Abstract ：

菌藻颗粒污泥(Algal-bacterial granular sludge,ABGS)工艺是一种节能高效的低碳污水处理工艺.本研究采用10L序批式光反应器,针对ABGS的快速启动进行了研究.通过将绿藻投加到好氧颗粒污泥中,30天左右实现了ABGS工艺的快速启动.丝状藻类与丝状菌交织形成颗粒骨架,胞外聚合物(Extracellular Poly-meric Substances,EPS)的大量分泌促进了微生物的聚集,进而促进了ABGS的快速形成.稳定的ABGS系统内,氨氮(NH4+—N)、COD和总氮(TN)的去除率分别达到了99％、92％和70％.正磷酸盐(PO43-—P)的去除率受进水磷浓度和COD浓度影响而不太稳定.系统内发酵菌、聚糖菌和反硝化聚磷菌得到了良好的富集.

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EPS 污染物去除 城市污水 菌藻颗粒

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为探究低C/N城镇污水处理在无外加碳源的情况下实现深度脱氮除磷的效能，试验以实际城镇生活污水为处理对象，搭建了日处理规模为100 m~3·d~(-1)的A~2/O-BCO前置反硝化除磷中试，并从中试快速启动、工况调整与优化、微生物群落分析等角度进行研究.结果表明，通过先在A~2/O单元与BCO单元中分别富集聚磷菌与硝化菌，再增加硝化液回流以富集反硝化除磷菌（DPAOs）的方式，可实现A~2/O-BCO前置反硝化除磷中试的快速启动.A~2/O单元厌氧/缺氧/好氧容积比调整为3∶5∶1，硝化液回流比设定为250%时，缺氧段对磷去除率的平均值达到95%，平均出水PO_4~(3-)-P浓度小于0.2 mg·L~(-1)，出水TN小于11 mg·L~(-1).通过分子生物学分析发现，除磷菌（PAOs）与硝化菌丰度显著提高，Candidatus Accumulibacter的相对丰度从原始种泥的2%增加到14%，已被证实具有反硝化聚磷功能的Dechloromonas的相对丰度从原始种泥的2%增加到7%,BCO单元中的生物膜上，Nitrosomonas的相对丰度为5.91%,Nitrospira的相对丰度为7.58%.

Keyword ：

前置反硝化除磷 快速启动 无外加碳源 低C/N城镇污水 中试规模

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为培养亚硝酸盐型反硝化聚磷菌实现好氧颗粒污泥(AGS)短程硝化内源反硝化除磷,设置3 组同规格以厌氧/好氧/缺氧后置短时曝气(AO1 A-O2)模式运行的SBR,各反应器好氧段/后置好氧段(O1/O2)的曝气强度和曝气时间均不同,通过对比3 组反应器60d的运行情况,探究各系统污染物处理性能和功能菌活性.结果表明,后置短时低氧曝气10 min且O1、O2的曝气强度分别为5、2.5L/(h·L)的R2 脱氮除磷效果最佳,其COD、TP、NH+4-N、TN去除率达 95.49%、95.57%、100%、95.52%.通过短时好氧饥饿和低溶解氧可以创造出短程硝化内源反硝化除磷的最适环境,R2 中约60%的除磷菌为DPAOs,且亚硝酸盐型聚磷菌最多,可达38.76%,其反应器好氧段的亚硝酸盐积累率(RNA)为74.19%,实现了较高的NO-2-N积累,游离亚硝酸(FNA)为1.03 μg/L,可抑制PAOs和NOB,同时富集出更多的AOB和DPAOs.

Keyword ：

短程硝化 好氧颗粒污泥 反硝化除磷 短时曝气

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设置4组以厌氧/好氧(A/O)模式运行的序批式反应器(SBR),其中R1厌氧段为8000lx的光照;R2、R3和R4将厌氧段划分为A_1和A_2,A_1段无光照,A_2段的光强分别为0、3000和5000lx,探究不同厌氧段光照策略对菌藻共生系统性能的影响.研究结果显示,在厌氧后期添加弱光照的R3和R4中可以快速富集微藻,这使其形成的菌藻共生颗粒结构致密,沉降性能良好,碳氮磷去除效果更佳,并且分泌出更多的胞外聚合物(EPS).其中R3除磷效果最好,总磷(TP)去除率达到95.87%.典型周期分析可知,弱光条件下厌氧末期的释磷量与叶绿素a(Chl-a)含量成正比,R3的厌氧释磷能力最强,其厌氧末磷浓度达到43.73mg/L,在A_2段形成的高磷环境能够刺激微藻生长,其Chl-a含量在运行后期达到6.13mg/gVSS.高通量测序显示,R3的原核生物中成功富集了以Candidatus＿Accumulibacter为核心的聚磷菌(PAOs),丰度达到11.18%;真核生物中微藻的总丰度达到84.29%,其中Halochlorella丰度高达42.85%,说明在厌氧后期的高磷环境中添加弱光照(3000lx)能够在不影响PAOs生长的条件下同步富集微藻,形成了以微藻和PAOs为核心的共生颗粒,为污水深度处理提供技术支持.

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高通量测序 颗粒污泥 光照策略 聚磷菌 菌藻共生

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建立了短周期循环调控低浓度亚硝酸盐(NO_2~--N)的短程硝化同步除磷耦合厌氧氨氧化(SPNPR-A)系统,SPNPR系统以厌氧/好氧模式运行,通过短周期运行时长调控系统内NO_2~--N浓度用以淘洗亚硝酸盐氧化菌(NOB),同步富集氨氧化菌(AOB)和聚磷菌(PAOs),最终实现同步脱氮除磷功能.结果表明:SPNPR系统内NO_2~--N浓度维持在10mg/L左右时可有效抑制NOB活性.70d后SPNPR系统2个短周期的亚硝酸盐积累率(NAR)分别达到90.40%和88.93%,SPNPR-A系统总氮(TN)、总磷(TP)、有机物(COD)的平均去除率分别为87.45%、84.30%和94.26%.第60d时,比氨氧化速率(SAOR)和AOB的比氧利用速率(SOUR_(AOB))分别为8.47mgN/(gMLVSS·h)和12.71mgO_2/(gMLVSS·h);比硝态氮生成速率(SNPR)和NOB的比氧利用速率(SOUR_(NOB))分别为0.82mgN/(gMLVSS·h)和0.41mgO_2/(gMLVSS·h).高通量测序结果表明,第70d时SPNPR系统属水平上的AOB功能菌属Nitrosomonas(6.46%)和Nitrosospira(0.64%),丰度远高于NOB功能菌属Nitrospira(0.14%)和Nitrobacter(0.01%),同时聚磷菌属Candidatus＿Accumulibacter(1.61%)和Tetrasphaera(0.89%)得到富集,使得SPNPR-A系统具备同步脱氮除磷性能.

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短程硝化 脱氮除磷 低浓度亚硝酸盐 短周期

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为快速实现颗粒化同时富集反硝化聚磷菌(denitrifying phosphate accumulating organisms,DPAOs),在接种絮状活性污泥和长期低温储存的颗粒污泥后,以人工配水为处理对象,分别以恒定水力停留时间(hydraulic retention time,HRT,tHR)和不同比的长/短HRT交替模式运行4组序批式活性污泥反应器(sequencing batch reactor,SBR),探究长/短HRT交替运行下的饥饿作用对于富集DPAOs和造粒等方面的影响.结果表明,长/短HRT交替运行下的颗粒污泥均具有更高的DPAOs占比和脱氮除磷率,沉降性能良好且颗粒致密.其中,在12 h/6 h的长/短HRT交替模式下,同步硝化反硝化除磷颗粒的污染物去除性能最好,其长周期内COD、TN和TP的去除率分别达93％、96％和98％,短周期内的去除率为95％、90％和93％,这主要是大粒径颗粒内形成的缺氧区、饥饿条件下胞外聚合物的分泌以及反硝化菌对可溶性微生物产物(soluble microbial products,SMP)的利用等因素综合作用的结果;当HRT比提高至13.5 h/4.5 h时,过高水平的SMP积累和过短的厌氧时间会使得出水COD和TP质量浓度超标;而当HRT比降低至10.5 h/7.5 h时,反硝化聚磷菌的占比下降了18％,出水TN去除率也有所下降,表明12 h/6 h是采用长/短HRT交替运行的可参考值.

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颗粒污泥 可溶性微生物产物 水力停留时间 硝化反硝化除磷

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采用絮状活性污泥为接种污泥,以人工配水为进水,分别以不同的内生正磷酸盐调节方式运行4组活性污泥序批式反应器(SBR),探究不同内生正磷酸盐调节方式对于富集反硝化聚磷菌(DPAOs)和造粒等方面的影响.结果表明,以内生正磷酸盐排出液回流方式运行的颗粒污泥脱氮除磷效果更好,DPAOs活性更高,并且颗粒沉降性能良好.其中,相较于以微好氧模式运行的颗粒污泥系统,以厌氧/微好氧(AO)模式运行的颗粒污泥系统的污染物处理污染物性能更优,其化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)的去除效率可分别达到92.57%、94.7%和97.62%.这主要是由内生正磷酸盐刺激、DPAOs和反硝化聚糖菌(DGAOs)的协同作用等多种因素共同影响的结果,在周期性调控系统中内生正磷酸盐后,系统中污泥的内碳源转化率明显提高,DPAOs和DGAOs的活性得到增强,异养反硝化菌(DOHOs)活性被抑制,这也是在进水水质不变的情况下系统脱氮除磷效果得到明显提高的原因,而在较长的周期运行模式下,氨氧化菌(AOB)与DPAOs形成互生作用的同时也抑制其他异养微生物的生长.本研究结果可为同步短程硝化反硝化除磷(SPNDPR)工艺的实际工程化应用提供理论支持.

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同步硝化反硝化 颗粒污泥 内生正磷酸盐 反硝化除磷菌

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短程硝化反硝化除磷具有氧气消耗量小、碳源需求低以及污泥产量低等优势,但好氧颗粒污泥随着运行因粒径过大容易解体失稳.为解决失稳问题并保证反硝化聚磷菌(denitrifying phosphate accumulating organisms,DPAOs)具备充足的缺氧区,将长期以人工配水培养的颗粒污泥作为种泥,通过优化水力剪切强度调控粒径分布,实现处理生活污水的稳定运行,并探究不同水力剪切强度对颗粒结构的影响.结果表明,具有最优同步脱氮除磷性能且颗粒结构致密的粒径范围为800～1400 μm,通过调控水力剪切强度至1435.2 可将这一粒径范围内的颗粒占比提高到 53.39％.待颗粒粒径稳定后,出水COD远低于50 mg/L,TN去除率达90％左右,出水 TN 质量浓度约为 4.28 mg/L,TP 平均去除率为 93.45％,出水 TP 质量浓度均在0.5 mg/L以下.此外,三维荧光结合平行因子对胞外聚合物的分析表明,提高水力剪切强度能够降低腐殖酸的质量分数并提高蛋白质的占比,有利于优化颗粒沉降性能以及提高致密性.通过优化粒径范围,利用自身缺氧区富集DPAOs并逐渐淘汰亚硝酸盐氧化菌,同时避免了丝状菌膨胀现象,稳定实现了对生活污水的短程硝化反硝化脱氮除磷处理.

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水力剪切强度 胞外聚合物 颗粒粒径 短程硝化反硝化除磷 生活污水

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为实现低碳氮比生活污水高效脱氮除磷,构建了部分短程硝化同步除磷(SPNPR)耦合Anammox系统,探究了其长期运行性能、污染物转化路径和菌群结构.结果表明,系统脱氮除磷效果良好,且低温时可稳定维持,平均总氮和PO43--P去除率分别为90.7%和94.2%.PO43--P与大部分COD被SPNPR反应器去除,同时其可为Anammox提供合适的进水NH4+-N和NO2--N.氮主要被Anammox生物膜反应器去除,其中Anammox发挥主要作用,并存在一定的反硝化作用,该反应器中主要功能微生物为Candidatus_Brocadia、反硝化菌和可分解难降解有机物的菌属.SPNPR反应器中Nitrosomonas与聚磷菌的丰度较高,未检测到亚硝酸盐氧化菌,并存在丰度较高的耐寒菌属,其可在低温时产生防冷冻的胞外聚合物(EPS),保证了反应器良好的SPNPR作用.EPS分析发现,低温时反应器中EPS含量大幅增加,尤其是紧密结合型EPS,其可减缓低温等对微生物的危害,促进系统稳定运行.

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菌群结构 污水 胞外聚合物 污染物转化路径 高效脱氮除磷 反应器 生物膜

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本发明公开了厌氧水解联合短程硝化与短程反硝化厌氧氨氧化处理高氨氮养殖废水的装置与方法。该类废水进入厌氧水解酸化反应器，将大分子有机物水解转化为可被微生物利用的有机物。部分出水进入厌氧/缺氧/短程硝化耦合厌氧氨氧化生物膜系统进行同步脱氮除磷；厌氧反应区内聚磷菌将有机物贮存在细胞内，并释放磷；缺氧反应区内反硝化菌利用有机物将出水回流液和回流污泥中部分硝态氮转化为氮气，反硝化聚磷菌利用另一部分硝态氮为电子受体吸磷；在好氧区，氨氧化菌将氨氮氧化为亚硝态氮，厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝态氮转化为氮气，聚磷菌吸收过量的磷，实现同步脱氮除磷。本发明大大降低能耗和碳源消耗，同时提高氮和磷的去除效率。

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