晚期垃圾渗滤液短程硝化生物动力学研究

通过对亚硝化反应器中的氨氮、亚硝酸盐氮变化趋势的试验研究,认为渗滤液中存在着可以转化成氨氮的有机氮,但有机氮的转化不是在瞬时完成的。利用劳伦斯-麦卡蒂模式求得模型参数为氨氮vmax=4.67 mg/(mg.d),Ks=464.4 mg/L,Y=0.1966 mg/mg,Kd=0.55384/d,通过模型得出了反应器内生物量浓度、出流水质与污泥龄的关系,以期为实际工程中垃圾渗滤液生物脱氮提供借鉴。     

SBR工艺处理晚期垃圾渗滤液的脱氮特性研究

采用有效容积为1 200 m3的SBR反应器处理晚期垃圾渗滤液,进行生物脱氮特性研究.结果表明,通过投加粪水调节进水C/N,能显著提高SBR反应器对晚期垃圾渗滤液中氮素污染物的去除效果,其中第112~136 d的TN平均去除率高达82.62%,出水TN≤190 mg.L-1,COD≤400 mg.L-1;能在反应器内达到各种生物脱氮反应的平衡状态,BOD5与TN去除量的比值稳定在1.43左右.在稳定平衡阶段,通过对反应器内氮素污染物和SO24-的含量变化进行周期跟踪监测,发现在搅拌回流阶段存在NH4+-N和SO24-的同时等比例去除现象,去除率分别为27.06%和76.17%,反应器内存在同步硝化反硝化和同步脱氮除硫(SO24-)过程;量化分析了反应器内各种生物脱氮反应,得到异养反硝化、同步硝化反硝化、同化作用、同步脱氮除硫(SO24-)和内源呼吸反硝化对TN去除量的贡献率分别为62.6%、33.8%、7.0%、26.1%和2.7%.     

矿化垃圾生物反应器中的细菌多样性分析

为探究准好氧生物矿化垃圾床处理渗滤液过程中的微生物作用机理,研究建立了16S r DNA克隆文库及PCRRFLP技术以研究矿化垃圾反应器的细菌多样性。结果表明:矿化垃圾反应器细菌具有高度多样性,反应器内有36种细菌分别属于13个纲,变形菌纲占绝对优势占70%(其中β-变形占56.5%,γ-变形菌纲占10%),拟杆菌纲、鞘氨醇菌纲,芽孢杆菌纲也具有一定优势;3%的Nitrosomonas属是渗滤液氨氮转化成亚硝酸盐氮的主要功能微生物,由于亚硝酸盐氧化菌不存在或丰度极低,因此造成反应器内亚硝酸盐积累;Thauera属(17%)和Thiobacillus denitrificans属(10%)是反应器内主要优势微生物属,是反应器内反硝化脱氮的功能微生物,由于Thauera属在好氧条件下具有反硝化特性,Thiobacillus denitrificans为严格自养反硝化菌,因此反应器脱氮主要途径为好氧反硝化、自养反硝化。     

生物反应器填埋场系统中城市生活垃圾原位脱氮研究

采用填埋垃圾上层间歇曝气充氧或渗滤液回流前经好氧、硝化反应器处理的方式,营造生物反应器填埋场系统内生物脱氮环境,研究了其中生活垃圾原位脱氮的性能.结果表明,在填埋垃圾稳定化过程中,88%以上的含氮化合物以渗滤液的形式溶出.填埋垃圾上层间歇曝气充氧或渗滤液经好氧、硝化反应器处理后回流的生物反应器填埋场系统对渗滤液总氮的处理效果较好,实验结束时,渗滤液总氮量仅为对照填埋场的28.7%和14.3%.     

序批式生物反应器填埋场的脱氮特性

采用3个填埋柱模拟序批式生物反应器填埋场: 1号柱装填新鲜垃圾,为对照柱,渗滤液简单回灌;2号和3号柱分别装填新鲜垃圾和腐熟垃圾,渗滤液交叉回灌.探讨了序批式生物反应器填埋场的氨氮去除率、反硝化能力以及厌氧氨氧化能力.结果表明:1号柱渗滤液的氨氮质量浓度在40 d内升高并趋于稳定;3号柱的氨氮去除率随时间的延续逐渐降低,从垃圾装填开始的100%降到90 d后的0,2号柱氨氮的累积去除率为40%左右.试验进行90 d后,分别将一定质量浓度的硝酸盐溶液添加到3个填埋柱内,结果表明,所使用的硝酸盐氮在2 d内几乎全部被去除, 证明3个填埋柱都具有很强的反硝化能力.3号柱在添加硝酸盐过程中硫酸根质量浓度升高,表明发生了自养反硝化反应.通过向填埋柱添加亚硝酸盐发现, 3号柱有一定的厌氧氨氧化能力,氨氮质量浓度下降10%～32%.      

反硝化-短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的脱氮除碳性能

本研究在一体式分区反应器中接种成熟的厌氧氨氧化污泥和亚硝化污泥,通过与反硝化反应器串联,研究了前置反硝化与短程硝化-厌氧氨氧化串联工艺处理晚期垃圾渗滤液的脱氮除碳性能.结果表明,未串联反硝化之前,短程硝化-厌氧氨氧化反应器在进水氨氮浓度为600 mg·L~(-1),COD浓度483 mg·L~(-1)时,总氮去除速率(NRR)可达1.88 kg·(m3·d)-1,总氮去除率(NRE)可达90.3%;而在进水COD浓度483 mg·L~(-1),即C/N0.8时,短程硝化-厌氧氨氧化反应器的NRR下降至1.50 kg·(m3·d)-1.通过前置反硝化反应器可以迅速缓解有机物对厌氧氨氧化的不利影响;反硝化与短程硝化-厌氧氨氧化串联反应器在进水NH+4-N浓度为1 100 mg·L~(-1),COD浓度1 150 mg·L~(-1)时,仍可稳定高效运行,整体NRR可达1.37kg·(m3·d)-1,厌氧区NRRana高达15.6 kg·(m3·d)-1,平均NRE可达98.6%,在仅利用原水中有机碳源的情况下实现了垃圾渗滤液的高效深度脱氮.此工艺晚期处理垃圾渗滤液可去除大部分易生物降解有机物.     

晚期垃圾渗滤液厌氧氨氧化脱氮性能及其污泥特性

为研究ANAMMOX(厌氧氨氧化)工艺处理晚期垃圾渗滤液过程中氮转化途径的变化及颗粒污泥特性,采用2套ANAMMOX-UASB生物膜反应器(1#系统和2#系统)分别处理晚期垃圾渗滤液和无机配水,考察两种水质条件下ANAMMOX系统的脱氮性能,并对稳定运行时期两个系统颗粒污泥中ANAMMOX菌活性、硝化活性、反硝化活性及其污泥理化特性进行对比. 结果表明:1#系统经过连续培养逐渐适应了晚期垃圾渗滤液,实现了ANAMMOX耦合异养反硝化高效脱氮;稳定期1#系统和2#系统中TN的平均去除率分别为86.66%和76.77%. 1#系统和2#系统的颗粒污泥均具有ANAMMOX活性、硝化活性和反硝化活性,1#系统中颗粒污泥ANAMMOX活性和硝化活性较2#系统略有降低,而反硝化活性则大有提高;两个系统中ANAMMOX过程对TN去除速率分别为0.286和0.301 g/(g·d). 1#系统中颗粒污泥呈红褐色,2#系统中颗粒污泥呈砖红色,两个系统中粒径>1.5~2.5 mm的颗粒污泥所占比例分别为66.10%和50.67%,基本处于传质作用最佳的区间.      

通风填埋层原位脱氮:回灌渗滤液和垃圾组成的影响

为研究不同的垃圾组成和回灌渗滤液性质对间歇通风填埋层原位脱氮的影响,在固定的间歇通风条件下,对新鲜垃圾填埋渗滤液自身回灌、分别以新鲜和部分稳定渗滤液回灌部分稳定垃圾填埋层的氮转化过程进行了模拟实验.结果表明:新鲜垃圾填埋渗滤液自身回灌的氮溶出率(82.4%)和总去除率(61.4%),高于新鲜和部分稳定渗滤液回灌部分稳定垃圾填埋层;而部分稳定渗滤液回灌部分稳定垃圾填埋层的氮总去除率(58.0%)和渗滤液氮净去除率(32.2%)又高于新鲜渗滤液回灌同样的部分稳定垃圾填埋层(氮总去除率38.2%和渗滤液氮净去除率21.3%).造成这些差异的主要原因是垃圾的生物可降解性,以及填埋层内氮负荷与通风供给的硝化可利用分子氧的比例不同.     

垃圾填埋场渗滤液短程生物脱氮的长期稳定性实验研究

以实际高氨氮垃圾渗滤液为研究对象,考察了单级UASB-SBR生化系统除有机物和脱氮特性,重点研究了常、低温条件下,该生化系统生物脱氮的长期稳定性.623 d的实验结果表明,基于UASB反应器内高效的反硝化和厌氧产甲烷联合去除机制,以及SBR反应器内几乎100%的硝化和反硝化,在进水COD浓度为1 000~13 800 mg·L-1条件下,最终出水COD浓度为150~1 234 mg·L-1,在进水NH+4-N浓度为574~2 360 mg·L-1条件下,最终出水NH+4-N小于10 mg·L-1,平均去除率分别在90%和98%以上,尤其是获得了99.2%的TN去除率,出水TN小于30 mg·L-1,实现垃圾渗滤液内有机物和氮的高效、深度去除.整个实验期间,SBR反应器实现并维持了稳定的生物硝化和反硝化,成功跨越2个冬季,15℃以下共计171 d,最低温度为10.2℃.     

内环境调节层对厌氧生物反应器填埋场中氮转化的影响

为探究内环境调节层对厌氧生物反应器填埋场内环境和氮组分的长效影响,特设矿化垃圾+重质碳酸钙、矿化垃圾+天然沸石这2种内环境调节层分别置入模拟反应器R2和R3中,同时设R1(不含内环境调节层)作为对照,监测分析390 d内固相垃圾和渗滤液中氮组分的变化.结果表明,R1、R2和R3中pH、碱度、氧化还原电位(Eh)、含水率(MS)的大小关系分别为pH(R2)pH(R3)pH(R1)、碱度(R2)碱度(R3)碱度(R1)、Eh(R2)Eh(R3)Eh(R1)、MS(R3)MS(R2)MS(R1).R1、R2和R3中垃圾全氮降解转化率为79.2%、82.3%和88.5%,氨氮为48.3%、60.1%和67.7%,硝态氮为38.5%、44.2%和53.4%;渗滤液中总氮、氨氮和硝态氮的浓度对比分别为TN(R3)TN(R2)TN(R1)、NH_4~+-N(R3)NH_4~+-N(R1)NH_4~+-N(R2)和NO_3~--N(R3)NO_3~--N(R2)NO_3~--N(R1).总体看来,矿化垃圾+重质碳酸钙、矿化垃圾+天然沸石组成的内环境调节层均能长期优化内环境,为氮的降解转化提供有利条件,而矿化垃圾+天然沸石不仅能促进垃圾和渗滤液中氮组分的降解转化,还能一定程度上控制渗滤液循环造成的氨氮累积.     

亚硝化颗粒污泥对温度变化的响应特性研究

采用序批式反应器(SBR),以实验室已经培养好的具有良好亚硝化积累的颗粒污泥(短程硝化积累率90%以上)为接种污泥,考察了温度变化对亚硝化颗粒污泥特性、稳定性、氮转换性能及活性的影响.结果表明,温度对亚硝化颗粒污泥的结构和短程硝化性能都有着重要的影响.在30℃时,亚硝化颗粒污泥具有良好的絮凝和沉降性,污泥结构紧密,亚硝化积累率维持在96.17%,污泥容积指数(SVI)为39 mL.g-1,平均粒径为3.03 mm.当温度降至25℃时,由于胞外多聚物(EPS)浓度升高,蛋白质与多糖比值的下降,导致亚硝化颗粒污泥的电负性升高,同时污泥表面的疏水性减弱,结构变得松散,亚硝化颗粒污泥发生了解体,亚硝化积累率在35%以下,短程硝化被破坏.在15℃时,虽然亚硝化颗粒污泥也发生了解体,并且解体现象加剧,但是由于颗粒污泥表面氧气传质深度的增大,使得反应器中氨氧化菌(AOB)的数量相对增大,出水亚硝化积累率最终稳定在68%左右.     

Nitrogen removal via nitrite from municipal landfill leachate

A system consisting of a two-stage up-flow anaerobic sludge blanket (UASB), an anoxic/aerobic (A/O) reactor and a sequencing batch reactor (SBR), was used to treat landfill leachate. During operation, denitrification and methanogenesis took place simultaneously in the first stage UASB, and the e uent chemical oxygen demand (COD) was further removed in the second stage UASB. Then the denitrification of nitrite and nitrate in the returned sludge by using the residual COD was accomplished in the A/O reactor, and ammonia was removed via nitrite in it. Last but not least, the residual ammonia was removed in SBR as well as nitrite and nitrate which were produced by nitrification. The results over 120 d (60 d for phase I and 60 d for phase II) were as follows: when the total nitrogen (TN) concentration of influent leachate was about 2500 mg/L and the ammonia nitrogen concentration was about 2000 mg/L, the shortcut nitrification with 85%–90% nitrite accumulation was achieved stably in the A/O reactor. The TN and ammonia nitrogen removal e ciencies of the system were 98% and 97%, respectively. The residual ammonia, nitrite and nitrate produced during nitrification in the A/O reactor could be washed out almost completely in SBR. The TN and ammonia nitrogen concentrations of final e uent were about 39 mg/L and 12 mg/L, respectively.     

好氧颗粒污泥亚硝化工艺的启动与运行特性研究

以具有硝化功能的活性污泥与厌氧产甲烷颗粒污泥的混合物接种小试曝气上流式污泥床反应器,采用自配无机氨氮废水为进水,在中温（30～35℃）条件下成功培养获得亚硝化颗粒污泥,亚硝化工艺的进水NH^＋₄-Ｎ负荷可达2 .5～3 .0 kg/(m^３·d),氨氮去除率和亚硝化率均可稳定在90%以上;进水中约100 mg/Ｌ的有机COD对亚硝化工艺的运行无明显影响;常温（约20℃）条件下亚硝化工艺也能高效稳定运行.     

游离氨对城市生活垃圾渗滤液短程硝化的影响

为了考察游离氨(free ammonia,FA)对高氮城市生活垃圾渗滤液短程硝化的影响,采用“两级UASB-缺氧-好氧系统”处理实际城市生活垃圾渗滤液.首先在UASB1中实现同时反硝化与产甲烷反应,COD在UASB2中进一步去除,在A/O反应器中利用残余COD进行反硝化以及将NH⁺₄-N彻底硝化.试验共进行79 d,经历3个阶段,即稳定短程硝化(40 d)、短程硝化破坏(19 d)、短程硝化恢复(20 d).结果表明,适当的游离氨浓度（40～70 mg·L^-1）可实现稳定的短程硝化,如在阶段1中亚硝态氮积累率为97%,氨氮的去除率为99%.但游离氨浓度在160 mg·L^-1左右会抑制全部的硝化反应.在阶段3中,通过稀释原水降低了游离氨浓度,在短时间内就恢复了短程硝化.可见,游离氨是实现和维持城市生活垃圾渗滤液短程硝化的重要影响因素.     

膜生物反应器短程硝化脱氮处理生活污水的研究

采用膜生物反应器处理模拟生活污水,研究了短程硝化生物脱氮的效果,试验结果表明:在中温(25～30℃),曝气量为0.15m3/h、pH值为7～8的条件下,COD去除率平均值为89.0%(最高达95.4%),出水氨氮在5.0mg/L以下(平均3.1mg/L),NO2-得到了富集,出水中基本监测不出NO3-,总氮去除率平均为86.2%(最高达94.0%),且系统对有机物与氮源的耐冲击负荷能力较好;曝气量和pH值是短硝化过程的重要影响因素。     

低溶解氧下SBR内短程硝化影响因素试验研究

为了明确低溶解氧下短程硝化的其它控制因素,文章采用序批式反应器(SBR)系统研究了低溶解氧下实现短程硝化影响因素的控制范围。试验结果表明:SBR内较高的游离氨浓度(0.50～20.73 mg/L)对亚硝酸的积累起到一定促进作用;实现低溶解氧下短程硝化的温度和泥龄范围较大,在温度为21～30℃、泥龄为15～40 d的范围内都可以实现稳定的短程硝化,实验过程中亚硝酸积累率一直维持在80%以上;有机物的存在对氨氧化速率影响不大,但高有机物浓度(COD为900 mg/L)下,SBR内发生了高粘性膨胀。     

耦合短程硝化反硝化的垃圾渗滤液厌氧氨氧化处理系统构建及微生物群落分析

本研究从某垃圾填埋场计划将现有的垃圾渗滤液短程硝化反硝化脱氮工艺改造为短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的实际需求入手,以短程硝化反硝化污泥作为接种污泥,在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)中完成厌氧氨氧化启动.探究反应器运行中的脱氮效能、氮容积负荷和氮去除负荷情况,并利用16S rRNA基因序列分析技术对长期运行条件下系统中微生物群落结构演替进行分析.结果表明,反应器经历了149 d后成功启动厌氧氨氧化,稳定运行后的进水总氮容积负荷达到4 000. 00 mg·(L·d)-1,总氮容积平均去除速率达到3 885. 76 mg·(L·d)-1,系统氨氮和亚硝酸盐氮的平均去除率均超过了95%.运行第250 d时,系统的生物多样性减少,门水平上厌氧氨氧化主要菌群Planctomycetes的丰度达到了54. 94%;属水平上Candidatus Kuenenia为主要菌属,其相对丰度达到了49. 66%.结果证明,在短程硝化反硝化基础上耦合厌氧氨氧化实现垃圾渗滤液深度处理的升级改造工艺具有可行性.     

处理实际生活污水短程硝化好氧颗粒污泥的快速培养

以普通序批反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)和气提式序批反应器(Sequencing Batch Airlift Reactor,SBAR)处理低COD/TN的实际生活污水,考察了不同沉淀时间以及反应器类型对快速培养短程硝化好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)的影响.试验结果表明,沉淀时间为15min时,SBR和SBAR系统中均为全程硝化,当将沉淀时间分别改为5min、8min后的第17d和第16d时,两个反应器中均形成AGS,并且AGS与絮状污泥共存;此时两系统均由全程硝化转化为短程硝化,出水NO2-/(NO2- NO3-)平均值分别长期维持在98.7%和85.6%左右.本试验中以沉淀时间作为选择压,快速启动了具有短程硝化功能的序批式AGS反应器.由于AGS固有结构对氧传质的限制,使亚硝酸氮氧化受阻即抑制了亚硝酸氮氧化细菌的活性,从而产生了亚硝酸氮积累现象.DO是造成本研究中出现短程硝化的主要原因,而pH值、游离氨、温度、污泥龄等因素都不是导致短程硝化的关键因素.污泥颗粒化后,两个系统中NH4 -N降解速率分别提高了2.6倍和2.4倍.     

常温下短程硝化实现及稳定性试验研究

以自配模拟氨氮废水为研究对象,在全程硝化污泥的基础上通过控制低曝气量和提高反应器进水pH值,在较低的DO质量浓度和较高pH值条件下完成了短程硝化污泥的驯化,系统中的NO2--N积累率稳定在95%以上;逐渐提高硝化阶段的曝气量、降低进水溶液的pH值,短程硝化过程没有被破坏;稳定的短程硝化系统改为定时控制,过度曝气6 d后,NO2--N的积累率仅剩43.7%,硝化类型由短程硝化转变为全程硝化。     

碳氮比对聚氨酯生物膜反应器短程硝化反硝化的影响

研究了聚氨酯生物膜反应器在短程硝化反硝化工艺中的应用,考察碳氮比(15∶1、10∶1、5∶1和1.8∶1)对聚氨酯脱氮系统脱氮性能和微生物群落结构的影响,以及微生物群落结构与其处理效果的对应关系.结果表明,经过100 d的运行,当进水碳氮比从15依次下降到10、5和1.8,亚硝酸氮累积率由56.1%逐次上升到62.3%、72.3%和83.2%.在进水碳氮比为10时,系统取得最佳处理效果,氨氮和总氮去除率分别为99.1%和91.0%.进水碳氮比在15、10、5和1.8时,硝化反应和反硝化反应均同时发生在聚氨酯生物膜系统内,随着进水碳氮比的降低,同时硝化反硝化效率逐渐降低.生物膜的功能微生物分析表明,在碳氮比15时,生物膜的微生物多样性要显著高于其他工况.生物膜上的优势亚硝酸菌和硝酸菌分别以亚硝化单胞菌(Nitrosospira sp.)和硝化螺旋菌(Nitrospira sp.)为主,而反硝化细菌则以假单胞菌(Pseudomonas sp.)占据优势.