三级串联式BCO反应器比耗氧速率及菌群结构分析

以厌氧/缺氧/好氧和生物接触氧化反应器(AAO-BCO)组成的双污泥系统为研究对象,研究了三级串联式生物接触氧化反应器(N1、N2、N3)中有机物浓度对比耗氧速率(SOUR)的影响,同时对比了各级处理单元的硝化特性。实验结果表明,N1、N2、N3分别在有机物浓度低于40、60和40 mg·L~(-1)时,比耗氧速率随有机物浓度的升高而升高。根据比耗氧速率粗略估计了氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌在各级中的百分比,其中氨氧化细菌的百分比分别为43.47%、54.94%和63.83%,而亚硝酸盐氧化菌的百分比分别为11.65%、21.87%和18.23%。由比耗氧速率计算得到氨氮比氧化速率和亚硝酸盐氮比氧化速率,其最高值分别为实际污水处理厂的1.9倍和1.2倍,生物接触氧化反应器中氨氧化细菌、亚硝酸盐氧化菌菌群更密集,硝化性能更优,且存在明显的亚硝酸盐累积现象(亚硝酸盐浓度为1.52～3.65 mg·L~(-1),亚硝态氮积累率最高可达25%)。     

厌氧氨氧化菌接种污泥的选择培养过程研究

厌氧氨氧化菌的2种不同接种污泥培养实验表明,厌氧消化污泥和好氧硝化污泥均可成功启动厌氧氨氧化过程.接种厌氧消化污泥比好氧硝化污泥培养的厌氧氨氧化菌启动快,但后者去除效果较好.接种好氧硝化污泥的反应器的厌氧氨氧化速率随着氨氮基质进水浓度的增加呈线性增加.进水氨氮浓度为280 mg/L时的氨氮平均去除率达91%;而接种厌氧消化污泥的相应氨氮平均去除率仅为52%.厌氧氨氧化过程以接种好氧硝化污泥来启动为宜.     

不同DO下亚硝态氮氧化菌硝化系统N 2O减量化研究

采用序批式活性污泥反应器(SBR),在富集亚硝态氮氧化菌(NOB)的基础上,考察了DO对连续进水模式下硝化过程中N_2O减量化的影响。结果表明,在污泥氨氧化菌(AOB)和NOB的比耗氧速率(SOUR)分别为(2.36±0.31)、(7.62±0.43)mg/(L·h)条件下,不外加碳源进行小试实验,氨氮均小于1.0mg/L,亚硝态氮均小于0.5mg/L。DO由0.2mg/L增至3.0mg/L过程中,随着DO增加,积累的硝态氮浓度逐渐上升,而累计产生的N_2O浓度先上升后下降。DO为0.2mg/L时,积累的硝态氮和累计产生的N_2O浓度最低,可以实现N_2O的最大减量化。在进水连续投加氨氮的方式下,氨氮氧化速率不是引起N_2O生成的关键步骤,碳源缺乏的情况下NOB硝化系统中低DO可以有效控制N_2O的释放。     

好氧颗粒污泥处理高浓度氨氮废水的研究

在不同接种源污泥颗粒化过程中污泥理化性状对比研究的基础上,采用成熟好氧颗粒污泥处理高浓度氨氮废水,对其脱氮行为以及不同C/N条件下好氧颗粒污泥微生物的比耗氧速率、好氧颗粒污泥对氨氮的比降解速率随时间的变化等进行了研究.实验结果表明,在进水氨氮质量浓度较高(480 mg/L)、温度30℃左右的条件下,稳定运行15 d,氨氮的去除率维持在85%左右;进水氨氮的浓度越高,随着微生物对环境的逐渐适应,硝化菌的活性也逐步增加;随着进水氨氮浓度的提高,好氧颗粒污泥对氨氮的比降解速率也逐渐上升.     

好氧氨氧化菌混培物的氨氧化动力学研究

采用批式呼吸法求得好氧氨氧化菌产率系数为0.2119 mg COD/mg NH4 -NOD(或者0.7268 mg COD/mg NH4 -N)和氨氧化菌最大氨氮降解速率为0.1 mg NOD/(mg COD·h)(或者0.0292 mg N/(mg COD·h)).用间歇式批试验法,加入24 μmol/L NaN3抑制NO2--N氧化,建立氨氧化反应动力学方程,得到氨氮半饱和系数为18.38 mg NOD/L(或者5.36 mg NH4 -N/L),DO半饱和系数为0.494 mg/L.对比参数值表明,用一步硝化动力学来描述氨氧化反应动力学模型是错误的.     

硫脲对硝化反应的抑制

利用富集培养的硝化污泥,在间歇式反应器中通过测定氨氮降解速率和溶解氧消耗速率,研究了硫脲对硝化过程的抑制特性及动力学方程。结果表明,硫脲对硝化反应抑制现象明显,0.05 mg·L~(-1)硫脲即可使相同时间内的氨氮降解率降低12%,氨氮最大降解速率降低21%。硫脲对硝化菌的抑制类型为非竞争性抑制,抑制常数KI和EC50值相等,均为0.14 mg·L~(-1),并且硫脲主要对硝化过程中的亚硝化过程造成抑制。     

底泥污染物释放动力学研究

采用模拟试验方式和新型微生物数量测定方法 ,研究了沼泽化湖泊底泥和受污染河流底泥在不同扰动状态下 ,底泥耗氧速率、氮和磷污染物释放动力学过程。结果表明 :( 1)底泥耗氧速率是同样条件下上覆水耗氧速率的 48倍 ,而在扰动状态下 ,底泥耗氧速率达到上覆水耗氧速率的 5 96— 93 6倍 ,扰动底泥显著增大其耗氧速率 ,底泥污染越严重 ,其耗氧速率越大 ,对水体产生的影响也越大。 ( 2 )扰动底泥可以显著增大底泥的氮磷释放速率 ,氮的释放受有机氮的氨化、氨氮的硝化、硝酸盐氮的反硝化以及氨氮被微生物吸收转化为有机氮等的影响 ;磷的释放过程受厌氧过程和底泥颗粒吸附的影响 ,耗氧速率高的底泥具有更大的氮磷释放潜力。 ( 3 )微生物数量在底泥污染物释放动力学中起着关键性作用 ,新型方法可以快速检测微生物总量。试验结果对于水环境的管理、受污染水体的修复 ,以及底泥的处理处置等都具有重要的指导意义     

不同pH条件下短程硝化序批实验和数学模拟

为考察pH值对短程硝化过程动力学的影响,采用SBR工艺,以人工模拟氨氮废水为研究对象,进行了不同pH条件下的硝化批次实验,对氨氮降解过程进行动力学分析。在Monod方程的基础上,分析pH值对氨氧化菌(AOB)和亚硝酸氧化菌(NOB)生长速率的影响,分别建立了AOB和NOB的生长数学模型。利用MATLAB软件,将模型与硝化阶段实测数据进行拟合,取得良好的模拟效果。在此基础上通过模型预测得到泥龄(SRT)为6 d,溶解氧为1.5 mg O2/L,pH值在7.3~8范围内有利于实现短程硝化。     

生物膜与A/O工艺耦合快速降解氨氮

应用由城市污水处理厂序批式间歇反应器(SBR)中筛选得到的4株特殊氨氧化菌,分别在SBR和有回流的生物膜与A/O工艺耦合体系培养中,考察其降解低碳高氨氮废水的功能.结果表明,自养硝化与异养氨氧化菌的混合菌群较单一自养硝化菌株降解氨氮速率快;在生物膜与A/O工艺耦合系统中,自养硝化与异养氨氧化菌协同代谢加速氨氮氧化脱除,氨氮脱除速率远比SBR系统快.对生物膜与A/O工艺耦合系统中氨氮脱除动力学进行了研究,模拟了NH4 、NO2-质量浓度与氨氮脱除比速率之间的关系,模型得到了较好的验证.     

底泥污染物释放动力学研究

采用模拟试验方式和新型微生物数量测定方法，研究了沼泽化湖泊底泥和受污染河流底泥在不同扰动状态下，底泥耗氧速率、氮和磷污染物释放动力学过程。结果表明：（1）底泥耗氧速率是同样条件下上覆水耗氧速率的48倍，而在扰动状态下，底泥氧速率达到上覆水耗氧速率的596－936倍，扰动底泥显著增大其耗氧速率，底泥污染越严重，其耗氧速率越大，对水体产生的影响也越大。（2）扰动底泥可以显著增大底泥的氮磷释放速率，氮的释放受到机氮的氨化、氨氮的硝化、硝酸盐氮的反硝化以及氨氮被微生物吸收转化为有机氮等的影响；磷的释放过程受厌氧过程和底泥颗粒吸附的影响，耗氧速率高的底泥具有更大的氨磷释放潜力。（3）微生物数量在底泥污染物释放动力学中起着关键性作用，亲型方法可以快速检测微生物总量。试验结果对于水环境的管理、受污染水体的修复，以及底泥的处理处置等都具有重要的指导意义。     

Kinetics of ammonium removal with suspended and immobilized nitrifying bacteria in different reactor systems

The degradation of ammonium by free and immobilized bacteria in different reactor systems was investigated. It was found that the start-up of a nitrifying system is enhanced if a reservoir of immobilized bacteria is present. It was also found that in a single stage system with suspended nitrifying bacteria a stable ammonium removal > 95 % could be established up to an influent ammonium concentration of 1000 mg/1 and a volumetric loading rate (VLR) of 2.3 kg NH₄⁺ m⁻³ d⁻¹. The oxygen uptake rate (OUR) due to nitrification processes was greatly enhanced with increasing volumetric loading rates. Using nitrifying bacteria immobilized on Siran material it was demonstrated that the ammonium degradation rate was directly proportional to the initial ammonium concentration.     

流态对活性污泥硝化性能及菌群结构的影响

生化反应器流态会影响基质分布,从而影响反应器内微生物的性能与菌群结构。在相同氮负荷下运行SBR和CSTR以对比分析2种典型流态(推流式和完全混合式)对活性污泥中硝化菌性能及其菌群结构的影响。结果表明,SBR中,氨氧化速率(AUR)和亚硝酸盐氧化速率(NUR)分别为(16.55±2.05)mg N/(L·g VSS·h)和(15.33±2.02)mg N/(L·g VSS·h),CSTR中AUR和NUR分别为(10.13±0.73)mg N/(L·g VSS·h)和(9.34±2.56)mg N/(L·g VSS·h);SBR中,氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)含量分别为(3.4±0.3)%和(5.4±1.2)%,优势菌分别为Nitrosomonas europaea-Nitrosococcus mobilis lineage和Nitrobacter,CSTR中,AOB和NOB含量分别(3.1±0.4)%和(6.8±1.1)%,优势菌分别为Nitrosospira和Nitrospira。虽然2个流态下的硝化菌含量接近,但推流式的硝化速率比完全混合式高64%,这是因为推流式更有利于反应速率较快的r-strategist(Nitrosomonas europaea-Nitrosococcus mobilis lineage和Nitrobacter)生存,而完全混合式则更利于反应速率较慢K-strategist(Nitrosospira和Nitrospira)生存。     

进水碳氮分离对曝气生物滤池的影响

BAF具有良好的硝化能力.以BAF取代A2N工艺中的接触氧化,在BAF进水前发生有机物和氨氮的分离(碳氮分离),实验研究了碳氮分离对BAF运行特性的影响.结果表明,碳氮分离使硝化段延长1.0 m左右,平均提高NH4-N去除量6 mg/L左右;碳氮分离可将BAF柱反冲洗周期延长至7～8d,降低反冲洗用水用气量1/3左右,反冲后30min内即可迅速恢复硝化能力;碳氮分离使BAF柱内硝化菌占据优势,进水端0.3m处,硝化菌比例达到70％,而无碳氮分离情况下,硝化菌比例仅20％.     

Influence of operating conditions on nitrous oxide formation during nitritation and nitrification

Nitrous oxide (N₂O), a strong greenhouse gas, can be produced by ammonium-oxidizing bacteria (AOB) as a by-product of ammonium oxidation and can potentially be formed in all types of nitrification processes. However, partial nitritation has been reported to cause significantly higher N₂O emissions than complete nitrification. In the study presented here, the mechanisms and factors that drive N₂O formation by AOB were investigated with respect to different operational strategies to achieve nitrite accumulation base on combined evaluation of oxygen uptake rate (OUR) and N₂O formation rate. On the one hand, N₂O formation during partial nitritation and nitrification in a continuously stirred tank reactor (CSTR) with continuous aerobic conditions was observed. On the other hand, the effect of intermittent aeration on N₂O formation during nitrification was investigated. The presence of nitrite, the extend of sludge-specific ammonium loading, low oxygen concentration, and transition from aerobic to anoxic conditions significantly increased N₂O formation in this reactor independently from each other, indicating that different formation pathways, supposedly via nitrite or hydroxylamine, were active.     

苯酚及其衍生物对氨氮生物硝化的抑制研究

利用富集培养的硝化污泥研究了苯酚及其衍生物2,4-二氯苯酚、对氨基酚、邻甲基酚和对硝基酚对氨氮生物硝化过程的抑制特性。结果表明，上述5种酚类化合物对硝化细菌的抑制类型均为非竞争性抑制，抑制常数K_I和EC₅₀值相等，分别为2.61、1.92、8.50、1.18和6.65 mg/L。上述5种酚类化合物对硝化细菌的抑制程度由大到小的顺序为：邻甲基酚>2,4-二氯苯酚>苯酚>对硝基酚>对氨基酚。酚类化合物对硝化细菌的抑制是可逆的，通过简单的抑制剂稀释或洗涤可以使硝化细菌恢复活性。在保证出水水质的前提下，抑制剂存在时硝化工艺的泥龄被迫延长，且抑制程度越大，泥龄延长的程度越大。当系统受到有毒物质冲击时，和调控泥龄相比，调节工艺的进水流量或改变容积负荷是缓冲冲击的更简捷、快速和有效的途径。     

基于SIMULINK的硝化反应动力学模型的仿真

利用MATLAB/SIMULINK对序批式生物膜反应器内的氨氧化细菌与亚硝酸盐氧化菌的生化反应进行仿真预测。模型的验证结果表明,适当的选择模型中的溶解氧浓度、碱度以及温度3种参数,SIMULINK仿真动力学模型能够比较准确地对氨氧化细菌与亚硝酸氧化细菌处理生活污水的过程进行仿真和预测.NH4+-N、NO2--N和NO3--N 3种基质仿真值的绝对平均误差最大为15.88,最小为1.13;NH4+-N、NO2--N和NO3--N的Nash.Suttcliffe模拟效率系数分别为99.36%、98.64%和99.25%;此外,还对SIMULINK仿真动力学模型中的溶解氧浓度、碱度以及温度进行了灵敏度分析,结果表明,温度的灵敏度最大、溶解氧次之、碱度灵敏度相对最小。     

生物活性炭填料反应器处理含盐水体的硝化性能

以颗粒活性炭为填料,采用盐度梯度两步驯化法构建含盐水体生物滤器硝化功能,研究了生物滤器稳定后水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)、进水氨氮负荷和CODMn/N等对反应器硝化性能的影响。结果表明,25～27℃,盐度30的含盐水体生物滤器硝化功能构建需73 d,其中淡水生物滤器硝化功能构建需28 d,淡水驯化为盐度15的生物滤器需19 d,盐度15驯化为盐度30的生物滤器需26 d;实验条件下生物活性炭填料反应器中生物量达到146～742.1 nmolP/g-BAC;调节进水氨氮浓度2 mg/L左右时,最佳HRT为1 h,氨氮去除率达到84.98%,相应的氨氧化菌和硝酸菌氧吸收速率(oxygen uptake rate,OUR)分别为2.091和1.948 mg O2/(g-BAC.h);HRT为1 h时,随着进水氨氮负荷的加大,氨氮去除率逐渐降低,当进水氨氮负荷由0.12增加到0.48 g-N/(kg-BAC.d)时,氨氮去除率由84.98%降低到41.68%,同时氨氧化菌OUR由2.091降低到0.625 mg O2/(g-BAC.h);随着CODMn/N的升高,氨氮去除率下降,CODMn/N从1～8时,氨氮去除率由84.98%降低到53.64%,CODMn去除率却逐渐增加,由40.86%增加到93.59%,异养菌OUR随着CODMn/N升高呈上升趋势,最大达到0.914 mg O2/(g-BAC.h)。     

Unraveling the source of nitric oxide emission during nitrification.

Nitric oxide production was measured during nitrification in a laboratory-scale bioreactor, operated at conditions relevant to municipal nitrifying wastewater treatment plants. This study aims to determine which type of microorganism and which metabolic pathway is responsible for nitric oxide emission during nitrification. Simulation studies were used to identify which pathway is the main source of nitric oxide emission, based on the following three hypothetical pathways for nitric oxide emission: (a) nitrification, (b) denitrification by ammonia-oxidizing bacteria with ammonium as electron donor, and (c) heterotrophic denitrification. The results of the study suggest that, in a nitrifying reactor treating wastewater containing solely ammonium and nutrients, denitrification by ammonia-oxidizing bacteria is the main nitric-oxide-producing pathway. During the experiments, 0.025% of the treated ammonium is emitted as nitric oxide, independent of the aeration rate imposed. Nitrite presence and oxygen limitation were found to increase the nitric oxide emission.     

Efficient model calibration method based on phase experiments for anaerobic–anoxic/nitrifying (A2N) two-sludge process

A systematic calibration and validation procedure for the complex mechanistic modeling of anaerobic–anoxic/nitrifying (A2N) two-sludge system is needed. An efficient method based on phase experiments, sensitivity analysis, and genetic algorithm is proposed here for model calibration. Phase experiments (anaerobic phosphorus release, aerobic nitrification, and anoxic denitrifying phosphate accumulation) in an A2N sequencing batch reactor (SBR) were performed to reflect the process conditions accurately and improve the model calibration efficiency. The calibrated model was further validated using 30 batch experiments and 3-month dynamic continuous flow (CF) experiments for A2N-SBR and CF-A2N process, respectively. Several statistical criteria were conducted to evaluate the accuracy of model predications, including the average relative deviation (ARD), mean absolute error (MAE), root mean square error (RMSE), and Janus coefficient. Visual comparisons and statistical analyses indicated that the calibrated model could provide accurate predictions for the effluent chemical oxygen demand (COD), ammonia nitrogen (NH₄ ⁺-N), total nitrogen (TN), and total phosphorus (TP), with only one iteration.

     

不同污泥源厌氧氨氧化污泥的比较

采用厌氧序批式反应器,以好氧硝化污泥和厌氧颗粒污泥为污泥源,通过对氨氮、亚硝酸盐氮、pH等指标的监测和数据分析、污泥颜色变化和菌落电镜照片的观察,研究2种不同污泥源厌氧氨氧化污泥的差异.结果表明,不同污泥源厌氧氨氧化污泥的颜色不同,污泥中具有厌氧氨氧化作用的优势菌不同;由厌氧颗粒污泥为污泥源培养出的厌氧氨氧化污泥具有较高的厌氧氨氧化活性.