温度对亚硝化及氧化亚氮释放的影响

采用批次实验的方法探讨了3种不同温度(15℃,25℃,35℃)对亚硝化及其过程中温室气体氧化亚氮释放情况。结果表明,温度对亚硝化过程及氧化亚氮的释放有显著影响。在15～35℃范围内,随着温度的升高,氨氧化率和亚硝化积累率逐渐升高,N2O释放量也逐渐增大,35℃可以作为适宜的亚硝化温度,平均氨氧化率为50.9%,亚硝化积累率为55.6%,NO2--N与NH4+-N出水浓度比为1.1,氨氧化率,亚硝化积累率和出水中亚硝氮与氨氮浓度比较合适,从而可以为厌氧氨氧化工艺提供合适的进水,但在此温度下平均N2O释放量相对较高,为1.494μg/g MLSS。     

连续流反应器污水硝化过程中的N_2O释放

污水生物脱氮硝化阶段是温室气体一氧化二氮（N2O）的重要释放源。采用连续流反应器在2种进水氨氮（NH4-N,低氮反应器60 mg/L和高氮反应器180 mg/L）浓度条件下驯化硝化菌,并研究了不同初始NH4-N浓度和不同初始亚硝酸盐（NO2-N）浓度条件下所驯化硝化菌释放N2O的特征。结果表明在反应器运行过程中2个反应器释放N2O较少,均小于去除NH4-N浓度的0.01%;N2O的释放均随着初始NH4-N浓度或初始NO2-N浓度的升高而增加;不同初始NH4-N浓度条件下,低氮反应器驯化硝化菌的N2O释放率在0.51%~1.40%之间,高氮反应器驯化硝化菌在0.29%~1.27%之间;不同初始NO2-N浓度条件下,低氮反应器驯化硝化菌的N2O释放率在1.38%~3.78%之间,高氮反应器驯化硝化菌在1.16-5.81%之间。     

连续流反应器污水硝化过程中的N2O释放

污水生物脱氮硝化阶段是温室气体一氧化二氮(N2O)的重要释放源。采用连续流反应器在2种进水氨氮(NH4-N,低氮反应器60 mg/L和高氮反应器180 mg/L)浓度条件下驯化硝化菌,并研究了不同初始NH4-N浓度和不同初始亚硝酸盐(NO2-N)浓度条件下所驯化硝化菌释放N2O的特征。结果表明在反应器运行过程中2个反应器释放N2O较少,均小于去除NH4-N浓度的0.01%;N2O的释放均随着初始NH4-N浓度或初始NO2-N浓度的升高而增加;不同初始NH4-N浓度条件下,低氮反应器驯化硝化菌的N2O释放率在0.51%~1.40%之间,高氮反应器驯化硝化菌在0.29%~1.27%之间;不同初始NO2-N浓度条件下,低氮反应器驯化硝化菌的N2O释放率在1.38%~3.78%之间,高氮反应器驯化硝化菌在1.16-5.81%之间。     

低DO与化学控制相结合的半亚硝化运行

针对厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX)的进水需求以及污水中氮素的存在形态,增强前置半亚硝化工艺的运行稳定性是十分有必要的。研究发现:在温度(30±1)℃、进水pH在8.0以上、DO在0.3 mg·L~(-1)左右、HRT=8 h的情况下;逐步增加进水氨氮(NH_4~+-N)与碳酸氢盐浓度,经过19 d成功启动亚硝化反应(以亚硝硝酸盐积累率达到50%为限);为了进一步提升亚硝酸盐积累率,间歇投加5 mmol·L~(-1)氯酸钾,后又改加联氨作为硝化反应的选择性抑制剂,经过大约90 d的反复调试运行,使得出水中NH_4~+-N与亚硝态氮(NO_2~--N)的摩尔比近似1∶1,基本符合厌氧氨氧化工艺进水需求。通过Miseq测序结果发现:氨氧化菌(AOB)在添加氯酸钾之后,已经成为绝对优势菌种,所占比例为54.99%;在添加联氨之后,AOB所占比例能够达到63.92%,其中包括Nitrosomonas sp和Nitrosomonas europaea这两种亚硝化菌;只有痕量亚硝酸盐氧化菌(NOB)的存在。     

不同曝气方式下SBR亚硝化的实现及NO2--N积累效果

研究不同曝气方式下亚硝化的实现以及基质浓度、曝气频率和温度对NO-2-N积累效果的影响。以实际污泥脱水液为研究对象,控制进水NH+4-N浓度在50~80 mg/L范围内,温度为27℃,pH值为7.8~8.2,DO浓度为0.5~1.0mg/L,分别采用连续曝气和间歇曝气2种方式启动SBR亚硝化反应器,并考察了在不同基质浓度、曝气频率和温度条件下NO-2-N累积情况。实验研究结果表明,经过40 d左右的运行,在2种不同曝气方式下SBR均成功实现了亚硝化,稳定运行阶段,NO-2-N积累率分别达到95%和85%。经SEM扫描电镜观察发现,在驯化成熟的活性污泥中,亚硝化细菌多呈球状和杆状,大小不同,外形饱满。当进水氨氮浓度小于200 mg/L,曝气频率为曝气15 min/停曝15 min,温度为27℃时,NO-2-N积累效果最佳,平均积累率可达90%以上。间歇曝气可以有效促进亚硝化细菌富集,有利于实现较高浓度的NO-2-N积累。基质浓度、曝气频率和温度对NO-2-N积累效果的影响显著。     

固定化氨氧化细菌短程硝化特性研究

以高分子聚合物为载体,采用固定化细胞增殖技术固定氨氧化细菌,研究温度、pH、碱度和溶解氧等因素对短程硝化过程的影响.实验结果表明,最适宜的温度、pH分别是30℃和8.5;当碱度/NH4 -N(质量比)=6.75时,亚硝化率为87.5%;溶解氧浓度影响氨氧化速率,但对亚硝化率影响不大,溶解氧的适宜质量浓度为403 mg/L.     

高氨废水自养半亚硝化过程N_2O释放特性

接种普通活性污泥,以人工配制高氨废水为基质。在SBR中通过逐步提高进水氨氮浓度并控制低溶解氧的方法,经过58 d连续运行使出水NO-2-N/NH+4-N维持在0.88~1.25,成功实现了半亚硝化的启动。通过对典型周期内氮素转化及N2O释放特性的考察表明:周期内DO浓度基本维持在0.4 mg/L以下,NH+4-N浓度由410.46 mg/L下降至257.26mg/L。NO-2-N浓度由162.90 mg/L升高至295.80 mg/L,NO-3-N浓度由27.01 mg/L逐渐升高至50.16 mg/L。p H先由7.94升高到8.01后缓慢降至7.96,溶解性N2O浓度基本维持在0.07 mg/L。初期(0~20 min)气态N2O浓度由0.13 mg/L迅速升至1.13 mg/L后急剧下降到0.34 mg/L,随后缓慢升至0.54 mg/L。初期N2O的平均释放速率高达0.84 mg/min,这主要是上周期沉淀阶段产生并附着在污泥中的N2O受曝气吹脱所致。     

UASB反应器中厌氧氨氧化菌的影响因素研究

在UASB反应器中接种实验室已经驯化好的厌氧氨氧化颗粒污泥，对其进行厌氧氨氧化菌活性提高和影响因素的实验研究。研究表明厌氧氨氧化菌对NH4＋-N和N02--N的适宜浓度负荷均为200mg／L，适宜水力停留时间HRT、温度、pH和进水基质比（N02--N／NH4＋-N）分别为2h、30～35℃、7．5～8．5和0．95～1．2，NH4＋-N、NO2--N和TN的平均去除率分别为97．1％、98．3％和92．7％。     

城市生活污水短程硝化系统的恢复与启动

为了实现主流的短程硝化反硝化和厌氧氨氧化,设计了基于pH-DO和阀ON-OFF间歇曝气的在线控制系统,搭建了中试级别的短程硝化SBR,在高DO条件下基于城市生活污水恢复种泥活性后,加入反硝化稳定短程,最后接入厌氧氨氧化滤池实现全过程自养脱氮。将脱氮率、NO-2-N积累率等作为考察指标,研究了系统的启动过程和稳定性。结果表明:控制SBR(sequencing batch reactor)中DO=2~2.5 mg·L~(-1)、HRT=8~10 h、SRT=4~5 d、T=25℃,启动恢复3个月后,系统能保持90%以上的NO-2-N积累率、NO-2-N/NH+4-N=0.96±0.18;短程硝化反硝化能达到50%左右的NH+4-N去除率,60%左右的TIN去除率;短程硝化接厌氧氧氨氧化能保证90%左右的NH+4-N去除率和TIN去除率,出水达一级A标准。由实验结果分析,系统在高DO条件下能恢复短程硝化污泥的活性,基于pH-DO和阀ON-OFF间歇曝气的在线控制系统稳定性高,能保证短程硝化系统的稳定运行;恢复活性后,后接厌氧氨氧化滤池能实现中试级别的全过程自养脱氮。     

双重抑制下亚硝化系统的启动及运行特性

采用连续进水(feed-batch)方式的SBR在高氨氮负荷(1 kg·(m~3·d)~(-1))和双重抑制下实现了亚硝化系统的启动及稳定运行。采用荧光原位杂交技术(FISH)对活性污泥中氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)种群及数量变化进行测定。结果表明在温度(35±1)℃,进水氨氮浓度为1000mg·L~(-1)的条件下对NOB的抑制由游离亚硝酸(FNA)和DO的双重抑制转变为游离氨(FA)和DO的双重抑制,污泥亚硝酸盐氧化速率由28.16mg·(g·h)(以MLVSS计)降到0.3 mg·(g·h)~(-1)(以MLVSS计)以下,成功实现了高氨氮废水的稳定亚硝化。反应器出水NO_2~--N平均浓度为466.45 mg·L~(-1),NO_2~--N/NH_4~+-N接近1,NO_3~--N浓度低于20 mg·L~(-1),満足厌氧氨氧化(ANAMM0X)的进水基质要求。FISH结果表明,富集培养阶段AOB、NOB的优势种属由亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)及硝化螺旋菌属(Nitrospira)转变为Nitrosomonas及硝化杆菌属(Nitrobacter),抑制过程中NOB逐渐被淘汰最终硝化菌以Nitrosomonas为主,从微生物学角度佐证了亚硝化的稳定运行。     

生物膜反应器中低氨氮浓度废水的亚硝化

在连续流生物膜反应器中通过控制DO、pH和HRT,对低氨氮浓度废水进行了亚硝化的实验研究。结果表明,在进水氨氮浓度为35～45 mg/L,温度为34℃的情况下,当DO=1.4～1.5 mg/L,pH=8.3,HRT=6 h时,氨氮的去除率与亚硝态氮的积累率均可达到80%左右,实现了较好的氨氮降解及稳定的亚硝态氮的积累。     

硝化颗粒污泥的快速培养及其硝化特性分析

以好氧颗粒污泥接种小试柱形SBR，采用自配无机氨氮废水为进水，在中温（28～30℃）条件下通过逐步提升进水NH4^＋-N浓度（100～650mg／L）和缩短水力停留时间（8～4h）快速培养硝化颗粒污泥。实验结果证实，以好氧颗粒污泥接种可以促使硝化颗粒污泥快速形成，36d时粒径〉0．21mm的颗粒污泥占总数的93％，颗粒污泥NH4-N比去除速率为50．53mgNH4^＋-N／（gSS·h）。硝化颗粒污泥具有良好的短程硝化性能，亚硝酸盐产生速率和累积率分别保持在3．3kgNO2-N／（m^3·d）和85％以上。反应初期高FA和反应末期高FNA的共同抑制是该研究中实现和维持稳定短程硝化的关键因素。     

短程硝化过程中NO-2-N高效富集的工艺条件实验研究

针对厌氧氨氧化工艺需要提供充足的亚硝酸盐氮为电子受体的问题，利用培养基对SBR中具有一定短程硝化功能的污泥进行富集培养，得到氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的数量之比为104︰1，并研究了工艺条件对短程硝化的影响，结果表明，适合氨氧化菌生长的最佳温度为30℃、pH为7.5、nHCO^-₃/nNH⁺₄-N值为1。以适合氨氧化菌生长的最佳环境条件优化SBR，在进水氨氮浓度为250 mg/L时，氨氮的转化率达到90％以上，亚硝酸盐氮积累率维持在85％以上，反应器中氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌的数量之比为10³∶1，亚硝酸盐的高效积累为厌氧氨氧化工艺处理高氨废水的过程提供了稳定的电子受体。     

低C/N比水产养殖废水生物脱氮实验研究

随着短程硝化-反硝化理论研究的发展,在低C/N比条件下,实现污水的生物脱氮处理已成为可能。为此,设计了水产养殖用水的三级生物膜短程硝化-反硝化处理工艺,并对该工艺在去除模拟水产养殖废水主要污染物的作用进行了初步研究。研究结果表明,在进水pH值7.5~8.5,温度为28~32℃,溶解氧为0.5~1 mg/L,游离氨浓度为5~10 mg/L的条件下,模拟废水的COD、NH4+-N和TN的平均去除率分别达到94.4%、91.6%和70.1%;并且低C/N比对出水氨氮NH4+-N的去除率影响不大,NO2--N的平均浓度控制在5.2 mg/L以下,低于鱼类的耐受浓度。表明该短程硝化-反硝化工艺设计,可用于低C/N比水产养殖废水主要污染物的生物处理,尤其是可消除NO2--N对水产养殖的潜在威胁,基本达到养鱼回用标准。     

Calculation of σz and H for an Observed Vertical Profile of Concentration

ABSTRACT

In the present work, nitrous oxide emissions were estimated [mg/L] by the use of lysimeters under the closed chamber technique for a six month period. The lysimeters were classified by the type of irrigation used: one for drinking water, and the other for treated wastewater. Each lysimeter had two different types of soil (sand and clay), based on the types of soil in Chihuahua City, Mexico. An additional classification based on the depth was done (reticular and vadose zone). Each zone collected gas by the use of a closed chamber technique, allowing the samples to be taken for subsequent quantification and analysis by gas chromatography. A statistical analysis of variance (ANOVA) and principal components analysis (PCA) were conducted to identify the most influential variables or parameters in the formation of nitrous oxide. The variables that were considered for analysis were total Kjeldahl nitrogen (TKN), ammoniacal nitrogen (NH3-N), nitrate nitrogen (NO3-N), and nitrite nitrogen (NO2-N), along with meteorological parameters. In total, 58944 mg/L of N2O were emitted during the measurement period. The results showed that concentration emissions of N2O where the type of soil is sandy were smaller than those of clay soil, while the mean concentration in the vadose zone was higher than those in the reticular zone, regardless the type of soil. The parameters that showed greater influence in the N2O emissions were NO2-N and NO3-N concentrations. Temperature also played an important role in the emissions (the highest emissions were emitted during the cold months). Furthermore, denitrification appeared to be the dominant process in the production of nitrous oxide in soils.

Implications: Nitrous oxide (N₂O) emissions produced in lysimeters with two types of soil (sand and clay) at two different depths (vadose and reticular zones) using treated waste water showed that the higher emissions of N₂O are derived from clay soils in vadose zone; it could be due to the formation of clogging that favors the formation of anoxic conditions for the denitrification process. The parameters that showed more influence in the N₂O emissions were nitrite (NO₂-N) and nitrate (NO₃-N) concentrations along with the temperature.     

Mechanisms of nitrite accumulation occurring in soilnitrification

Because low concentration of nitrite could be toxic to biological systems and high amounts of nitrite have been observed in a river of northern China since 1990, nitrite from agricultural soil sources should be investigated. In this paper, effects of levels of ammonium-N (NH4+-N), soil pH and nitrification inhibitors on NO2- accumulation, and duration of nitrite in soils were studied. Application of 11.2 mg of nitrapyrin kg(-1) soil or 11.2 mg of sodium azide kg(-1) soil dramatically suppressed nitrite occurrence. Within all incubation times and at all levels of ammonium-N input, we did not detect any measurable NO2-N accumulation in samples of Yellow-brown earth (pH 5.67), but observed huge accumulation in the 2 alkaline soils, Fluvo-aquic loam (pH 7.89) and Fluvo-aquic sand (pH 8.20). The concentrations of nitrite in both alkaline soils were related to ammonium-N levels. The effect of pH on nitrite accumulation was demonstrated by using slurries of Fluvo-aquic sand under continuous aeration and buffers of different pH. Data showed that nitrite concentration increased with the elevated pH, yet that ammonia oxidizers from the original soil (pH 8.2) could adapt to the new medium of low pH (pH 5.35). Dynamic changes of nitrite in soils amended with different rates of nitrite-N were also measured in 6 days. Thereby, we concluded that nitrite was unstable in acid soils, but durable in alkaline soils. The authors suggested that NO2- accumulation in field soils and its subsequent environmental impact should receive more attention.     

实时荧光定量PCR对A2/O短程硝化系统内氨氧化菌的定量分析

通过控制好氧区低DO浓度以及缩短好氧实际水力停留时间(actual hydraulic retention time,AHRT),在处理低C/N比实际生活污水的A2/O工艺中,成功启动并维持了短程硝化反硝化;系统亚硝酸盐积累率稳定维持在90%左右,氨氮去除率在95%以上。通过提取富集氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)的基因组DNA,经两次常规PCR扩增和琼脂糖凝胶电泳,以纯化回收的DNA扩增片段作为实时荧光定量PCR检测AOB数量的DNA标准品,建立了检测AOB数量的实时荧光定量PCR标准曲线。利用实时荧光定量PCR技术比较了A2/O系统在不同运行条件及亚硝酸盐积累率情况下AOB菌群数量。结果表明,随着系统亚硝酸盐积累率的上升,系统内AOB菌群数量也大幅上升。全程硝化和短程硝化时,系统内的AOB菌群数量分别为5.28×109cells/g MLVSS和3.95×1010cells/g MLVSS。此外,亚硝酸盐积累率的下降相对于AOB菌群数量的下降有一定的滞后性。     

有机负荷对膜-生物反应器硝化性能的影响

采用厌氧动态膜-生物反应器(AnDMBR)组合自养膜-生物反应器(MBR)工艺,研究冬季低温条件下系统的硝化效果以及TP的去除效果,并与单级MBR工艺进行对比。结果表明:(1)AnDMBR对COD的去除率基本保持在50%～60%,AnDMBR组合自养MBR工艺对COD的去除率为80%～85%;单级MBR工艺对COD的去除率为80%左右。(2)总体上,AnDMBR组合自养MBR工艺对NH4+-N的去除率大于95%;单级MBR对NH4+-N的去除效果比AnDMBR组合自养MBR工艺差。(3)AnDMBR组合自养MBR工艺中,出水NO2--N与NO3--N均有积累;单级MBR工艺中,出水NO2--N积累不明显。(4)相对于亚硝酸盐氧化菌(NOB),氨氧化菌(AOB)对有机负荷更敏感,当有机负荷高时,AOB更易受到异养菌活动的抑制;当有机负荷降低、异养菌活性减弱时,AOB活性明显增强,系统的硝化效果得到明显改善。(5)AnDMBR组合自养MBR工艺对TP的去除率高于80%,单级MBR工艺稳定后对TP的去除率仅为20%～30%。(6)从呼吸速率和硝化速率可知,自养MBR的硝化效果优于单级MBR。