亚硝酸盐对厌氧产甲烷反硝化反应的抑制机理

为了研究亚硝酸盐作为反硝化底物时的厌氧同时产甲烷反硝化的反应机理,拓展厌氧同时脱碳脱氮理论在高氮有机废水中的实际应用,文章采用批式实验方法,对比研究亚硝酸盐对厌氧颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能的影响。结果表明,亚硝酸盐浓度对厌氧颗粒污泥的活性有影响,在适宜的浓度条件下,随着亚硝酸盐的降解,颗粒污泥的活性会逐渐恢复,当亚硝酸盐浓度达到一定的抑制阙值时,例如试验条件下的400和600 mg/L,其对颗粒污泥的活性抑制是不可逆的;亚硝酸盐浓度对其本身参与的反硝化反应也有影响,但影响不大;亚硝酸盐浓度从20 mg/L增加到600 mg/L,其降解速率由22.26 mg/(h·g)增加至44.07 mg/(h·g)。在产甲烷活性恢复试验中,当反应样中的亚硝酸盐浓度分别为100、200、400、600 mg/L时,厌氧颗粒污泥的产甲烷活性比之前分别降低了4%、10%、100%、100%。     

同步脱氮除磷颗粒污泥硝化反硝化特性试验研究

在厌氧/好氧交替运行的SBR反应器中,以成熟的脱氮除磷颗粒污泥为研究对象,对其硝化及反硝化特性进行研究.结果表明,静态试验中颗粒污泥的最大硝化速率为14.13 mg·(g·h)-1,最大反硝化速率为34.89 mg·(g·h)-1,最大缺氧吸磷反硝化速率为13.11 mg·(g·h)-1,污泥具有较好的硝化、反硝化性能;反应器中污泥最大硝化速率为4.60 mg·(g·h)-1,最大反硝化速率为1.43 mg·(g·h)-1;通过N的物料平衡得到,同步硝化反硝化反应去除N约为232.5 mg·d-1,占N去除总量的54.3%;另外,颗粒污泥对P和N的去除率分别在95%和90%左右,反应器具有较好的同步脱氮除磷效果.     

SBR中生物除磷颗粒污泥的反硝化聚磷研究

反硝化聚磷菌(DNPAOs)可利用厌氧储存的聚.3.羟基丁酸(PHB)以硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体进行过量吸磷和反硝化,从而达到在低碳源下脱氮除磷的双重目的.本试验在SBR反应器中,采用厌氧,缺氧/好氧(A/A/O)交替运行的方式.将富集聚磷菌(PAOs)的颗粒污泥成功地诱导为具有反硝化聚磷能力的颗粒污泥.诱导结束后P的去除率在90%以上,NOx-N的去除率在93%以上,厌氧段释磷量在25-33 mg/L,缺氧段每去除lg NOx-N吸收P约1.3 g;典型周期运行结果显示,厌氧段最大比释磷速率(SRPR)为18.39 mg/(g.h),缺氧段最大比吸磷速率(SUPR)为23.72 mg/(g·h),最大比反硝化速率(SDNR)为18.19mg/(g·h),好氧段最大SUPR为17.15 me,/(g·h):颗粒污泥中DNPAOs的数量由诱导前的14.9%增加到80.7%.与除磷颗粒污泥相比.反硝化聚磷颗粒污泥沉速提高0.16-0.7倍,比重提高0.003 1.     

溶解氧对单级颗粒污泥自养脱氮系统影响的模拟

为了研究溶解氧对SBR单级颗粒污泥自养脱氮系统的影响,基于活性污泥ASM3模型和短程硝化-硝化-反硝化模型,将颗粒污泥传质过程与氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AAOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、反硝化菌（DNF）的生长过程、好氧内源呼吸及缺氧内源呼吸过程等耦合,建立了单级自养脱氮颗粒污泥动力学模型,并对颗粒内部基质浓度分布进行预测.结果显示,当DO为0.4mg/L时,好氧区和缺氧区（厌氧区）的比例为0.4：1;当DO为0.6mg/L时,颗粒污泥好氧区与缺氧区（厌氧区）的比例为3：1.同时,根据基质反应速率方程,建立了颗粒污泥的单级自养脱氮系统动力学模型,对SBR系统运行效果进行预测,结果显示,DO为0.6mg/L时,氨氮反应完全,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在5mg/L以下,总氮去除率模拟值为89%左右,略低于实际测量脱氮率95%.     

同时产甲烷化反硝化系统中丙酸转化能力的研究

厌氧丙酸积累造成的酸败问题一直是制约厌氧反应器稳定运行的重要因素之一。通过建立同时产甲烷反硝化功能的厌氧反应系统,来研究该系统对丙酸转化的能力。试验结果表明:在同时产甲烷化反硝化功能的厌氧反应器中加入10 mmol/L丙酸,该系统能够继续保持稳定运行,COD去除率可达95.5%左右,丙酸去除率达96%以上;而加入丙酸的对照组中,出水COD去除率下降到10%以下,对于丙酸几乎没有任何降解。同时,在实际的UASB厌氧"酸败"反应器中,以ρ(COD)/ρ(NO3-N)=12.5∶1投加硝酸盐能较快降低水中VFA的浓度,使反应器得到快速恢复。     

SUFR系统中活性污泥特性及反硝化除磷稳定性

通过试验考察了螺旋升流式反应器（SUFR）系统中活性污泥的特性及ρ（COD_Cr）和污泥龄（SRT）对反硝化除磷稳定性的影响. 结果表明:SUFR系统的活性污泥指数（SVI）介于50 ～150 mL/g;污泥活性均在0.75以上;污泥颗粒直径多在0.7～0.9 mm,属于小颗粒污泥;污泥沉降性能良好. 污泥的比硝化速率（SNR）约为1.95 mg/（g·h）,前0.5 h的比厌氧释磷速率（SPRR_0.5）为26.82 mg/（g·h）,比好氧吸磷速率（ASPUR）为6.04 mg/（g·h）,比缺氧吸磷速率（NSPUR）为4.27 mg/（g·h）,污泥产率系数约为0.60,对氮磷均有较好的去除能力. SUFR系统反硝化吸磷作用对ρ（COD_Cr）和SRT都有一定的抗冲击能力,系统除磷效果对进水ρ（COD_Cr）的耐冲击负荷能力较高,但长期在较低SRT下运行会使系统内活性污泥量急剧降低,导致处理效果下降.      

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.     

垃圾渗滤液在厌氧复合床反应器中反硝化-产甲烷的小试研究

本试验是在厌氧复合床反应器中进行垃圾渗滤液的反硝化-产甲烷的小试研究。试验结果显示,处理有机物浓度较高的垃圾渗滤液时,反硝化-产甲烷能够在厌氧复合床反应器中实现同步进行。厌氧复合床反应器对垃圾渗滤液的COD去除率可达85%,对人工模拟回流的NO3--N去除率可达到99%。在反硝化-产甲烷耦合的同一反应器中,反硝化对COD的消耗去除起主要作用.随着进水COD浓度的升高,产甲烷量增大。当进水ρ(COD)/ρ(NO3--N)>10时,下部的污泥床几乎承担了全部反硝化任务,NO3--N去除率接近反应器总去除率。     

一体式厌氧氨氧化工艺处理高氨氮污泥消化液的启动

利用新型固定生物膜一活性污泥反应器处理实际污泥消化液,通过接种短程硝化污泥和厌氧氨氧化生物膜填料,逐渐提高进水氨氮浓度并控制溶解氧浓度在0.11~0.42mg/L,系统在65d内实现了短程硝化-厌氧氨氧化反应的启动.反应器系统稳定运行阶段具有良好的污染物去除效果,进水COD和氨氮浓度为921和1120.8mg/L,COD、氨氮和总氮去除率分别为66.8%,99.0%和94.4%,总氮去除负荷为0.27kgN/(m3·d).试验表明采取逐步提高进水中消化液比例的策略,有利于一体式厌氧氨氧化工艺的快速启动.进一步分析发现系统同时存在厌氧氨氧化和反硝化的脱氮途径,对总氮去除的贡献率分别为67.4%~91.1%和8.9%~32.6%.     

单质硫颗粒尺寸及反应器类型对硫自养反硝化反应器启动的影响

室温下(19~24℃),采用硫自养反硝化生物膜反应器和厌氧污泥反应器,接种厌氧活性污泥,研究了反应器类型和单质硫尺寸对硫自养反硝化反应器启动的影响.结果表明,生物膜反应器经过65 d运行后获得稳定的脱氮效能,在进水NO~-_3-N浓度为150 mg·L~(-1),HRT为3.3 h,NO~-_3-N去除率为91%,TN去除率为77%,TN去除速率为0.67~0.83 kg·(m3·d)~(-1).对于厌氧污泥反应器,随着进水NO~-_3-N负荷的提高,污泥产气量的增加导致了污泥上浮.在进水NO~-_3-N浓度为185 mg·L~(-1),HRT为3.3 h的条件下,获得最大去除速率1.1 kg·(m3·d)~(-1),但是出水NO~-_3-N浓度的增加导致出水水质恶化,且污泥上浮严重影响了反应器的稳定运行.分别采用0.8 mm、3.0 mm的单质硫颗粒作为反应器启动的电子供体,于批试反应器中进行试验.试验结果表明,采用0.8 mm的单质硫颗粒能够获得较高的NO~-_3-N、TN去除率,出水NO~-_2-N浓度也明显低于采用3.0 mm的单质硫颗粒作为电子供体的反应器.     

全程自养颗粒污泥快速启动及混合营养型脱氮性能分析

在连续流条件下,基于颗粒污泥全程自养脱氮（CANON）工艺的快速启动和混合营养条件下高效脱氮,是CANON工程应用的重要环节.本研究在气提内循环反应器（AIR）中,以老化的CANON颗粒污泥经机械破碎至0.3 mm作为种泥,实现混合营养型单级颗粒污泥同步脱氮除碳.启动26 d,通过控制DO,系统出现稳定的部分硝化,再缩短HRT提升氨氮负荷至5.65 kg ·（m³ ·d）^-1,促进颗粒化和厌氧氨氧化;第68 d,总氮去除率达到58%之后,进水加入有机物,C/N从0提升到0.25和0.5,促进AOB、AMX和异养微生物的协同,氨氮去除率达95%,总氮去除率达85%,COD去除率达80%左右.COD浓度增加,能较好地抑制Nitrospira菌属等NOB的活性,q（NH₄⁺-N）和q（TN）稳定在0.4 g ·（g ·h）^-1和0.34 g ·（g ·h）^-1,q（NO₃^--N）约为0.02 g ·（g ·h）^-1.采用MiSeq高通量测序对微生物多样性分析,表明有机物对污泥中Nitrosomomas和Candidutus_Kuenenia丰度未产生显著影响,增加了Candidutus_Brocadia菌属以及具有反硝化功能Denitratisoma等菌属的丰度.这对于快速启动连续流CANON颗粒污泥工艺处理低C/N比废水提供思路.     

基于PLFA法分析亚硝氮、硝氮和氨氮对厌氧微生物细菌群落的影响

利用磷脂脂肪酸(PLFA)技术研究了亚硝氮、硝氮和氨氮在不同浓度水平下对中温厌氧颗粒污泥中厌氧细菌群落结构的影响.结果表明,高浓度亚硝氮(360 mg·L-1,以N计)、硝氮(300 mg·L-1,以N计)和氨氮(3000 mg·L-1,以N计)使系统COD去除率分别下降至3.49%、10.85%和71.53%,并使污泥表面主要细菌由杆菌变为球状菌;亚硝氮和硝氮引起厌氧细菌和革兰氏阳性菌的含量下降,氨氮引起革兰氏阴性菌的含量下降;PLFA香农-威尔多样性指数随着亚硝氮和硝氮浓度的升高从1.12分别下降至0.96和1.03,氨氮对PLFA香农-威尔多样性指数无明显影响.     

好氧颗粒污泥和活性污泥细菌种群结构对五氯酚污染的响应研究

应用一种新的微生物分子生态学方法--末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)法研究了好氧颗粒污泥和活性污泥在毒性化合物五氯酚(PCP)影响下的废水处理性能及其微生物种群结构的响应.结果表明,PCP浓度为30 mg·L-1时,颗粒污泥和活性污泥的COD去除率为38%、77%,与10～20 mg·L-1 PCP相比,分别下降了56%和15%.另外,PCP浓度为20 mg·L-1时,去除率为13%和58%,与10～20 mg·L-1 PCP相比,分别下降了86%和40%,说明PCP对氨氮去除率的影响大于对COD去除率的影响,对颗粒污泥的影响大于对活性污泥的影响.PCP对好氧颗粒污泥和活性污泥的细菌种群结构都产生了明显的影响,而且好氧颗粒污泥的变化程度大于活性污泥;PCP浓度为30 mg·L-1时,好氧颗粒污泥中的细菌种群数量明显下降,TRFs片段数从26下降到14,但活性污泥中的细菌种群数量基本不变,污泥中细菌种群结构的变化趋势与污泥的水处理性能的变化趋势相一致.     

不同颗粒龄的好氧颗粒污泥性能的研究

在SBR反应器中,分别以絮状活性污泥培养的好氧颗粒污泥和直接接种的已稳定运行1 a的好氧颗粒污泥为对象,对2种颗粒龄不同的颗粒污泥的形态、理化特性、对有机物降解能力以及微生物活性进行了比较研究.结果表明,小颗粒龄好氧颗粒的平均湿密度、污泥的比重和表示物理强度的完整系数(IC)分别为1.066 g.cm-3、1.013 g.cm-3和98.7%,各指标均高于大颗粒龄好氧颗粒的1.026 g.cm-3、1.010 g.cm-3和98.4%,两者的平均粒径分别为1.9 mm和2.2 mm.小颗粒龄好氧颗粒和大颗粒龄好氧颗粒的沉降速度分别为0.005～0.032 m.s-1和0.003～0.028 m.s-1,前者的SVI较低,且两体系中好氧颗粒的沉降速度均随粒径的增大而增大.两者对COD、NH4+-N的去除率都保持在90%以上和85%左右,从出水COD浓度、NH4+-N浓度和周期试验来看,小颗粒龄好氧颗粒对COD、NH4+-N的去除效果更好,两者对TP的去除率分别维持在40%～90%和32%～85%,但两者对TN的去除效果相差不大,去除率都在80%左右.同时,小颗粒龄好氧颗粒的异养菌比耗氧速率(SOURH)、亚硝酸菌比耗氧速率(SOURNH4)、硝酸菌比耗氧速率(SOURNO2)分别为26.4、14.8和11.2 mg.(h.g)-1,均大于大颗粒龄好氧颗粒的25.2、14.4和8.4 mg.(h.g)-1.综上所述,好氧颗粒污泥由于颗粒龄的不同会具有明显不同的理化性质,颗粒龄小的好氧颗粒具有更好的有机物降解能力、更高的微生物活性和更好的稳定性.     

3种生物处理方式对污泥减量效果的比较及优化

通过间歇试验得到3种生物方式(污泥好氧消化、厌氧消化以及颤蚓摄食)对污泥的比减量速率、污泥减量速率和污泥减量比例.当初始污泥浓度为2 500mg·L^-1时,经过24h减量,颤蚓摄食、厌氧消化和好氧消化3种方式对污泥的比减量速率R分别为0.13 mg·(mg·d)^-1,0.09 mg·(mg·d)^-1和0.03 mg·(mg·d)^-1,对污泥的减量速率分别为315 mg·(L·d)^-1,263mg·(L·d)^-1和65 mg·(L·d)^-1.通过细菌荧光染色和脱氢酶活性检测证实颤蚓摄食在短时间内对污泥中细菌细胞膜的破坏程度最大,可以将颤蚓摄食和厌氧消化相组合强化对污泥的减量.对于初始浓度为2 500mg·L^-1的污泥,颤蚓摄食12h后再厌氧消化36h,可以在2d左右使污泥减量的比例达到30%,减量比速率为0.25 mg·(mg·d)^-1.当初始污泥浓度增加到4 240mg·L^-1,颤蚓摄食时间需要延长到24h方能保证组合工艺对污泥最大程度地减量.     

乙酸钠为碳源时进水COD和总磷对生物除磷的影响

研究了乙酸钠为碳源时,乙酸盐和总磷浓度对循序间歇式生物除磷工艺运行效果的影响,以及含高浓度乙酸盐废水不能有效除磷的原因结果表明:COD<600mg·L^-1时,随着COD/TP值的增大,总磷去除率提高,COD/TP<50时,磷的去除率提高显著,但当COD/TP>50时,磷的去除变化不大;进水乙酸盐浓度过高(COD>600mg·L^-1)使除磷效率逐渐下降,COD>1000 mg·L^-1会使生物除磷系统完全崩溃;研究发现除磷效率的下降是由于过多的乙酸盐从厌氧段进入了好氧段,引起丝状菌的增殖、污泥膨胀,导致聚磷菌被洗出.     

高碳氮负荷下同时脱氮除碳好氧颗粒污泥研究

在4 L反应器中,以补加葡萄糖和硫酸铵的猪场废水为基质,不接种活性污泥,加入粉末状活性炭对废水土著微生物进行预固定.通过批次进水并控制运行条件（逐渐提高COD、NH 4＋-N负荷、缩短沉降时间、提高曝气量）培养同时脱氮除碳好氧颗粒污泥,研究了该好氧颗粒污泥的脱氮除碳功能及对高碳氮负荷冲击的响应.结果表明,成熟好氧颗粒污泥为土黄色不规则球状,粒径为0.5～3.5 mm.COD和NH 4＋-N负荷分别在4.80～12.6 kg.（m3.d）-1和0.217～0.503 kg.（m3.d）-1时,好氧颗粒污泥对COD的去除率〉94%,对NH 4＋-N的去除率〉98%.当COD和NH 4＋-N负荷分别提高至15.70 kg.（m3.d）-1和0.723kg.（m3.d）-1并运行4 d后,反应器内絮体激增,颗粒沉降变差并开始破碎,NH 4＋-N去除率下降至81.6%.排出部分污泥并降低负荷继续运行,颗粒污泥的NH 4＋-N去除率可迅速恢复至98%以上.本研究培养的好氧颗粒污泥具有良好的同时脱氮除碳功能,可以耐受高COD和NH 4＋-N负荷的双重冲击.     

生活污水预沉淀-SNAD颗粒污泥工艺小试

采用人工配水,在SBR反应器中启动同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化（SNAD）颗粒污泥工艺,随后逐渐降低进水氨氮浓度,低氨氮稳定运行一段时间后通入预沉淀后生活污水,考察SNAD颗粒污泥工艺处理生活污水的脱氮性能及稳定性.结果表明,SNAD工艺启动成功后,氨氮去除率大于98%,总氮去除率在89%左右,随着进水氨氮浓度逐渐降低,亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性升高,总氮去除率逐渐下降至75%左右.通入预沉淀生活污水（NH₄⁺-N 52~63 mg·L^-1,COD 99~123 mg·L^-1）后,平均总氮去除率为73.2%,出水COD浓度在35 mg·L^-1以下,最大出水氨氮和总氮浓度为0.7 mg·L^-1和12.8 mg·L^-1,连续30d以上出水氨氮和总氮浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准,实现了生活污水碳氮同步高效去除的目的.     

高氮渗滤液短程深度脱氮及反硝化动力学

采用单级UASB-SBR生化系统处理实际高氮晚期渗滤液,重点研究了系统的有机物和氮去除特性,同时考察了SBR短程生物脱氮系统内微生物的反硝化动力学特性.试验结果表明,该生化系统能够高效、深度去除渗滤液内高浓度有机物和氮.UASB反应器的平均COD负荷为6.5 kg/(m3.d),去除速率为5.3 kg/(m3.d).在进水COD平均为6 537 mg.L-1,NH+4-N为2 021mg.L-1的条件下,出水分别为354 mg.L-1和2.8 mg.L-1以下,去除率分别为94.6%和99.8%,尤其是该系统获得了99.2%的TN去除率,出水TN20 mg.L-1,实现了深度脱氮的目的.SBR反应器实现并维持了稳定的短程硝化,通过90%以上的亚硝化率实现高效的氨氮去除,同时SBR系统内微生物的反硝化特性符合Monod动力学方程.     

ABR耦合CSTR一体化工艺好氧颗粒污泥形成机制及其除污效能研究

本研究通过对厌氧折流板反应器(ABR)改进,使其成为厌氧与好氧组合一体化工艺,实现耦合运行.对连续流条件下其好氧颗粒污泥形成机制进行了研究.将ABR末端隔室分别改为曝气池与沉淀池,并分别在厌氧区和好氧区接种厌氧颗粒污泥和普通活性污泥,保持好氧区C/N为2,COD容积负荷逐渐由1.5 kg·(m3·d)-1提高至2.0 kg·(m3·d)-1,沉淀池HRT逐步由2.0 h缩短至0.75 h.研究表明,经110 d的运行,在好氧区中成功培养结构致密、沉降性能良好(平均沉降速率为20.8m·h-1)的淡黄色颗粒污泥.在好氧区沉淀时间为0.75 h、COD容积负荷为2.0 kg·(m3·d)-1的条件下,系统稳定运行时具有较好的脱氮除磷效果,COD、NH+4-N、TP和TN的去除率分别为90%、80%、65%和45%.研究表明,因沉淀时间缩短而不断提高的选择压、维持较高的有机负荷是好氧颗粒污泥形成的主要驱动力.