一体化全程自养脱氮(CANON)工艺的效能及污泥特性

在氨氮浓度梯度升高的条件下,通过控制DO等方式在一体化CSTR反应器中实现了一体化全程自养脱氮(CANON—completely autotrophic nitrogen removal over nitrite).结果表明随进水氨氮浓度(76.05~583.93mg/L)的升高,系统的氨氮和总氮去除负荷逐渐提高,试验期间无亚硝态氮的积累,反应器后期在高氨氮进水下最高氨氮去除率84.4%,最高去除负荷0.42kg/(m3·d);最高总氮去除率72.0%,最高去除负荷0.35kg/(m3·d).污泥氧消耗速率实验得出好氧氨氧化菌的耗氧速率为169.46 mgO2/(gVSS·h)、硝酸化细菌的好氧速率为39.63 mgO2/(gVSS·h).采用总氮去除量和硝态氮产生量的比值(△TN /△NO3-)表征硝酸化反应对出水氨氮浓度的影响.试验进一步研究了反应器内污泥形态的变化,得出第102d的污泥粒径(86.36μm)比第30d(54.09μm)增加60%,污泥的SEM分析得出实验后期相对于前期污泥表面丝状菌减少,胞外聚合物增多.以上结果表明该反应器具备良好的造粒功能,有利于自养脱氮工艺的启动与稳定.     

全自养脱氮颗粒污泥的培养及脱氮性能的恢复与强化

采用交替限氧-厌氧和低充放比(30%)运行模式,在SBR反应器中成功启动全自养脱氮(CANON)工艺,启动过程经历常规硝化主导阶段、短程硝化主导阶段和全自养脱氮阶段,总氮去除速率和总氮去除效率分别达到(312±15)mg/(L·d)和(71.2±4.3)%.培养得到的污泥中颗粒污泥(粒径3300μm)和絮状污泥(粒径<300μm)体积分别占污泥总体积的39%和61%.在自养脱氮性能恶化的SBR反应器进水中长期添加适量N2H4,反应器脱氮性能得以恢复甚至强化,反应器总氮去除速率升高到(480±34)mg/(L·d),颗粒污泥的比例增加到污泥总体积的51%.     

混合污泥接种的厌氧氨氧化处理污泥脱水液的启动

采用UASB反应器,接种由好氧颗粒污泥、厌氧颗粒污泥、氧化沟活性污泥及短程硝化活性污泥组成的混合污泥,以污泥脱水液经短程硝化处理后水质为进水,在温度(30±0.2)℃, pH值7.3~7.9,初期进水氨氮、亚硝氮容积负荷分别为0.07, 0.10kg/(m3×d)条件下,经过24d运行,氨氮和亚硝氮得到稳定同步去除,186d时TN去除负荷达0.99 kg/(m3×d).启动初期,氨氮、亚硝氮进水浓度分别为20,30mg/L,二者浓度随去除量增加而逐级增加,最高分别达到157,216mg/L;启动过程中,系统受到O2抑制以及O2和亚硝氮基质的连续抑制,分别经过了约10d和30d才得以恢复. 厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应与反硝化反应可以共存于系统中,产气量与总氮去除呈正比关系,可及时地指示系统运行状态,对气体成分检测,氮气含量在99.8%.在稳定期ANAMMOX反应呈pH值升高而碱度略有降低.接种混合污泥、低基质负荷启动ANAMMOX,可30d内实现稳定的氨氮和亚硝氮同步去除,180d左右启动成功.     

EGSB反应器中耦合厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的研究

将好氧活性污泥接种于膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器中,经过120 d的启动运行,形成颗粒污泥.在启动好的EGSB反应器进水中添加亚硝酸盐和氨盐,反应器内温度控制在32～35 ℃,pH为7.5～8.3,氧化还原电位为-150～-40 mV;水力停留时间4.2 h,上升流速4.86 m/h,经过270 d运行,逐步富集和耦合产甲烷菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌.在进水ρ(COD_Cr)为500 mg/L,有机容积负荷速率为4.800 kg/(m3·d)(以COD_Cr计)和1.152 kg/(m3·d)(以N计)的条件下,出水ρ(COD_Cr)维持在80 mg/L以下;COD_Cr,氨氮,亚硝态氮和总氮去除率分别为85%, 35%, 99.9%和67%;其去除速率分别稳定在6.12,0.202,0.575和0.777 kg/(m3·d);其中氨氮和总氮的去除速率分别是传统活性污泥法硝化/反硝化(0.05 kg/(m3·d))的4和15.5倍. pH,温度,溶解氧,氧化还原电位,亚硝酸盐和COD_Cr对EGSB反应器中厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的耦合和颗粒污泥的特性均有影响.      

含硝氮废水的好氧反硝化处理及其系统微生物群落动态分析

利用好氧反硝化细菌强化生物陶粒反应器处理含硝氮废水,探讨了生物陶粒反应器中好氧反硝化生物脱氮的实现过程,并运用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)对微生物菌群结构稳定性进行了分析.结果表明,在水力负荷0.75 m/h,气水比5:1～10:1,水温15～23℃,进水COD负荷1.92～5.98 kg/(m3·d),硝氮负荷O.60～1.34 kg/(m3·d)的条件下,生物陶粒反应器在稳定运行阶段可以基本实现对硝酸氮的完全去除,对总氮的去除率最高可达95.73%,出水中亚硝酸盐一直保持在较低水平.PCR-DGGE指纹图谱显示,微生物多样性与废水的处理效果出现协同变化的特征.在整个运行阶段,好氧反硝化菌群X31在反应器中稳定存在,并始终是优势菌群.     

pH对亚硝化、厌氧氨氧化反应及联合工艺氮素转化的影响

利用具有pH调节功能的序批式反应器,分别接种好氧生物膜和厌氧颗粒污泥,研究了不同pH对自养生物脱氮工艺氮素转化的影响。结果表明:当pH为8.18时,亚硝氮累积速率较高,为0.79 kg/(m3·d)。当pH为7.85时,厌氧氨氧化菌脱氮效能达到最大,为1.52 kg/(m3·d)。联合工艺进水pH为7.7±0.1时,优先控制好氧段pH为7.5左右,厌氧段pH为7.6,氮去除速率高达0.98 kg/(m3·d)。     

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%.     

原生颗粒污泥单级自养脱氮工艺处理污泥压滤液的研究

在长期运行的处理污泥压滤液的气提亚硝化反应器中发现了单级自养脱氮反应,并形成了具有自养脱氮性能的原生颗粒污泥.以原生颗粒污泥启动并运行了单级自养脱氮反应器,对污泥压滤液进行脱氮处理取得了良好效果.进水总氮浓度为350 mg.L-1左右时,总氮平均去除率为74.81%,最高达86.92%,总氮平均去除负荷(以N计,下同)为0.68 kg.(m3.d)-1,最高达0.90 kg.(m3.d)-1.投加粉末活性炭后单级自养脱氮反应得到强化,运行稳定性得到提高.进水基质浓度、氮负荷及曝气量对自养脱氮反应影响较大.污泥压滤液中的有机物、pH值和碱度对单级自养脱氮反应影响较小.曝气量/ΔTN、曝气量/ΔNH4+-N及ΔALK/ΔTN比值可作为单级自养脱氮反应重要的运行指标.     

SNAD反应器中颗粒污泥和絮体污泥脱氮特性

通过血清瓶批试研究了温度为30℃时, SNAD(simultaneous partial nitrification, anaerobic ammonium oxidization and denitrification)反应器内的颗粒污泥R1(1~2.5mm)和絮体污泥R2(0~0.25mm)的脱氮特性. 结果表明,颗粒污泥的好氧氨氮和好氧亚硝态氮氧化活性分别为0.166,0kgN/(kg VSS×d).厌氧氨氧化、亚硝态氮反硝化、硝态氮反硝化总氮去除速率分别为0.158,0.105,0.094kgN/(kg VSS×d).絮体污泥的好氧氨氮氧化活性和好氧亚硝态氮氧化活性分别为 0.180,0kgN/(kg VSS×d).厌氧氨氧化、亚硝态氮反硝化、硝态氮反硝化总氮去除速率分别为0.026,0.096,0.108kgN/(kg VSS×d).颗粒污泥和絮体污泥都具有良好的亚硝化性能和反硝化性能.颗粒污泥的厌氧氨氧化性能良好,絮体污泥的厌氧氨氧化性能较差.扫描电镜显示,在SNAD颗粒污泥的表面主要是一些短杆菌和球状菌.在SNAD颗粒污泥中心区域主要为火山口状细菌.在絮体污泥中,同时存在短杆菌,球状菌和火山口状细菌.     

进水渗滤液总氮和BOD5/TN对填埋场反应器反硝化和厌氧氨氧化协同脱氮的影响

晚期垃圾渗滤液具有氨氮浓度较高、碳氮比(C/N)较低和可生化性差的特点,生物脱氮较困难.本文研究了改变进水总氮负荷和BOD5/TN比值对填埋场生物反应器处理垃圾渗滤液的脱氮效果的影响.结果表明,总氮负荷为15~25g·(m3·d)-1的范围内时,总氮去除负荷稳定为10~12 g·(m3·d)-1,但是总氮去除率随着负荷的增加从67.7%下降至60.2%,说明在一定范围总氮负荷的增加会降低总氮去除率,但不会影响去除负荷.当改变进水的BOD5/TN从0.3提高到0.4后,总氮负荷为9 g·(m3·d)-1时的厌氧、准好氧反应器,总氮去除率可从79.9%分别提高到89.9%和86.2%,表明提高BOD5/TN能够有效促进填埋场生物反应器对总氮污染物的去除,并且厌氧条件下效果更好.脱氮途径分析表明,填埋场生物反应器中厌氧氨氧化和反硝化作用可以协同脱氮.     

不同方式启动全自养脱氮组合工艺对比研究

为探究不同进水方式实现快速启动全自养脱氮工艺(CANON)处理高含氮有机废水的可行性,该研究分别采用直接高浓度进水和梯度浓度进水在2个完全相同的ABR-CSTR组合一体式反应器(1#、2#反应器)中启动反应,考察系统中全自养微生物活性和总氮去除性能。结果表明,在相同水力停留时间和间歇曝气的条件下,2组反应器均能在较短时间内成功启动,但相较于直接高浓度启动,逐步提高进水浓度更有利于脱氮功能菌的生长富集;1#反应器受到高负荷启动的限制,运行44 d总氮去除率(NRR)始终低于50%,但接种污泥经连续培养驯化后,最终NRR逐步升高并稳定在80%左右;2#反应器在梯度浓度进水状态下运行至第39天时,NRR达到88%,氨氮去除率达到99%,总氮去除负荷达到0.863 4 kg/(m~3·d),反应器内壁出现较多红色污泥,成功启动CANON;微生物高通量测序表明,不同的进水模式下CANON系统中优势功能菌属均为Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia。     

生物活性炭滤池修复地表水的研究

采用自行设计的生物滤池反应器去除地表水中的氮,考察了HRT、水力负荷和氨氮负荷对生物滤池出水水质的影响。结果表明:系统TN去除率随水力负荷的增加而下降,氨氮去除率无明显变化,水力负荷小于1.2 m3/(m2·d),TN去除率达到54%以上;在进水氨氮质量浓度为14.52~17.44 mg/L条件下,HRT为10 h时,生物滤池对氮去除效果较好;当HRT为6 h,进水氨氮负荷增加到0.048 kg/(m3·d)以上,氨氮和TN平均去除率分别为96%和31%。     

填充床快速启动厌氧氨氧化反应器及其脱氮性能研究

以城市污水厂二沉池污泥为种泥,以悬浮填料填充床生物膜反应器为厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应器,采用高负荷培养法和好氧预挂膜低负荷培养法分别培养与富集厌氧氨氧化菌,并研究其脱氮性能.结果表明,好氧预挂膜低负荷培养法可以在较短时间内(90 d左右)快速启动厌氧氨氧化反应器,稳定期反应器出水氨氮和亚硝氮保持稳定,去除率均接近100%,总氮去除率在75%以上,高负荷培养法因高浓度氨氮和亚硝氮的抑制作用而启动失败(190d).启动过程中pH变化表明,厌氧氨氧化反应器出水pH略高于进水,pH值可用作厌氧氨氧化反应器启动进程的指示参数.上流式厌氧填充床ANAMMOX反应器具有高负荷和高效率的优点,当反应器进水氨氮和亚硝氮浓度低于800 mg/L时,其去除率几乎达100%,低于国家一级标准.     

容积负荷对生物膜反应器氨氮去除的影响

利用蜂窝陶瓷为生物膜载体组建的生物膜反应器处理受污染原水试验运行过程中,考察氨氮容积负荷、有机物容积负荷及总磷容积负荷对反应器氨氮去除率和去除速率的影响。研究表明在温度为13~29.6℃,ρ(DO)为4 mg/L,水力负荷分别为2.39,3.49,6.90,8.38,11.33,13.66 m3/(m2·d)的情况下,随着氨氮容积负荷的逐渐增大,氨氮的去除率逐渐降低,而氨氮的去除速率逐步增大。氨氮容积负荷与氨氮去除率和容积负荷与去除速率关系都可用直线方程表示。为维持反应器稳定的处理效果,水力负荷最好不要超过11.33 m3/(m2·d),氨氮容积负荷不超过1.45 kg/(m3·d)。随着有机物容积负荷的逐渐增大,氨氮去除速率逐渐增大,但增速逐渐减缓,而氨氮去除率逐渐降低。随着总磷容积负荷的增大,氨氮去除速率增加并呈线性相关,氨氮去除率随之减少。     

耦合反硝化的CANON生物滤池脱氮研究

为探究有机物对全程自养脱氮(CANON)工艺的脱氮性能的影响,采用上向流火山岩填料反应器处理模拟废水,在反应器最优工况下实现亚硝化、厌氧氨氧化与反硝化的耦合.结果表明,滤柱在氨氮浓度为200mg/L时的最优总氮去除率均值可达76.73%,总氮去除负荷为2.82kgN/(m3·d).C/N为0.2的有机物水平对反应器的脱氮效果具有促进作用,并可通过HRT的调节实现总氮去除率大于89%(理想条件下CANON的最大脱氮率).因此,通过控制C/N可以提升滤柱氮素去除效率.     

城市污水培养好氧颗粒污泥的中试研究

以城市污水为处理对象,在中试SBR反应器中接种厌氧消化污泥,经过210 d运行,培养出了平均粒径在330μm的好氧颗粒污泥.实验表明,经过前3个月较低的进水有机负荷,反应器对污染物的去除效果逐步提高并达到稳定,活性污泥中与脱氮除磷相关的微生物大量富集.运行周期缩短为6 h,污泥的沉降性能和污染物去除特性保持良好,同时污泥平均粒径开始增大.好氧颗粒污泥完全形成以后,SVI值为30 mL.g-1,污泥浓度MLSS达到8.8 g.L-1,MLVSS/MLSS增至82%,氧利用速率OUR达到5.32 mg.(min.L)-1.颗粒外层以杆状菌为主,内层主要是球菌.单个周期内颗粒污泥对COD和总磷的去除率保持在90%,氨氮几乎完全去除,出水中无硝氮和亚硝氮累积,总氮的去除率达到80%,实现了良好的同步硝化反硝化和同步脱氮除磷效果.     

温度对自养型同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液性能及微生物群落的影响

通过运行4个不同温度条件下(30、25、20和15℃)的自养型同步脱氮反应器,研究了不同温度下自养型同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液的性能差异及其微生物机制.结果表明,30℃条件下反应器脱氮性能最佳.当温度由30℃降为25℃时,反应器总氮去除率从73%降低到66%,总氮去除速率从2. 29 kg·(m~3·d)~(-1)降低到1. 72 kg·(m~3·d)~(-1),污泥的形态和粒径变化不明显(SMD由80. 85μm降为79. 95μm).当温度低于20℃时,总氮去除率降低到42%,总氮去除速率降低到1. 18 kg·(m~3·d)~(-1),同时发现污泥出现解体现象,粒径减小(SMD为63. 21μm).而当温度为15℃时,总氮去除率降低至37%,总氮去除速率低至1. 00 kg·(m~3·d)~(-1),反应器运行困难.微生物群落结构分析表明,温度对厌氧氨氧化细菌的影响明显大于氨氧化细菌,因此低温条件下反应器脱氮性能下降的主要原因是厌氧氨氧化细菌对温度更敏感.     

有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响

研究了有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响.在没有有机物的条件下,进水基质(氨氮和亚硝氮)浓度为70～280 mg·L-1,容积总氮负荷为0.29～0.72 kg·m-3·d-1,氨氮去除率86.0%～99.7%,亚硝氮去除率88.7%～99.3%.添加有机物(酵母膏100 mg·L-1)后,ANAMMOX反应器运行性能与容积总氮负荷有关.容积总氮负荷低于0.43 kg·m-3·d-1时,有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响较小,氨氮和亚硝氮去除率保持在94%以上;但当容积总氮负荷为0.72 kg·m-3·d-1时,有机物对ANAMMOX反应器运行性能产生严重影响,氨氮和亚硝氮去除率降至75%以下.停止添加有机物并降低容积总氮负荷,可在短期内消除有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响.     

城市生活污水SNAD工艺的启动研究

采用SBR反应器,以城市生活污水为原水,进行同步亚硝化、厌氧氨氧化、反硝化(SNAD)工艺的启动研究.首先接种厌氧氨氧化(anammox)颗粒污泥,在高曝气量下(500L/h)培养得到亚硝化颗粒污泥,然后再次接种anammox颗粒污泥,在低曝气量下(40L/h)培养得到SNAD颗粒污泥.在亚硝化稳定期,氨氮平均去除率达到94%,亚硝态氮平均积累率达到95%.在SNAD稳定期,总氮平均去除率为85%.批试实验结果表明,亚硝化稳定期亚硝化颗粒污泥的好氧氨氮和亚硝态氮氧化活性分别为为0.234和0kgN/(kgVSS×d).SNAD颗粒污泥的厌氧氨氧化总氮去除、亚硝态氮反硝化、好氧氨氮氧化、好氧亚硝态氮氧化活性分别为0.158、0.104、0.281、0kg/(kgVSS×d),其中硝态氮反硝化活性在0~120min和120~360min内分别为0.061和0.104kg/(kgVSS×d).扫描电镜显示,SNAD颗粒污泥表面以短杆状菌和球状菌为主,可能为好氧氨氧化菌(AOB)和反硝化菌,颗粒污泥内部以火山口状的细菌为主,可能为anammox菌.     

冷冻PN/A颗粒污泥快速活化过程中的污泥形态与菌群演化特征分析

接种颗粒污泥是快速启动高性能自养脱氮反应器的有效方法之一.为建立污泥活化与反应器效能的响应关系,在连续流反应器中接种冷冻储存的颗粒污泥,并采用高负荷和高水力选择压的调控策略,在34 d内成功启动了部分亚硝化/厌氧氨氧化(PN/A)一体化系统.反应器总氮去除率大于83％,总氮去除负荷稳定在1.67 kg·(m3·d)-1...