同步硝化与反硝化(SND)好氧颗粒污泥脱氮过程初步研究

研究好氧颗粒污泥的同步硝化反硝化脱氮,寻找消除氮素对水体污染的途径。在反应器中培养了好氧条件下具有同步硝化反硝化功能的颗粒污泥,进行脱氮过程研究。好氧颗粒污泥为无载体结构,直径2～3 mm,其构成松隙,具有厌(兼)氧与好氧微生物生长代谢的环境;反应液中氨氮浓度为201 mg·L-1时,6 h反应周期内氨完全被氧化,出水中检测不到NO2--N,仅残留2 mg·L-1的N03一N,硝化与反硝化两个过程完成了脱氮反应,颗粒污泥中存在硝化细菌和反硝化细菌;改变反应器中进水有机物浓度,发现COD浓度越大,氮去除率越低,硝化细菌在高有机物浓度下反应活性受抑制,自养硝化细菌竞争氧及其他营养物质的能力弱于异养细菌;在好氧条件下(4 mgO2·L-1),进水中不加有机碳源,反应6 h后NH4+-N去除率达75％,反应过程中pH值下降,说明颗粒污泥中硝化细菌为自养型,硝化反应产酸降低反应器中pH值;在厌氧条件下,进水COD和NO3--N浓度分别为227.25 mg·L-1和103.63 mg·L-1,反应结束后,NO3--N去除率为74％,反应过程中pH值呈上升趋势,证明了好氧颗粒污泥中存在厌氧反硝化细菌,且反硝化细菌生长于颗粒污泥内部的厌氧区域,反硝化产碱使反应液pH值上升。     

溶氧对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮的影响

好氧颗粒污泥外表和内在的不同溶氧(dissolved oxygen,DO)水平分别适合硝化和反硝化微生物的生长,形成具有同步硝化反硝化功能的脱氮体系.DO水平对颗粒污泥内部厌氧好氧区域的构成有影响,改变DO可以研究氧对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化过程的影响.结果显示,反应系统在一定DO参与下对有机物的去除效率较高,各种条件下均能达到90%左右;高DO(≥3.0 mg/L)提高硝化速率,但易造成反应过程中NO2-和NO3-的积累;低DO(≤2.0mg/L)下反应积累的硝化产物少;在颗粒污泥同步硝化反硝化反应过程中适当控制供氧,可减少运行过程中N2O的排放.实验条件下,控制DO在1～2 mg/L为佳;在低DO情况下,NO2-通过短程反硝化反应直接还原为气态的N2O和N2;高DO情况下,大部分NO2-以全程反硝化方式还原为气态氮.好氧颗粒污泥具有良好的硝化反硝化能力,而DO对硝化反硝化过程有很大的影响,且低DO更有利于氮的去除和N2O排放量的降低.     

处理垃圾渗滤液好氧颗粒污泥的培养及其脱氮特性

以垃圾渗滤液为试验用水,通过不断增加氨氮负荷(初始氨氮质量浓度从100 mg/L逐渐增加到180 mg/L)、并且适当投加外碳源的策略,在20 d内形成了好氧颗粒污泥,粒径为0.17 ～ 0.20 mm,到第109 d,好氧颗粒污泥粒径达到0.65 ～ 2.10 mm.在培养过程中由于氨氮质量浓度较高,水中游离氨(Free Ammonia,FA)抑制了亚硝酸氧化细菌(Nitrite-Oxidizing Bacteria,NOB)的活性,形成了短程硝化,并在第20～50d、第89～ 109 d发生了同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Denitrification,SN D),其中第89～109 d较为明显,在反应器内部C/N比为3.1～3.9情况下,总氮去除率稳定在70％左右.SEM显示好氧颗粒污泥存在大量孔隙,有利于底物输送.对培养过程中第1d、34 d、54 d、79 d、109 d的荧光原位杂交(Fluorescence In Situ Hybridization,FISH)结果进行统计分析,发现氨氧化细菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria,AOB)分别占总菌量的2.37％、5.54％、7.26％、16.32％、22.33％.冰冻切片FISH结果表明,AOB主要聚集在好氧颗粒污泥的最外层,有利于AOB利用并消耗液相主体中的溶解氧,同时在好氧颗粒污泥内部形成缺氧区,有利于内部实现反硝化.好氧颗粒污泥的粒径越大,内部缺氧区越大,越有利于实现SND.通过对胞外聚合物(Extracellular Polymer Substances,EPS)染色,发现好氧颗粒内部β-D-吡喃葡萄糖的空间分布为外层较多,并随着颗粒孔隙向内延伸,在次外层与内层不均匀分布,这很好地解释了好氧颗粒污泥反应器在好氧的运行方式下,发生SND的途径及碳源的可能来源.研究表明,利用好氧颗粒污泥处理垃圾渗滤液具有较高的氨氮去除率(97％以上),好氧颗粒污泥的形态及结构有利于AOB的富集,同时在其内部储存了碳源,有利于SND的发生.     

苯酚对硝化颗粒污泥性能的影响

采用序批实验研究了苯酚对硝化颗粒污泥性能的影响.结果表明.苯酚的存在显著地降低了氨氮降解率,抑制了硝化颗粒污泥中氨氧化菌的活性和亚硝酸氧化菌的活性,显著地降低了氨氮的比降解速率和硝氮的比生成速率,降低了硝化颗粒污泥的硝化性能.苯酚去除后,硝化颗粒污泥中氨氧化菌的活性可以完全恢复,而亚硝酸氧化菌的活性不能完全恢复.苯酚的降解是硝化颗粒污泥中的好氧异养菌、硝化菌和厌氧的反硝化菌共同作用的结果.     

温度对亚硝化颗粒污泥性能和生物脱氮影响及其机理探究北大核心

以实际废水为研究对象,在序批式反应器中探究了温度对亚硝化颗粒污泥的性能及生物脱氮的影响。实验结果表明温度由10℃升高至30℃,亚硝化颗粒物污泥的混合悬浮固体由2 769 mg/L增加至4 120 mg/L,污泥体积指数(SVI)由58 m L/g下降至45 m L/g。此外,温度升高导致亚硝化颗粒污泥胞外聚合物含量下降,但是,胞外聚合物中蛋白质和多糖的比值增加,进而影响颗粒污泥的亚硝化率。当温度由10℃升高至30℃时,好氧颗粒污泥的亚硝化率由35%升高至92%。机理研究表明高温有助于亚硝化颗粒污泥的形成和亚硝化率的提高。本结果可为最终实现稳定、持久、高效的短程硝化-反硝化生物脱氮提供可行性方案。     

接种不同污泥启动厌氧氨氧化ASBR反应器研究

采用ASBR反应器,分别以好氧硝化污泥和厌氧颗粒污泥为种泥,通过对氨氮、亚硝酸盐氮等指标的监测和数据分析、污泥颜色的观察,研究2个厌氧氨氧化反应器启动的可行性及其差异.结果表明,2个厌氧氨氧化反应器均可成功启动;采用好氧硝化污泥启动厌氧氨氧化反应器耗时142 d,启动前后污泥颜色变化不大,亚硝酸盐氮浓度超过20 mmol/L会对厌氧氨氧化产生明显的抑制作用;采用厌氧颗粒污泥启动厌氧氨氧化反应器耗时249 d,启动前后污泥颜色变化很大,从黑色逐渐变为砖红色,亚硝酸盐氮浓度超过13.4 mmol/L会对厌氧氨氧化产生抑制作用;分别用以上2种污泥启动的厌氧氨氧化ASBR反应器中占优势地位的厌氧氨氧化菌不同.     

缺氧颗粒污泥特性研究

采用SBR反应器在缺氧条件下培养颗粒污泥,并对其理化性质、生物组成以及反硝化活性进行了研究.研究表明,缺氧颗粒污泥的湿密度为1.003-1.021 g/cm3;VSS/SS在54%-68%.低于一般的好氧和厌氧颗粒污泥;颗粒沉速在8.4-108 m/h,高于普通活性污泥;颗粒污泥表面主要为短杆菌,细菌排列紧密,颗粒表面不平整,内部细菌较少,主要为杆菌,并且分布不连续.颗粒表面和内部均存在孔隙和空穴.缺氧颗粒污泥反硝化活性很好.NOx-N的最大比消耗速率(N/VSS)达到了0.092 mg(mg.h).     

二沉池污泥上浮的控制策略

河北大城县污水处理厂采用以氧化沟为主体的污水处理工艺,分析了二沉池污泥上浮产生的原因.认为硝化程度高、污泥在二沉池中停留时间过长是引起污泥上浮的主要原因.采取了减小氧化沟中的溶解氧以降低硝化反应的程度、合理调控二沉池的运行、加大污泥回流量和剩余污泥的排放量等措施后,污泥上浮现象得到有效控制,水厂运行逐渐恢复正常.     

低强度超声对短程硝化污泥活性的影响

为提高短程硝化反硝化脱氮效率,采用低强度超声对短程硝化反应进行强化,通过对比氨氧化率和亚硝酸盐生产量,考察低强度超声对短程硝化污泥活性影响。首先,通过对超声能量的优化试验,发现低强度超声能够提升短程硝化污泥反应速率,且超声能量为43.20 kJ时氨氧化率和亚硝酸盐生成量最大;然后考察超声能量与污泥浓度的关系。结果表明:1)在相同超声能量(43.20 kJ)条件下,随着污泥质量浓度(0.34~1.03 g VSS/L)增加,能量密度降低,反应速率不断提高;2)保持污泥浓度恒定,增加超声能量,发现在43.20 kJ时短程硝化污泥活性最好,氨氧化速率比对照组提高25.42%,继续增加能量后去除速率开始下降,原因是适宜的能量会增加微生物细胞壁和细胞膜的通透性,加快基质传递和反应速率,提高微生物活性,但当所施加能量超出其所能承受范围,则会对微生物内部产生损害,降低其活性;3)考察超声能量对胞外聚合物浓度和酶活性影响,在43.20 kJ条件下,多糖、蛋白质和胞外聚合物(EPS)浓度分别提高了18.32%、26.54%和22.05%,氨单加氧酶活性增加19.82%。研究表明,由于低强度超声作用加快胞外聚合物分泌,增加生物酶活性,进而促进了短程硝化污泥反应速率。     

不同运行策略对反硝化颗粒污泥培养的影响

反应器运行环境对反硝化颗粒污泥培养具有重要影响，在上流厌氧污泥床反应器内研究了不同运行策略培养颗粒污泥的脱氮效率、污泥性能和菌群结构，同时对比分析了快速和慢速提升氮负荷策略培养反硝化颗粒污泥的性能。结果表明：耦合提升策略培养反硝化颗粒污泥的脱氮效率达到93.29%以上，悬浮挥发性固体质量浓度为46.29 g/L,粒径主要分布在2.36～3.35 mm,胞外聚合物为119.03 mg/g VSS,反硝化优势菌Proteobacteria在颗粒污泥菌群中所占比例为61.92%;相较于慢速提升氮负荷策略，快速提升氮负荷策略促使污泥脱氮效率增加了5.48%,挥发性悬浮固体质量浓度增加了20.11 g/L,粒径为2.36～3.35 mm的污泥占比增加了10%左右，胞外聚合物增加了7.27 mg/g VSS,Proteobacteria所占比例增加了5.11%。研究表明，耦合提升策略能够培养出脱氮效率高且性能良好的反硝化颗粒污泥，快速提升氮负荷能够促进颗粒污泥脱氮效率增加、性能更好。