4,小于7时,AAO-BAF工艺对COD、TN和PO₄^3-的去除率分别可达86%、78%和90%以上。很高的C/N(如9.5)会使缺氧区内存在大量挥发性脂肪酸(VFA),导致普通反硝化菌迅速消耗反硝化聚磷菌(DPAOs)的电子受体NO₃^-。     

交替式厌/缺氧-好氧双膜反硝化除磷工艺

采用某污水处理厂A²/O工艺中的活性污泥为种泥,以模拟生活污水为对象,考察了交替式厌/缺氧-好氧双膜反硝化除磷工艺的启动与运行特性,并采用高通量测试技术分析系统除磷污泥的菌群结构。通过60天的启动试验,系统内反硝化聚磷菌占聚磷菌总数的比例由21.3%提高到94.4%,出水磷在0.6mg/L左右。通过逐步增加进水氨氮的方法运行2个月,系统的脱氮除磷效果稳定。在进水P浓度为6.4mg/L,保持进水N/P比为8.8,交替厌/缺氧-好氧双膜反硝化除磷工艺效能最优,可达0.12kgN/(m³?d)和0.018kgP/(m³?d),出水总磷(TP)0.8mg/L,总氮(TN)12mg/L,出水COD、NH₃-N和TN达到国家综合排放标准GB18918-2002一级A排放标准。周期试验中,pH值、氧化还原电位(oxidation-reduction potential,ORP值)均可作为厌氧释磷的控制参数,ORP也可指示缺氧吸磷的终点。典型周期内硝酸盐、亚硝酸盐的消耗量与磷的吸收量基本呈线性关系。系统内污泥多样性约为种泥的0.5倍,在“门”、“属”分类级别上分别以Proteobacteria、Xanthomonadales-nobank为主。     

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NO₂^--N和NO₃^--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(NO₂^--N:NO₃^--N0, 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NO₂^--N作为电子受体,未经 驯化的DPAOs,短时间内很难利用NO₂^--N,但低浓度的 (6 mg·L^-1)不会影响DPAOs以 作电子受体进行反硝化除磷;同时,NO₂^--N对于DPAOs吸磷作用的抑制程度明显强于 反硝化作用,当NO₂^--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NO₂^--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)。     

外加碳源类型对A2/O-BCO系统脱氮除磷性能的影响

反硝化除磷系统可实现氮、磷的同步去除,但在处理实际低C/N污水时,常需补充碳源以解决碳源不足的问题。采用A²/O-BCO（anaerobic anoxic oxic-biological contact oxidation）反硝化除磷系统,通过投加两种常用的外碳源控制进水C/N在4.3左右,考察碳源类型（丙酸钠、乙酸钠）对A²/O-BCO系统长期运行效果的影响,并采用批次试验进一步探究不同外加碳源条件下活性污泥的内碳源贮存和利用特性。结果表明：碳源种类的变化会改变微生物的底物贮存和利用特性,进而影响系统的脱氮除磷效果。当采用丙酸钠为外加碳源时,PO₄^3--P去除效果稳定在94%左右,实现了磷的高效去除,但TIN的去除率仅为70.82%;而以乙酸钠为外加碳源时,系统TIN的平均去除率可以达到74%,但磷的出水浓度出现波动现象,平均去除率仅为89.90%。碳源转化分析表明,厌氧条件下,进水丙酸钠含量增多,PHV的合成比例增加,相反,乙酸钠含量增多,PHB合成比例增多;缺氧条件下,DPAOs对PHB和PHV的降解效果与其含量相关,丙酸钠作为外碳源时,PHV的降解速率高且微生物产能效率高,因此PO₄^3--P吸收速率较快。此外,本文提出了不同外加碳源条件下系统的优化运行策略。     

水力停留时间对生物膜/颗粒污泥耦合工艺脱氮除磷的影响

采用自主设计的悬浮载体生物膜/颗粒污泥耦合装置,利用硝化菌载体生物膜和反硝化聚磷菌颗粒污泥,研究水力停留时间对生物膜/颗粒污泥耦合工艺脱氮除磷的影响,得出最佳工艺参数。试验考查水力停留时间分别为6 h、7 h、8.5 h和10.5 h,结果表明,当水力停留时间为8.5 h时,系统的COD去除率为91.26%,氨氮和总氮的去除率分别为80.68%和70.58%,厌氧释磷速率也较稳定,为0.47 mg P·（g SS）^-1·h^-1,厌氧释磷速率最高,其碳源利用率最大,反硝化除磷效率最稳定,PO₄^3--P去除率为76.50%,反硝化除磷效率为1.04 mg P·（mg NO₃^--N）^-1,所以当水力停留时间为8.5 h时,系统具有较高的脱氮除磷效率。当水力停留时间过短时,氮磷的去除不完全,过长时,系统不稳定,系统的最优水力停留时间为8.5 h。     

长/短HRT联合低/高曝气实现短程硝化反硝化脱氮除磷

为了实现从同步硝化反硝化除磷向短程硝化反硝化除磷颗粒的转变，以颗粒污泥为接种污泥，采用低C/N比的人工配水，通过长/短HRT下的低/高曝气强度交替策略驯化短程硝化反硝化除磷系统。本策略能够维持更高的游离亚硝酸（FNA）浓度和持续时间，在抑制好氧聚磷菌的同时富集反硝化聚磷菌（denitrifying phosphate accumulating organisms, DPAOs）；此外，利用氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌（nitrite oxidizing bacteria, NOB）的亲氧能力差异产生亚氮积累，为DPAOs提供电子受体，最终实现短程硝化反硝化除磷。结果表明，第60天时采用低/高曝气策略的颗粒污泥中\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{-}型DPAOs占比达45%，NOB 活性下降至3.28mgN/(gMLVSS·h)。在处理低碳源污水时，低/高曝气强度模式相较于恒定曝气强度模式展现出了更强的适应性和稳定性。稳定期出水COD浓度在50mg/L以下，出水总氮（TN）和总磷（TP）浓度分别低于15mg/L和0.5mg/L，TN去除率达94.54%，TP平均去除率为96.90%。