微电解强化微生物菌种对高氨氮低碳氮比黑臭水的脱氮研究

针对高氨氮低碳氮比(C/N)黑臭水进行脱氮研究,通过硝化菌和反硝化菌共同作用,并在后期耦合铁碳微电解(IC-ME)强化脱氮。单因素控制变量实验表明,硝化菌和反硝化菌在30℃硝化/反硝化效果较优,平均氨氮去除率为71.62%,硝态氮去除率可达到67.52%;在溶解氧(DO)为3 mg/L时硝化效果较好,平均氨氮去除率达到了70.08%;在后期投加150 g/L铁碳填料时,反硝化效果最好,2#和3#反应器硝态氮去除率最高分别提高到了81.78%和91.17%。长时间运行反应器后,氨氮去除负荷达到0.193 kg/(m³·d),化学需氧量(COD)去除负荷达到1.786 kg/(m³·d)。单独的微生物菌种针对高氨氮低C/N黑臭水脱氮还有一定的局限性,通过后期耦合IC-ME,脱氮效率明显提升,总氮(TN)去除率可从45.65%提升到58.91%。     

SBR单级自养脱氮系统氮素转化途径

利用氮素计量关系和批式实验研究了SBR系统中基于短程硝化的单级自养脱氮特性和脱氮途径。结果表明,SBR系统获得良好脱氮效果,TN最高去除负荷和去除速率分别达0.49 kg N/(m3.d)和0.20 kg N/(kg VSS.d);系统中82%的氨氮转化成气体脱除,10%的氨氮转化成硝酸盐氮。批式实验结果表明,SBR系统中的污泥同时具有厌氧氨氧化、亚硝酸盐氧化和自养反硝化活性,三者的反应速率分别为0.12 kg NH4+-N/(kg VSS.d)、0.04 kg NO2--N/(kg VSS.d)和0.03 kg NO2--N/(kg VSS.d)。综上,SBR系统中氮的脱除是短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化共同作用的结果,产生的硝酸盐是厌氧氨氧化和硝化作用所致。     

泥炭作为缓释碳源对反硝化过程的影响

采用柱实验,以泥炭颗粒作为缓释碳源,探究不同水力停留时间(HRT)下泥炭颗粒对反硝化过程的影响。结果表明:(1)泥炭颗粒可作为有效缓释碳源,当HRT为6.67h时,脱氮效果最好,硝酸盐氮去除率能达到81.9%。(2)出水COD较低,最终为9～12mg/L,不会对水体造成二次污染;亚硝酸盐氮先升后降,最终均小于0.2mg/L,未出现积累现象,泥炭颗粒可作为生物脱氮反应器中长期运行的缓释碳源。     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

炭管膜曝气生物膜反应器SNAD脱氮研究

以包裹无纺布的微孔炭管作为膜曝气生物膜反应器（MABR）的膜组件,进行了短程硝化,厌氧氨氧化和反硝化耦合脱氮(SNAD)研究。实验中,控制温度34±1℃,pH 7.5～8.5, HRT 8 h,通过逐步降低膜内压力使反应器中的溶解氧由8 mg/L逐步降低到0.5 mg/L以下。实验采用亚硝酸细菌挂膜,然后接种厌氧氨氧化细菌,实现在单一反应器中同时发生短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化耦合脱氮功能。结果表明,经过180 d的连续稳定运行,氨氮去除率达到了93.4%,总氮去除率达到了92.5%,COD去除率达到97.2%, 氨氮去除负荷0.6 kg N/（m³ ·d）。适合SNAD工艺的最佳C/N比为0.2～0.6,当COD浓度过高时,会抑制厌氧氨氧化细菌,使SNAD工艺的处理效果明显下降。     

曝气生物流化床处理高氨氮粪便污水

应用好氧曝气生物流化床反应器处理动车集便器粪便污水,研究反应器同步硝化反硝化脱氮及去除COD效能,以及DO对处理效能的影响,通过镜检观察反应器内微生物特性,探究反应器同步硝化反硝化脱氮机理。结果表明,反应器维持DO在2.5 mg/L左右时,对粪便污水中氨氮、TN和COD的去除率分别达99.8%、84.1%和95.5%,在好氧曝气生物流化床反应器中,实现同步硝化反硝化脱氮并去除有机物。分析认为,反硝化脱氮主要发生在生物膜内的厌氧微环境,反硝化反应主要由厌氧反硝化菌完成,曝气生物流化床反应器同步硝化反硝化脱氮机理主要从微环境理论解释。     

微电解耦合固相反硝化脱氮除磷效果及微生物分析

为提高低碳氮比污水中氮、磷的去除率,通过铁碳微电解耦合固相反硝化系统强化生物脱氮除磷的效果,分别考察了HRT、DO、pH对耦合系统中氮、磷去除效果的影响,并对铁碳颗粒(FC)、固体碳源颗粒(CC)和悬浮污泥(SS)的微生物群落结构进行了分析。结果表明:当进水C/N=1.5时,耦合系统的最佳运行参数为HRT=4 h、DO=2.0 mg·L~(-1)、pH=7.0;此时NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP的去除率分别为95.63%、93.48%、94.72%、99.10%。高通量测序分析结果表明:在门水平上,3个样本(FC、 CC、 SS)中的优势菌门为Proteobacteria、Actinobacteria和Bacteroidetes,其中具有反硝化脱氮功能的Proteobacteria在FC、CC、SS中分别占样本总数的72.66%、 67.43%、 68.66%;在纲水平上,SS中Alphaproteobacteria的相对丰度显著高于FC和CC, FC中的Gammaproteobacteria的相对丰度显著高于CC和SS,CC中的Gemmatimonadetes相对丰度明显高于FC和SS,生物除磷主要发生在CC中;在属水平上,Gemmobacter在FC、CC、SS中的相对丰度分别为25.50%、23.64%、32.53%,对异养反硝化过程起到重要作用。以上结果有助于提高对微电解-自养/异养反硝化除磷耦合系统中微生物生态学的理解。     

不同分子量聚乳酸的异养反硝化脱氮性能及脱氮反应机制

聚乳酸(PLA)是一种发展潜力巨大的反硝化固体碳源。为探究不同分子量PLA反硝化脱氮路径及机制,以不同分子量PLA为固体碳源研究了PLA的静态释碳性能和反硝化脱氮效果,考察了反硝化出水溶解性有机质(DOM)组分和微生物群落结构。结果表明：PLA释碳稳定,在清水和脱氮反应器中出水COD均能稳定在20 mg·L^-1;PLA分子量越低,脱氮效果越好,5 000 g·mol^-1分子量PLA的NO₃^--N去除率和反硝化速率达到100%和1.29 mg·L^-1·h^-1。PLA脱氮路径有2条：一是反硝化功能菌群利用水解微生物分解PLA释放的小分子碳源作为电子供体进行异养反硝化作用;一是微生物利用溶解性微生物代谢产物等有机物进行反硝化脱氮。该研究结果可为PLA固体碳源在反硝化脱氮工艺中的高效应用提供参考。     

SBR法短程硝化处理纤维素乙醇废水的中试研究

针对纤维素产乙醇废水高有机物、高氨氮、难降解的特点,运用短程硝化反硝化脱氮工艺,基于序批式活性污泥反应器(SBR)的调试运行,研究反应器运行方式对COD去除和脱氮效能的影响,为日后纤维素乙醇废水处理的工程化提供借鉴。结果表明:通过控制DO(0.5 mg·L~(-1))、p H(7.6~8.5)和投加碳源等条件,可实现亚硝酸盐氮的积累和转化,最终三氮去除率稳定在70%以上;通过投加不同碳源对比实验,发现乙酸钠作为反硝化外加碳源比葡萄糖具有更高的效率;厌氧工艺处理过的纤维素乙醇废水经短程硝化反硝化工艺处理后,COD去除率维持在20%上下,表明废水可生化性极低,已不适应生物法处理,须利用化学氧化法才能进一步去除;通过周期实验,发现硝化阶段碱度过量对短程硝化进程影响并不明显,相反充足的碱度是保证硝化反应进行的必要条件。     

硫自养反硝化去除地下水中硝酸盐氮的研究

研究实际地下水硫自养反硝化动力学过程,考察季节因素(温度)对动力学的影响,实验结果表明,地下水升流式硫自养滤柱反硝化动力学符合1/2级动力学模型,其反应速率常数受温度的影响很大,用阿仑尼乌斯方程计算硫自养反硝化活化能为80.38 kJ/mol。硫自养反硝化产生的硫酸根与反硝化掉的硝酸根离子呈线性相关。在地下水不经任何预处理的条件下,硫自养反硝化仍能有效地脱除地下水中的硝酸盐,反应器出水的pH值仍维持在中性范围。     

MBBR一体式耦合短程硝化-厌氧氨氧化处理污泥水

采用移动床生物膜反应器(MBBR)处理已回收磷后的实际污泥水,在进水平均氨氮浓度为167.51 mg·L~(-1)、HRT为22.24 h、DO为0.5 mg·L~(-1)和温度为24～26℃的条件下实现了一体式短程硝化-厌氧氨氧化过程的耦合,对氨氮和总无机氮的最大去除率可达96%和79.7%。但是,一体式反应器受DO浓度影响较大,维持稳定的DO浓度对于系统的氮去除非常重要。荧光原位杂交(FISH)及高通量测序结果表明,MBBR的生物膜及活性污泥中Nitrosomonas菌分别占总菌数的10.46%和21.46%,厌氧氨氧化菌的优势菌种Candidatus Kuenenia在生物膜和活性污泥中分别占总菌数的4.13%和0.71%。因此,MBBR中活性污泥主要完成亚硝化,生物膜主要完成厌氧氨氧化,常温条件下,两者在一个反应体系中共同完成了对污泥水中氮的高效自养脱除。以上结果表明了一体式反应器处理实际污泥水的可行性,可为该工艺在实际工程中的应用提供参考。     

电极生物膜耦合硫自养强化型人工快渗系统脱氮性能

由于人工快渗(CRI)系统对TN去除率较低,该技术在污水处理领域的应用受到限制。为提高TN去除率,将电极生物膜和硫自养反硝化技术耦合应用于CRI系统,考察了"异养+氢自养+硫自养"反硝化脱氮的可行性,并通过菌群结构解析了电极生物膜耦合硫自养强化脱氮的机理。结果表明,电极生物膜耦合硫自养强化型CRI系统在电流强度为15mA时,TN平均去除率可达73.0%,相比传统CRI系统提高了48.0百分点。从稳定运行的电极生物膜耦合硫自养强化型CRI系统反硝化区共检测出231个已知菌属,其中具有硫自养反硝化功能的产硫酸杆菌属(Thiobacillus)和具有氢自养反硝化功能的噬氢菌属(Hydrogenophaga)相对丰度较高,分别为35.9%、15.7%。硫自养反硝化、氢自养反硝化和异养反硝化的共同作用促进了CRI系统脱氮性能的提高。     

接种物对厌氧同步脱硫反硝化特性的影响实验研究

分别以厌氧污泥、脱氮硫杆菌菌悬液和厌氧污泥并添加脱氮硫杆菌菌悬液为接种物,以硫化物和硝酸盐为进水基质,考察不同接种物条件下,各反应器的硫化物氧化特性、反硝化特性、生化反应机理及微生物特性。结果表明,在无菌条件下,硫化物不能被硝酸盐化学氧化。接种脱氮硫杆菌菌悬液的2#反应器的硫氧化速率为1.98 g S/(m3.h),停留24 h硫化物的去除率高达97%,脱硫能力最强,该接种条件下以硝酸盐氧化硫化物为主反应,优势菌为杆菌,进水的NO3--N/S应控制在0.4以下,可以实现高效生物脱硫。接种厌氧污泥的1#和3#反应器的脱氮效果比2#反应器好,停留时间为24 h时,硝酸盐的平均去除率为96%。单独接种厌氧污泥的1#反应器的硫氧化速率为1.78 g S/(m3.h),其优势菌为球菌,该接种条件下以硝酸盐氧化硫化物和硝酸盐氧化单质硫为主反应,进水的NO3--N/S应控制在0.8左右。以厌氧污泥联合脱氮硫杆菌为接种物时,硫氧化速率为1.71 g S/(m3.h),反应器以硝酸盐氧化硫化物、硝酸盐氧化单质硫以及异养反硝化为主反应,驯化后优势菌为球形、卵圆形和短杆状,应控制进水NO3--N/S为1.2,可以实现同步脱硫反硝化,该工艺既可以用于含硫废水的处理,也可以用于C/N低的硝酸盐废水的处理。     

污泥接种策略与联氨促进垃圾渗滤液厌氧氨氧化工艺快速启动及其运行效果

针对厌氧氨氧化工艺启动速度慢及在垃圾渗滤液中脱氮效率低的问题,探究了厌氧氨氧化工艺在处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液中的快速启动及稳定运行策略。结果表明,厌氧氨氧化工艺接种反硝化污泥:anammox颗粒污泥=9:1的启动效果最佳,100 d时TN去除率可达75.1%。但由于垃圾渗滤液中COD较高,异养反硝化菌生长迅速且严重影响厌氧氨氧化菌活性。通过投加6 mg·L^-1的N₂H₄之后,异养反硝化菌活性受到抑制,反应器内厌氧氨氧菌占据主导地位,Candidatus Kuenenia菌相对丰度由0.2%提升到10.6%,TN去除率及氮去除速率分别达90.6%和0.143 kg·(kg·d)^-1以上。在厌氧氨氧化工艺中投加适量N₂H₄可实现垃圾渗滤液的稳定高效自养脱氮。     

水力停留时间对天然纤维素类固体碳源反硝化滤池处理效果的影响

为了有效去除低C/N(质量比)生活污水中的TN,考察了水力停留时间(HRT)对以稻秆、玉米芯和大豆壳等天然纤维素为填料和固体碳源(以下简称碳源)的反硝化滤池的脱氮效果的影响,从COD、TN、TP去除规律和不同阶段释碳速率的变化,分析和比较不同HRT和碳源种类下反硝化滤池的脱氮性能,获得了不同碳源对应的最佳HRT,并探讨了最适碳源种类。以稻秆、玉米芯、大豆壳为碳源时,反硝化滤池的最佳HRT分别为2.0、2.0、4.0h,出水TN分别为0.3、0.2、0.4mg/L,TN去除率均为97.8%以上,此时出水COD、TP分别为37.6～44.9、0.4～0.6mg/L。玉米芯释碳速率低,释碳持久稳定,投加玉米芯为碳源的反硝化滤池在4个月后仍可保持高效、稳定的反硝化脱氮性能。     

HRT对UASB厌氧反硝化脱氮的影响

在反硝化脱氮的影响因素方面,研究多集中在碳源种类和碳氮比(C/N)2个方面,而对水力停留时间(HRT)的影响很少有报道。采用UASB作为厌氧反硝化反应器,进水NO_3~--N为50 mg·L~(-1),C/N比固定为1.5,分别以葡萄糖和乙酸钠作碳源,研究HRT对反硝化效果的影响。结果表明:当外加碳源为葡萄糖时,最佳HRT为6 h,此时NO_3~--N和TN的去除效果最好,去除率分别为79.5%和63.8%,出水NO_2~--N和NH_4~+-N浓度分别为4.69 mg·L~(-1)和2.22 mg·L~(-1);当外加碳源为乙酸钠时,最佳HRT为4 h,对应的NO_3~--N和TN去除率分别为99.0%和91.4%,出水NO_2~--N和NH_4~+-N浓度分别为3.08 mg·L~(-1)和0.47 mg·L~(-1)。HRT对反硝化效果有显著影响,且跟碳源种类有关。HRT会影响反硝化菌、反硝化异化还原成铵(DNRA)细菌和其他异养菌之间的平衡。     

印染废水处理厂二级出水的硫自养反硝化脱氮工艺

采用硫/白云石自养反硝化脱氮工艺处理印染废水处理厂二级出水,考察不同污泥接种方式、水力停留时间(HRT)、温度及进水负荷对系统脱氮效果的影响。结果表明:反应器在3 d内即可完成快速启动,工程应用中可不接种污泥;反应器最佳HRT为20 min,TN去除率为40.2%,但反冲洗频率加快;温度、进水负荷对系统脱氮效果影响较大,当温度在25~30℃之间,TN平均去除率为43.8%;当进水负荷为(1.37±0.15)kg·(m~3·d)~(-1),TN平均去除率为37.1%,反应器具有较强的抗冲击负荷能力。     

复合介质渗透反应格栅去除地下水中的氨氮

针对受低浓度氨氮污染的地下水,实验筛选组合了不同的反应介质,利用串联的多介质填充柱模拟渗透反应格栅,通过物理吸附及生物硝化-反硝化作用来实现氮的去除。结果表明,在进水氨氮浓度为10 mg/L、流速为0.5 m/d的条件下,模拟柱对氨氮的去除率达到98%以上,且不会出现亚硝酸盐及硝酸盐浓度的升高。水体经过释氧柱后溶解氧由2mg/L升高至10 mg/L以上,表明释氧材料可提供硝化细菌所需的好氧环境。好氧柱中填充易于生物挂膜的生物陶粒及对氨氮有较强吸附能力的沸石,二者联用通过生物硝化-物理吸附协同作用实现对氨氮的去除,其中生物作用实现的氨氮去除量占总去除量的50%左右。后续厌氧反应柱填充海绵铁除氧并利用松树皮颗粒作为碳源,创造反硝化菌生长条件,硝酸盐氮浓度可由10 mg/L降低至5 mg/L以下,实现对好氧反应阶段所产生的硝酸盐的去除,避免了地下水的二次污染。     

压力式接触氧化法同步硝化反硝化脱氮性能研究

研究了压力式接触氧化法的脱氮性能,分析了容积负荷、溶解氧和停留时间等因素对反应器脱氮效果的影响.研究表明,压力式接触氧化法具有明显的同步硝化反硝化现象,当HRT=1.8 h时,DO高达5.4 mg/L,可获得90%以上的反硝化率.当HRT=1.8 h,溶解氧4～5 mg/L,容积负荷为10～12 kg COD/(m3·d)时,氨氮去除率80%左右,总氮去除率达70%～80%.     

高浓度氨氮废水同步硝化反硝化性能研究

利用序批式反应器研究了溶解氧浓度和进水碳氮比对高浓度氨氮废水脱氮性能的影响.结果表明,溶解氧浓度降低实现了短程同步硝化反硝化,并提高了反应器脱氮效率.反应器运行经历了外部碳源的摄取、PHB储存、PHB有氧氧化和同步硝化反硝化作用,PHB作为同步硝化反硝化过程中反硝化的电子供体.