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环境工程 2025年第3期43卷 1-10页

作者：张亮杨博文刘宇衡张雨高瑜李佳诚李俊辰林斯杰北京工业大学环境科学与工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室北京100124 南方科技大学环境科学与工程学院广东深圳518055 南方科技大学工程技术创新中心(北京) 北京100083

生化池的在线监测对污水处理厂的稳定运行具有重要意义。现有生化池监测依赖流量计、传感器以及人工巡查和综合判断。为降低生化池人工巡检的工作量,提升监测的连续性和准确性,提出基于机器视觉的监测方案,并以曝气量预测为目标,考察了... 详细信息

生化池的在线监测对污水处理厂的稳定运行具有重要意义。现有生化池监测依赖流量计、传感器以及人工巡查和综合判断。为降低生化池人工巡检的工作量,提升监测的连续性和准确性,提出基于机器视觉的监测方案,并以曝气量预测为目标,考察了该技术方案的可行性。以曝气量1,2,3,4,5 L/min的小试规模生化池为预测对象,通过采集生化池的曝气图像、构建数据库、使用卷积神经网络提取特征、建立模型的监测框架,实现了污水处理过程中曝气量变化的自动感知。模型分析表明,测试集的预测精度达到99%,且模型预测精度稳定性较高,满足自动监测的需求。进一步考察机器视觉技术从小试装置迁移到中试规模生化池的可行性,证明了该方法在不同生化池中均具有可行性,表现出良好的应用潜力。该研究利用硬件(摄像头)和软件(机器学习模型),实现生化池运行关键信息的在线监测和异常识别,可实现对人工巡视的部分替代,可为污水处理厂的智慧化运行提供可行思路。

关键词：生化池监测曝气量图像数据机器视觉可视化

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从剩余污泥厌氧发酵上清液中以鸟粪石形式回收磷

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环境科学 2019年第9期40卷 4169-4176页

作者：畅萧曾薇王保贵许欢欢北京工业大学环境与能源工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室

为了实现以鸟粪石(MAP,MgNH4PO4·6H2O)的形式回收剩余污泥厌氧发酵上清液中的氮磷,研究了氮磷溶出的最佳条件及不同的反应条件对氮磷回收的影响.结果表明在pH为10.5,温度为35℃时,发酵液中溶出的氨氮与正磷酸盐质量浓度皆在第5d达... 详细信息

为了实现以鸟粪石(MAP,MgNH4PO4·6H2O)的形式回收剩余污泥厌氧发酵上清液中的氮磷,研究了氮磷溶出的最佳条件及不同的反应条件对氮磷回收的影响.结果表明在pH为10.5,温度为35℃时,发酵液中溶出的氨氮与正磷酸盐质量浓度皆在第5d达到峰值;在添加磷源的条件下,磷回收的最佳条件为pH=9.5、N∶P=0.8、Mg∶P=1.8;未添加磷源的条件下,回收磷的最佳条件为pH=9.5、Mg∶P=1.6、转速200r·min^-1.此外,降低N∶P摩尔比对于鸟粪石的形态和纯度均有显著影响.利用扫描电镜(SEM)、X光微区分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)等手段对回收产物进行了表面相貌及物相组成分析,证实了沉淀物的主要成分为MAP.以鸟粪石形式回收剩余污泥中的氮磷,是实现污泥资源化的一种有效手段.

关键词：剩余污泥厌氧发酵氨氮磷酸盐鸟粪石

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上向流厌氧滤池(UAF)处理城市生活污水的运行效能

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环境科学 2019年第9期40卷 4121-4127页

作者：杨忠启刘秀红李海鑫刘智斌刘润雨杨庆北京工业大学环境与能源工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室

采用上向流厌氧滤池(UAF)处理实际生活污水,研究中温条件下水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对系统运行效果及优势产甲烷菌群的影响.结果表明,在35℃,HRT为24h条件下,系统启动28d后化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)... 详细信息

采用上向流厌氧滤池(UAF)处理实际生活污水,研究中温条件下水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对系统运行效果及优势产甲烷菌群的影响.结果表明,在35℃,HRT为24h条件下,系统启动28d后化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率可达75%以上.HRT由24h降至2.5h的过程中,COD去除率呈现先上升后下降的趋势,在HRT为5h时最高,平均去除率为81.71%,最高可达87.18%,当降至2.5h后,COD去除率降至75.12%.甲烷产率(每消耗单位质量底物产生的甲烷的量,以CH4/CODre计)及甲烷体积分数随HRT的降低而增高,HRT为2.5h时为0.30L·g^-1,甲烷体积分数维持在73%左右,经能耗核算后可得系统产能可满足蠕动泵能耗需求.对系统内主要的产甲烷菌进行定量分析表明,乙酸营养型产甲烷菌Methanosarcinales丰度最高,为优势菌群,随着HRT的逐渐降低,乙酸营养型和氢营养型产甲烷菌的丰度都有大幅度提高.

关键词：上向流厌氧滤池(UAF) 生活污水水力停留时间(HRT) 甲烷产甲烷菌

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混合外源菌强化剩余污泥微氧水解产酸

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中国环境科学 2020年第1期40卷 252-260页

作者：王春燕曾薇许欢欢李宁彭永臻北京工业大学环境与能源工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室

利用外源投加酵母菌与醋酸菌的方式促进了剩余污泥水解产生短链挥发性脂肪酸(SCFAs)的产量,考察了混合投加模式下污泥水解溶出的正磷酸盐、氨氮和溶解性COD的浓度,研究水解过程胞外聚合物(EPS)组分中蛋白质及多糖的变化特征.结果表明,... 详细信息

利用外源投加酵母菌与醋酸菌的方式促进了剩余污泥水解产生短链挥发性脂肪酸(SCFAs)的产量,考察了混合投加模式下污泥水解溶出的正磷酸盐、氨氮和溶解性COD的浓度,研究水解过程胞外聚合物(EPS)组分中蛋白质及多糖的变化特征.结果表明,在酵母菌和醋酸菌投加量分别为10和20g/L时,发酵第5d实现了最高的SCFAs产量,达到719mgCOD/gVSS,其中乙酸含量为328.78mgCOD/gVSS,占总SCFAs的45.72%.投加两种菌显著促进了剩余污泥水解产生SCFAs,且以乙酸为主.外源菌投加促进了水解酸化过程氨氮和正磷酸盐的释放,最佳反应条件下最大释放量分别为80.66和22.38mg/gVSS,有利于从剩余污泥中回收氮磷.投加外源菌后EPS中的蛋白质和多糖从内层向最外层释放,为污泥水解产酸提供底物.外源投加酵母菌与醋酸菌是促进剩余污泥水解酸化的有效手段.

关键词：剩余活性污泥微好氧水解酵母菌醋酸菌短链挥发性脂肪酸

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罗红霉素短期冲击对活性污泥中氨氧化微生物丰度和多样性的影响

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环境科学 2017年第7期38卷 2961-2971页

作者：高景峰孙丽欣樊晓燕潘凯玲李定昌北京工业大学环境与能源工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室北京100124

本研究基于amo A基因,结合实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,q PCR)和高通量测序技术研究罗红霉素(roxithromycin,ROX)短期冲击对活性污泥中氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)丰度和多样性的影响.本研究共设置10种ROX浓度,不同浓度的ROX对氨氧化作用的影响差异明显,环境浓度(0.3~30μg·L^(-1))与中等浓度(300μg·L^(-1)和3000μg·L^(-1))的ROX并未对氨氧化作用产生影响;较高浓度(5 000~12 000μg·L^(-1))的ROX对氨氧化作用产生明显的抑制作用.环境浓度和中等浓度的ROX刺激了AOA增长,而较高浓度的ROX导致AOA的丰度下降.此外,除了环境中的痕量浓度(0.3μg·L^(-1)),其余浓度的ROX均导致AOB丰度下降,且下降趋势比AOA显著,说明AOA对ROX的耐受性高于AOB.高通量测序结果表明,在ROX的选择压下,AOA的OTUs多样性减少,AOB的OTUs多样性增加;但3个样品中最主要的AOA Candidatus Nitrososphaera gargensis的相对丰度随ROX浓度增加而增多,最主要的AOB Nitrosomonas eutropha的相对丰度随ROX浓度增加而减少,这同样说明了AOA对ROX的耐受性高于AOB.冗余分析结果表明:AOA *** gargensis、Candidatus Nitrosoarchaeum koreensis和AOB Nitrosomonas oligotropha、Nitrosomonas watsonii、Nitrosomonas halophilus均与ROX浓度呈正相关.

关键词：罗红霉素活性污泥氨氧化古菌氨氧化细菌高通量测序

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基于同位素技术的短程硝化过程N_2O产生途径

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环境科学 2018年第11期39卷 5051-5057页

作者：杨玉兵杨庆李洋周薛扬李健敏刘秀红北京工业大学环境与能源工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室北京100124

在常温条件下,采用批次试验结合同位素分析技术,研究不同溶解氧(DO)浓度下短程硝化过程N_2O的释放量及产生途径.结果表明,不同溶解氧条件下,N_2O的释放量与NO_2^--N浓度显著相关,当NO_2^--N浓度大于3 mg·L^(-1),短程硝化过程开始出... 详细信息

在常温条件下,采用批次试验结合同位素分析技术,研究不同溶解氧(DO)浓度下短程硝化过程N_2O的释放量及产生途径.结果表明,不同溶解氧条件下,N_2O的释放量与NO_2^--N浓度显著相关,当NO_2^--N浓度大于3 mg·L^(-1),短程硝化过程开始出现N_2O的释放,且随着NO_2^--N浓度的增加而增加.当溶解氧浓度分别为0. 5、1. 5和2. 5 mg·L^(-1)时,N_2O的释放量占进水总氮的比例分别为4. 35%、3. 27%和2. 63%,随着溶解氧的升高,N_2O的释放量占进水总氮的比例降低.短程硝化过程控制溶解氧在2. 5 mg·L^(-1),既可以提高比氨氧化速率,又可以减少N_2O的产生.同位素测定结果表明,当溶解氧为0. 5 mg·L^(-1)时,只有AOB反硝化过程生成N_2O.但当溶解氧升至1. 5 mg·L^(-1)时,有4. 52%的N_2O通过NH_2OH氧化过程生成,AOB反硝化过程生成的N_2O占95. 48%.继续升高溶解氧到2. 5 mg·L^(-1)时,NH_2OH氧化过程生成的N_2O比例增加至9. 11%,AOB反硝化过程生成的N_2O占90. 89%,溶解氧浓度的改变会影响短程硝化过程N_2O的产生途径,避免过高的NO_2^--N积累,可以减少N_2O的产生.

关键词：溶解氧短程硝化氨氧化菌 N2O 同位素

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低温下丝状菌膨胀污泥的微生物多样性

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环境科学 2020年第7期41卷 3373-3383页

作者：高春娣张娜韩徽任浩李悦侯春艳王传德彭永臻北京工业大学环境与能源工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室北京100124

为探究低温下丝状菌污泥膨胀过程中微生物多样性的变化特征,实验采用低温-SBR反应器成功诱发污泥膨胀,并借助Illumina MiSeq高通量测序技术,考察了不同沉降性能下活性污泥微生物群落的整体变化特征、各特定菌群及特定菌属的变化特征.结... 详细信息

为探究低温下丝状菌污泥膨胀过程中微生物多样性的变化特征,实验采用低温-SBR反应器成功诱发污泥膨胀,并借助Illumina MiSeq高通量测序技术,考察了不同沉降性能下活性污泥微生物群落的整体变化特征、各特定菌群及特定菌属的变化特征.结果表明,在系统运行温度降至(14±1)℃后可成功诱发丝状菌污泥膨胀,SVI可恶化至663.99 mL·g-1,且膨胀后COD去除率和TN去除率仍能维持在90%和86%左右.低温下污泥膨胀的发生不仅会导致系统内微生物整体多样性和均一性的降低,使特定菌群中丝状菌群的丰度由0.49%增至26.04%,还会使脱氮菌群的丰度由21.04%减少至13.99%、除磷菌群的丰度由4.25%减少至1.93%.发现的5种丝状菌属中,以Thiothrix为代表的3种菌属的丰度递增,仅Haliscomenobacter的丰度递减;发现的19种脱氮菌属中,以Nitrosomonas为代表的5种菌属的丰度递增,以Nitrospira为代表的7种菌属的丰度递减;发现的8种除磷菌属中,Pseudomonas和Tetrasphaera的丰度递增,以CandidatusCompetibacter为代表的5种菌属的丰度递减.虽然污泥膨胀对微生物菌群结构产生较大影响,但不同泥样中始终存在的477个OTUs和227个菌属说明膨胀过程中反应器内主体微生物仍呈相对稳定状态.

关键词：低温污泥膨胀生物多样性丝状菌功能菌

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FNA对短程硝化污泥菌群结构的影响

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中国环境科学 2019年第5期39卷 1977-1984页

作者：高春娣赵楠安冉韩徽张娜彭永臻北京工业大学环境与能源工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室北京100124

在SBR反应器增加游离亚硝酸(FNA)预处理单元,投加浓度为1.2mg HNO_2-N/L的FNA进行缺氧搅拌4.5h,连续处理3d,考察短程硝化污泥中FNA对氨氧化菌(AOB),丝状菌和微生物菌群结构的影响.研究表明,FNA对AOB有短时抑制作用,并能够抑制优势丝状菌... 详细信息

在SBR反应器增加游离亚硝酸(FNA)预处理单元,投加浓度为1.2mg HNO_2-N/L的FNA进行缺氧搅拌4.5h,连续处理3d,考察短程硝化污泥中FNA对氨氧化菌(AOB),丝状菌和微生物菌群结构的影响.研究表明,FNA对AOB有短时抑制作用,并能够抑制优势丝状菌Candidatus_Microthrix(微丝菌属)和Cytophagaceae(噬纤维菌)的增殖,分别由5.1%和1.1%下降到0.78%和几乎不可见.SVI从281mL/g降低到100mL/g左右.NAR能够维持在90%左右,短程硝化不受到破坏.高通量结果显示,FNA处理后微生物菌群结构多样性与丰度出现下降,但Thauera(陶厄氏菌属)和Ottowia出现了增殖,分别增加到5.58%和7.82%,同步硝化反硝化(SND)作用明显,这使得即便只有短程硝化,总氮去除率依然能达到60%以上.

关键词：短程硝化污泥膨胀污泥沉降性能丝状菌 AOB 微生物菌群结构 SND

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间歇曝气下短程硝化耦合污泥微膨胀稳定性

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环境科学 2018年第7期39卷 3271-3278页

作者：高春娣孙大阳安冉赵楠焦二龙祝海兵北京工业大学环境与能源工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室北京100124 北京排水集团北京100037

污泥微膨胀耦合短程硝化是一种利用低溶解氧(DO)引发丝状菌有限繁殖和亚硝酸盐(NO-2-N)积累来协同提高氮的去除率并降低能耗的新工艺.为分析该工艺启动的可行性和长期稳定性,采用两个间歇式反应器(SBR)并通过调整曝气方式,考察低DO(0.3~... 详细信息

污泥微膨胀耦合短程硝化是一种利用低溶解氧(DO)引发丝状菌有限繁殖和亚硝酸盐(NO-2-N)积累来协同提高氮的去除率并降低能耗的新工艺.为分析该工艺启动的可行性和长期稳定性,采用两个间歇式反应器(SBR)并通过调整曝气方式,考察低DO(0.3~0.8 mg·L-1)下污泥沉降性、亚硝酸盐累积率(NAR)、总氮的去除特性、优势丝状菌和硝化菌群的动态变化.结果表明,缺氧∶好氧=15 min∶30 min的间歇曝气运行方式下,可以实现NAR约为50%和稳定的污泥微膨胀,污泥体积指数(SVI)稳定在170~200 m L·g-1.实时连续曝气可以实现NAR为95%以上,并且NO-2-N的累积引发了以Type 0092型为优势丝状菌的污泥微膨胀,但无法长期维持.改变运行方式为间歇曝气,运行60 d左右可以实现短程硝化和微膨胀耦合及长期稳定维持,TN的去除率稳定在66%.FISH分析间歇曝气引发污泥微膨胀主要丝状菌是***和Type 0092型.Q-PCR对硝化菌群定量分析得出SBR A初期和末期AOB占全菌的比例分别由0.53%提高到2.19%,NOB由17.5%降至3.2%.SBR B里AOB由0.51%提高到1.53%,而NOB由18.05%降至11.01%.

关键词：低溶解氧污泥微膨胀亚硝酸盐积累率污泥体积指数总氮去除率间歇曝气

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Type 0092丝状菌污泥微膨胀在短程硝化中的实现

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环境科学 2019年第8期40卷 3722-3729页

作者：高春娣安冉韩徽张娜任浩赵楠焦二龙彭永臻北京工业大学环境与能源工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室北京100124 北京排水集团北京100037

利用Type 0092丝状菌不易引发污泥恶性膨胀的特点,本实验采用实际生活污水,以SBR反应器接种短程硝化污泥,考察了短程硝化状态下启动Type 0092丝状菌污泥微膨胀的特性,研究了系统启动与维持期间的污泥沉降性能、亚硝酸盐积累率(NAR)、污... 详细信息

利用Type 0092丝状菌不易引发污泥恶性膨胀的特点,本实验采用实际生活污水,以SBR反应器接种短程硝化污泥,考察了短程硝化状态下启动Type 0092丝状菌污泥微膨胀的特性,研究了系统启动与维持期间的污泥沉降性能、亚硝酸盐积累率(NAR)、污染物去除特性以及污泥菌群结构变化情况.结果表明控制DO为0. 3~0. 8 mg·L^-1,F/M(以COD/MLSS计)=0. 24 kg·(kg·d)^-1,按照交替缺氧/好氧模式运行(单周期3次,缺氧∶好氧=20 min∶60 min),能够启动Type 0092丝状菌污泥微膨胀与短程硝化耦合,系统SVI值维持在180 m L·g^-1左右,NAR一直维持在99%左右,COD和TN去除率能够分别提高约13%和5%,相较于传统全程硝化非微膨胀状态曝气量能节省约62. 5%.当交替缺氧/好氧模式变为单周期交替6次,缺氧∶好氧=10 min∶30 min,亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性会恢复,使短程硝化被破坏;低溶解氧、交替缺氧/好氧、低负荷是实现Type 0092丝状菌污泥微膨胀的关键因素,当负荷(以COD/MLSS计)大于0. 25 kg·(kg·d)^-1时,仅靠低溶解氧和间歇曝气无法维持污泥微膨胀状态.

关键词：节能低溶解氧缺好氧交替 Type 0092丝状菌污泥微膨胀短程硝化

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