CANON中试反应器启动及性能优化

以青岛某污水处理厂污泥消化液为连续进水,控制温度在(30±3)℃,接种污水厂普通活性污泥,驯化启动CANON反应器.为解决菌种流失、优化反应器性能,向CANON反应器内投加悬浮生物载体,转换为生物膜CANON反应器.结果表明,经过130 d运行培养,总氮去除负荷达到0. 03 kg·(m~3·d)~(-1),硝酸盐生成量与氨氮减少量的比值(RNaA)平均为0. 09,接近理论值0. 11,由此判断CANON反应器启动成功. CANON活性污泥反应器共运行300 d,稳定运行时总氮去除负荷为0. 20kg·(m~3·d)~(-1).投加悬浮载体后,经过30d运行培养,系统成功转换为纯膜系统,载体表面生物膜转为淡红色,TN平均去除负荷达到0. 17 kg·(m~3·d)~(-1),RNaA平均为0. 14,略大于理论值0. 11.由此判断CANON污泥在MBBR工艺中逐渐适应并得以稳定运行. CANON-MBBR反应器共运行200 d,稳定运行期间,总氮去除负荷为1. 15 kg·(m~3·d)~(-1).高通量测序结果表明,CANON-MBBR成功启动后,AOB和An AOB是系统中的优势菌种,相对丰度分别达到26. 24%和30. 08%,NOB被成功抑制.以上结果表明,以高密度聚乙烯填料为悬浮载体的CANON-MBBR具有良好的脱氮效能,有利于自养脱氮工艺的稳定运行.     

降温过程中生物膜CANON反应器的运行特征

本文以低温高氨氮废水为着眼点,通过不断地调节运行工况,探讨降温过程中全程自养脱氮(CANON)工艺的运行特征,以探索出低温环境下进水NH_4~+-N浓度较高时,CANON工艺获得稳定短程硝化和良好脱氮效果的方法.结果表明:①相较于直接将生物膜CANON反应器的温度条件由中温转变为低温(30℃±1℃→19℃),逐步降温驯化更有利于脱氮功能菌适应低温环境,且每次降温的幅度应尽量减小,同时还应配合运行工况的调节;②温度经25 d逐步降低至19℃左右,18 d后又继续降至15℃左右,NH_4~+-N和TN去除率均能分别长期稳定在90%、70%以上,甚至当温度下降至12℃时,TN去除率与去除负荷仍能分别达到72. 52%、0. 78 kg·(m~3·d)~(-1);③降温过程中驯化生物膜CANON污泥时,应优先考虑短程硝化控制.可通过维持一定的剩余NH_4~+-N浓度并严格控制DO浓度,以抑制NOB的活性,从而获得稳定的短程硝化效果.     

CANON反应器运行稳定性及温度冲击的影响

为考察长期运行条件下全程自养脱氮(CANON)反应器的运行效果,以人工配置无机高氨氮废水为进水,研究了连续流CANON反应器的运行稳定性.CANON反应器在控制内部温度为35℃±1℃,pH 7.39～8.01,水力停留时间3.7～5.1 h条件下,稳定运行超过1 a,短程硝化性能与厌氧氨氧化性能均获得稳定,平均TN去除负荷达到1.8 kg.(m3.d)-1,平均TN去除率为65.09%,最大TN去除率可达81.65%.低温冲击时,虽然ANAMMOX菌与AOB都会受到低温的抑制,但由于ANAMMOX菌对低温更加敏感,受到的抑制更加严重,因此造成NO2--N严重积累.温度恢复35℃后,CANON反应器性能很快恢复正常,短暂的低温冲击不会对CANON反应器稳定性构成显著影响;当经历超过50℃以上的高温冲击时,尽管AOB可在1周内恢复正常,但ANAMMOX菌的活性被完全破坏,使CANON反应器彻底崩溃,应予以避免.     

陶粒CANON反应器的接种启动与运行

通过CANON接种污泥,以人工配制无机高氨氮废水为对象,研究以陶粒为填料的CANON反应器启动与运行情况,结果表明:①陶粒可以作为CANON反应器合适填料,温度通过水浴控制在30℃±1℃,HRT为9 h、pH控制在7.00~8.08之间,经过60 d成功启动了CANON反应器,TN的去除负荷达到0.79 kg·(m3·d)-1;②在温度30℃时,陶粒CANON反应器中临界DO范围在1.12~1.69 mg·L-1之间,CANON反应器中短程硝化和厌氧氨氧化性能可维持稳定,高于此范围时,会出现CANON反应器中短程硝化不稳定现象;③在温度25℃,控制DO在1.01~1.54 mg·L-1之间时,尽管NO-3-N变化值与TN变化值的比值(δNO-3-N/δTN)略微偏离理论值0.127,为0.150~0.204,但CANON反应器脱氮性能趋于稳定,TN去除率最高为75.56%,TN的去除负荷最高达到0.97 kg·(m3·d)-1,这意味着CANON工艺的适宜温度范围至少可以降低至25℃.     

基于MBBR的CANON工艺处理消化液中试启动

基于移动床生物膜反应器（MBBR）成功启动了自养脱氮工艺（CANON）处理污泥消化上清液.采用8.55m³中试系统,反应器内部填充SPR-Ⅲ填料,填充率44%,通过动态流接CANON污泥（接种比例<1%）,经过70d成功启动CANON工艺.运行至200d,TN去除负荷稳定在0.9kgN/（m³·d）,出水氨氮浓度均值63.9mg/L,氨氮和总氮去除率均值分别为91%和85%.进水中存在的少量有机物使系统同时存在反硝化和厌氧氨氧化两种脱氮途径,促进了总氮的去除,对总氮去除的贡献分别占5%~7%和93%~95%.通过对pH值和曝气强度的控制,防止了悬浮载体结垢,平衡了DO、曝气强度以及生物膜厚度三者之间的关系,使生物膜始终处于适宜的厚度,稳定了系统的处理效果.高通量测序表明悬浮载体上的优势菌种为氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（AnAOB）,其丰度整体呈增长趋势,至稳定运行期可达到17%和14%.系统无NOB存在,短程硝化效果良好,反硝化菌群丰度在2%~3%并相对稳定,进水中存在的少量有机物不会影响厌氧氨氧化菌的增殖.     

MBR系统CANON工艺的快速启动及微生物种群特征

为了考察CANON工艺的快速启动策略及功能微生物的种群特征,在常温MBR反应器内接种普通活性污泥后间歇运行.启动策略为以调控曝气时间和曝气量作为主要方法,首先在限氧条件下启动亚硝化,之后进一步降低DO启动CANON工艺.在CANON工艺启动成功后,通过调整曝气时间和无机碳源浓度提高了总氮去除负荷,并采用PCR-DGGE技术分析了稳定运行的CANON工艺内功能微生物的种群特征.结果表明,CANON工艺经36d成功启动,NH4+-N去除率和总氮去除率最终稳定在99%和84%左右,氮去除负荷达到0.41kg/(m3·d).DGGE测序结果表明,Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia stuttgartiensis是反应器内的优势菌种,两种微生物协同作用,共同在MBR内完成了高效的自养脱氮.     

初始pH值对序批式CANON工艺脱氮效果和N2O释放的影响

在温度为30℃±1℃条件下,采用陶粒为填料的序批式CANON反应器,以人工配置无机高氨氮废水为进水,研究不同初始pH值对CANON工艺脱氮效果和N_2O释放的影响.试验过程中,控制进水氨氮浓度相同,HRT=5 h,曝气量为6m3·(m~3·h)~(-1)时,调节进水pH值分别为6.64、6.98、7.15、7.88和7.95,研究发现,初始pH值在6.64~7.95之间时,CANON工艺脱氮效果基本保持稳定,TN去除率分别为81.38%、87.32%、92.12%、88.21%和86.84%,TN去除负荷均在1.56kg·(m3·d)-1以上;各周期初始N_2O释放速率基本相同,先升高后降低,且初始pH值越低N_2O释放速率峰值越高,而N_2O释放量和释放率也均随初始pH增加而减少.初始pH值在6.64~7.95之间对总氮去除影响不大,但对N_2O释放有较大影响.要同步实现CANON工艺高效脱氮和N_2O释放减量化,应将进水pH调节在7.90附近.     

低温对CANON型序批式生物膜反应器脱氮的影响

探究了4种低温水平下基于亚硝化的全程自养脱氮（CANON）型序批式生物膜反应器（SBBR）的运行效果及其氮素转化机制.结果表明,当CANON型SBBR在不同的低温水平下稳定运行后,其脱氮微生物优势菌群发生了不同程度的变化,随之改变了系统的氮素转化途径及其脱氮性能.当温度>15℃时,SBBR中AOB和anammox菌的丰度与活性未受到明显抑制,CANON作用始终是系统脱氮的主要途径,SBBR对TN的平均去除率亦较为理想;而当温度<15℃时,anammox菌的丰度与活性在10,5℃下分别出现不同程度的降低,进而改变了SBBR的氮素转化途径,使其脱氮性能出现不同程度的恶化.在10℃时,NOB的增殖及其活性的提高使硝化/反硝化作用取代CANON作用成为SBBR脱氮的主要途径,此时系统对TN的去除率骤降至（16.87±4.79）%;在5℃时,反硝化过程中第1步还原反应的停滞与反硝化菌对NO₂^--N利用率的提高使SBBR中氮素的去除依赖于CANON作用和短程硝化/反硝化作用的协同,系统对TN的去除率为（54.83±3.68）%.     

生物膜CANON反应器性能的优化:从FBBR到MBBR

控制温度为30℃±1℃,在移动床式生物膜反应器(MBBR)采用以改性聚乙烯为填料的全程自养脱氮(CANON)工艺,以无机高NH_4~+-N(约400 mg·L~(-1))人工模拟废水为连续进水,研究MBBR对生物膜CANON工艺脱氮性能的优化.试验控制pH在7.8左右,HRT为6 h,填料填充率为35%,经过一个月调试与培养,NH_4~+-N及TN平均去除率达到74.28%和87.93%,最高分别可达84.68%和98.82%,此时ΔNO-3/ΔTN为0.12,接近理论值0.127,由此判断CANON污泥在MBBR工艺中逐渐适应并得以稳定运行.同时,对比采用相同进水基质及控制条件的固定床式生物膜反应器(FBBR),计算发现MBBR与FBBR工艺NH_4~+-N去除率、TN去除率及去除负荷3组均方差分别为:8.31%和14.06%,7.09%和11.79%,0.17kg·(m3·d)-1和0.27 kg·(m3·d)~(-1),前者均低于后者;并且,在MBBR与FBBR的DO平均浓度分别为1.96 mg·L~(-1)和3.09mg·L~(-1)的情况下,MBBR与FBBR中每升氮去除负荷分别为0.53 kg·(m~3·d)~(-1)和0.37 kg·(m~3·d)~(-1).因此,(1)相比FBBR,MBBR具有更加稳定的脱氮性能;(2)相比FBBR,MBBR中每升填料中的微生物具有更高的O2利用效率及总氮去除负荷.     

CANON工艺处理石油催化剂废水的性能研究

以石油裂化催化剂废水为研究对象,采用电絮凝作为废水的预处理单元,研究CANON工艺的启动及脱氮性能.结果表明:电絮凝对原水浊度的去除率达到98.7%±1.2%,对COD去除率达到32.3%±4.5%.利用人工模拟高氨氮废水成功启动CANON工艺,TN去除率最高达到62.0%,TN去除负荷最高达到0.19 kg·m~(-3)·d~(-1)(以N计).使用石油裂化催化剂废水对微生物进行了驯化,经过108 d的运行,微生物成功驯化。利用CANON工艺处理石油裂化催化剂废水,COD去除率为40.9%±13.2%,TN去除率为67.3%±12.7%,TN去除速率为(0.07±0.02)kg·m~(-3)·d~(-1)(以N计).反应器出水COD100 mg·L-1,NH_4~+-N10 mg·L~(-1),满足石油化工企业污水的排放标准(GB8978—1996).     

温度对A~2/O工艺脱氮影响的研究

温度与A2/O工艺处理功能密切相关,研究温度变化对系统脱氮效果产生的影响。试验结果表明:温度介于14.5℃～25℃范围内,COD去除率由70%上升至81.4%,温度介于25℃～34.3℃范围内,COD去除率最高达到85%以上,可保证COD稳定和高效的去除效果;最佳脱氮温度范围约为25℃～30℃之间,TN去除率约70%,硝化率达95%,过高或过低的温度条件对脱氮功能均有抑制作用。     

温度及碳源对NPR工艺脱氮除磷效果的影响

在NPR中试基础上研究了温度和碳源对脱氮除磷效果的影响.结果表明:低温影响污泥沉降性能,低温下有机物的去除更容易受到有机负荷的影响.温度对生物去除SS,COD_Cr和TP的效果影响不大,对氨氮及TN的去除效果影响比较明显,在温度由8 ℃上升到26℃的过程中,氨氮及TN去除率分别由16%和18%上升到84%和69%.控制系统在合适的温度范围内能够实现较好的脱氮除磷效果.外加碳源有助于脱氮效率的提升,20 ℃下碳氮比(ρ(C)/ρ(N))由5提高至8时,TN去除率由57%提高至66%,对除磷效果影响则不明显.      

长期低温对絮状-颗粒耦合CANON脱氮及菌群影响

在SBR反应器中探究长期低温对等污泥浓度比例絮状-颗粒（1：1~1：1.5）耦合CANON系统的脱氮效能和微生物群落结构的影响.结果表明，在经历长期低温（10℃）条件下运行并回温（10→30℃）后，等比例污泥CANON系统NH₄⁺-N、TN去除率及TN去除负荷与温度变化呈正相关性，在回温30℃下运行30d后分别达到72.4%、63.0%和0.094kgN/（m³·d）.氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（AAOB）活性与温度表现出正相关性，在回温后分别为0.025和0.049gN/（gVSS·d），分别为降温前（30℃）的83.3%和79.1%，NOB活性一直维持在较低水平（0.001gN/（gVSS·d））.高通量测序结果显示，长期低温对优势菌门无明显影响.回温后，颗粒和絮状污泥中的优势菌门分别为Ignavibacteriae和Proteobacteria；回温后系统颗粒污泥中功能菌Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia（AAOB）相对丰度分别为6.017%、2.623%，其在絮状污泥中相对丰度分别为3.018%、0.674%，而Nitrosomonas（AOB）主要存在于絮状污泥中，在回温后相对丰度为2.50%；3种功能菌相对丰度均高于降温前水平.等比例絮状-颗粒耦合CANON系统能有效抵御长期低温.     

混合填料生物接触氧化法处理生活污水的研究

采用混合型(火山岩和陶瓷环)填料生物接触氧化工艺处理实际生活污水,研究了混合型填料挂膜情况,不同HRT、DO和进水COD浓度对水质净化效果的影响。实验结果表明:混合型填料挂膜效果好,15 d后反应器达到稳定状态,对COD的去除率达到75%以上;在水温为20~32℃,HRT为12 h,DO为5~6 mg/L的条件下,对COD、氨氮、TN和TP的平均去除率分别达到了75.8%、71.8%、45.9%和35.7%;当进水COD浓度为100~400 mg/L时,各个指标的去除率随着COD浓度的升高而升高,可见进水COD浓度会对污水净化效果产生影响。     

异波折板厌氧废水处理技术研究

设计异波折板复合厌氧反应器,进行为期12个月的生活污水处理试验研究。试验结果表明,在温度处于(25±2)℃条件下,反应器的最佳水力停留时间(HRT)为6h。此时所对应的COD、TN、TP去除率分别为76.95%、36.56%、39.28%;最适厌氧污泥区容积百分比为45%～65%;最适进水COD浓度为150～800mg/L。控制HRT为6h,查明温度降至(7±1)℃时所对应的COD、TN、TP分别为63.53%、20.28%、22.35%;最大比甲烷生产率降至1.95mL(/gVSS·h)。此研究结果表明在北方地区低温度条件下应用该技术处理低浓度生活污水可行。基于试验结果,阐明了此厌氧生物处理技术处理低浓度生活污水的高效机理在于异波折板复合厌氧反应器具有高效传质和双层分阶段多生物相的特点。     

硫磺/石灰石自养反硝化系统脱氮除磷性能研究

为了考察硫磺/石灰石系统对于低C/N的城市污水进行同步脱氮除磷的性能,设计了体积比为1∶1的硫磺/石灰石柱式反应器,以人工配水为处理对象,采用厌氧生物滤池运行方式,研究了HRT、初始磷浓度、pH、温度等因素对其脱氮除磷性能的影响.结果表明,在进水NO 3^--N为30 mg/L左右,PO4^3--P为15 mg/L条件...     

溶解氧对亚硝酸型硝化反硝化的影响研究

在序批式生物膜反应器内接种以氨氧化细菌和反硝化细菌为主的活性污泥,期望实现亚硝酸型同步硝化反硝化生物脱氮,处理城市污水。在进水TN为30～40 mg/l、氨氮为30～35 mg/l、COD为250 mg/l左右、pH值为7.50～7.80、温度为25±1℃等条件下,研究不同溶解氧对总氮去除率和亚硝酸盐氮积累率的影响,结果表明,在溶解氧浓度为1.5～2.5 mg/l时,可以实现稳定的亚硝酸型硝化反硝化,总氮去除率为75%左右,亚硝酸盐氮积累率为65%～82%。     

实际垃圾渗滤液短程生物脱氮的常温实现及低温维持

采用单级UASB-SBR生化系统处理实际垃圾渗滤液,主要考察了常、低温条件下,该生化系统短程生物脱氮的长期稳定性,同时研究了SBR内短程硝化的实现机理及微生物种群特性.598d试验结果表明:单级UASB-SBR生化系统对渗滤液内COD,NH4+-N和TN的去除率分别为92.0%,99.2%和98.0%以上,实现渗滤液内有机物和氮的深度去除.经过116d运行,SBR系统实现了短程硝化,亚硝积累率(NAR)达到90%以上,此后稳定运行,成功跨越2个冬季,15℃以下共计171d,最低温度为10.2℃.游离氨(FA)和过程控制的协同作用是实现与维持SBR 内短程硝化的决定因素.荧光原位杂交(FISH)技术检测表明:氨氧化菌(AOB)已经成为SBR硝化菌群中的优势菌属.扫描电子显微镜(SEM)检测表明:AOB菌属以活椭球状亚硝化球菌属(Nitrosococcus)和杆状亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)为主.     

不同工况耦合生物反应器处理低C/N比生活污水试验

在全程好氧工况或低氧+厌氧+好氧工况下,采用耦合生物反应器处理低CN生活污水和污泥减量的试验结果表明:在进水CODCr负荷0.80～1.20kg(m3·d)、NH+4N浓度70～90mgL、TN浓度75～110mgL、HRT=8h、温度约25℃条件下,CODCr和NH4N去除率均可达85%和90%以上;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,其TN去除率高达81.1%,污泥产率为0.065kgkg。     

页岩-钢渣组合填料湿地强化脱氮除磷研究

以城市污水A/O工艺出水为处理对象,运用页岩和钢渣物化除磷、调控进水碳氮比和氮素氧化性等技术手段,在中试规模上研究了页岩和钢渣组合填料湿地的脱氮除磷效能及影响因素.结果表明,当COD面积负荷率、TN面积负荷率、TP面积负荷率、HRT(水力停留时间)分别为6.5～20.7 g·(m²·d)^-1、2.57～8.22 g·(m²·d)^-1、0.41～1.32 g·(m²·d)^-1、0.5～1.6d时,①氨氮、亚硝态氮和硝态氮的去除率分别为85.8%、56.3%和18.6%,TN去除率为58.0%,TN面积负荷去除率为3.58g·(m²·d)^-1,TN反应动力学常数为0.31 m·d^-1,TN面积负荷去除率随进水TN负荷的增加而线性增加.②TP去除率为90.4%,TP面积负荷去除率为0.89 g·(m²·d)^-1,TP反应动力学常数为0.86 m.d^-1,TP面积负荷去除率随进水TP负荷的增加而线性增加.③水温、HRT、氮素组分、C/N等因素对湿地系统的脱氮除磷效率有显著影响.TN面积负荷去除率随HRT、COD/TN值的增加而幂函数增加.TN面积负荷去除率随水温(、NO₂^--N+NO₃^--N)/TN值的增加而呈指数函数增加.