含氮废水处理技术和工艺研究进展

太湖蓝藻危机进一步促使国内重点流域提高了氨氮及总氮的最高允许排放标准,推动了含氮废水处理技术的创新开发和处理工艺的应用推广.目前应用的脱氮技术主要包括物化法和生化法两大类,其中生化法中的新型生化脱氮技术是近年的研究热点,包括同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化和全程自养脱氮等工艺.综述了物化、生化及物化-生化集成脱氮技术,分析了含氨氮、有机氮、硝态氮、垃圾渗滤液等含氮废水适宦的处理工艺,指出物化-生化集成工艺及新型生物技术足经济、高效、稳定脱氮技术的发展趋势.     

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。     

影响短程硝化反硝化的因素

短程硝化反硝化是指将硝化过程控制在亚硝化阶段,随后在缺氧条件下进行反硝化的生物脱氮过程,其关键是如何控制硝化过程中影响HNO2积累的因素,分析影响HNO2积累因素,包括温度、游离氨、pH值、溶解氧、有害物质和泥龄,探讨实现短程硝化反硝化的途径。     

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.     

包埋异养硝化好氧反硝化菌株qy37脱氮效果的碳源选择

为解决有机碳不足抑制反硝化反应造成的脱氮效率低下的问题,在异养硝化好氧反硝化菌株qy37固定化过程中分别加入乳糖、柠檬酸钠、可溶性淀粉、蔗糖、葡萄糖作为碳源研究其脱氮效果.试验结果显示,脱氮效果从大到小为可溶性淀粉、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸钠、乳糖;其中可溶性淀粉作为碳源的脱氮效果最佳,脱氮率能达到85％.加入适量的可溶性淀粉可以很好的改善海藻酸钠、PVA小球的机械强度,减少PVA小球吸附成团,吸水溶胀现象.分别加入质量浓度为3 g/L、5 g/L、8 g/L、10 g/L的可溶性淀粉,确定菌株qy37菌最适碳源的质量浓度为8 g/L.对碳源的包埋方式即将碳源和异养硝化好氧反硝化菌分开包埋和一起包埋进行对比.试验结果显示,将碳源和异养硝化好氧反硝化菌株qy37一起包埋的小球脱氮效果较好,最终脱氮率达到92％以上.同时发现碳源材料固定化后具有缓释性能,随着反硝化过程中有机质的消耗,可以不断向水体释放有机质.     

水煤浆加压气化污水IMC处理技术应用

针对水煤浆加压气化污水氨氮浓度高、COD浓度低、可生化较低的特点,采用"限制曝气"和"生物选择"技术,将厌氧氨氧化、短程硝化-反硝化、同时硝化-反硝化等生物脱氮原理有机结合,在试验的基础上应用于实际工程中,并通过实际工程的运行数据对设计逐步完善,形成了以"间歇多重内循环生物反应池"为核心处理单元的IMC工艺技术。实际应用显示,IMC工艺技术流程简单,生化反应推动力大、效率高、运转方式灵活、脱氮效果好、防止污泥膨胀、更耐冲击负荷,并大幅降低了工程投资和运行成本。     

高铁动车段集便器污水处理调研及优化脱氮分析

基于对高铁动车段污水的调研,针对集便污水具有高氨氮、低碳氮比特征,传统处理工艺难以充分满足《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962-2015)氮排放限值要求,对比分析高效生物脱氮工艺与传统生物脱氮工艺.结果 表明,短程硝化反硝化和厌氧氨氧化工艺具有明显的脱氮效能和经济效益,可有效降低运行成本.     

异养硝化-好氧反硝化在生物脱氮方面的研究进展

异养硝化-好氧反硝化(Heterotrophic Nitrification-Aerobic Denitrification,HN-AD)菌的发现,是对传统硝化反硝化理论的丰富与突破。HN-AD菌不但可以将氨氮转化为氮气等气态产物,而且几乎不会产生NO-2-N/NO-3-N的积累,还可以去除COD,这一优势使其成为生物脱氮领域的研究热点。在介绍HN-AD基本理论及典型HNAD菌代谢机理的基础上,重点综述了近年来分离出的典型HN-AD菌的脱氮特性,分析了HN-AD菌的最佳脱氮参数,同时介绍了HNAD菌在废水处理方面的应用现状,最后对其前景进行了展望。     

零价铁还原地下水中对氯硝基苯的研究

采用间歇试验考察零价铁去除对氯硝基苯的效果,研究初始pH值、零价铁粒径、零价铁投加量和氧对反应过程的影响.结果表明,在中性和弱酸性条件下零价铁能有效去除对氯硝基苯,反应过程符合准一级动力学,反应终产物为对氯苯胺;降低零价铁粒径和增加零价铁投加量可提高对氯硝基苯的去除率.当零价铁粒径为0.05mm、投加量为0.5 g/L、对氯硝基苯初始质量浓度为25 mg/L,反应6h后,对氯硝基苯去除率可达100％.氧对零价铁还原对氯硝基苯具有竞争性抑制作用,但零价铁能消耗水中溶解氧并维持对氯硝基苯还原反应进行,与厌氧反应过程相比,空气-水体系对氯硝基苯去除率下降19.18％.研究表明,采用零价铁还原法可有效去除地下水中的对氯硝基苯.     

序批式生物膜（SBBR）同步硝化反硝化特性研究

采用序批式生物膜法(SBBR)以连续曝气和A/O运行模式处理生活污水,探讨序批式生物膜同步硝化反硝化特性,研究SBBR系统中的DO浓度、C/N比、SRT及运行方式的变化对同步硝化反硝化的影响.结果表明,在进水水质和反应条件相同时,将DO质量浓度控制在2.5 mg/L,C/N比为12～16,出水水质最好,去除率大于80%,TN去除率达到76%.保持SRT约为20 d,可以为SBBR创造一个稳定的同步硝化反硝化环境.连续曝气之前的厌氧搅拌对SBBR同步硝化反硝化有益.实验结果证明,SBBR中的脱氮机理为全程硝化反硝化.     

生物除铁除锰滤层营养条件的研究

采用模拟生物除铁除锰滤柱,通过测定整个生物滤层对铁、锰的去除效果考察了营养物质对生物滤层综合生化能力的影响,从而探求了生物滤层对铁、碳、氮等营养元素的需求.结果表明,成熟滤层内的铁、锰氧化细菌对进水铁的营养需求极低(0.04 mg/L).成熟滤层对有机物具有一定的去除能力,而无机碳减少量相对较大,大约有3～4 mg/L,溶解在水中的二氧化碳即可保证滤层对碳的需求.成熟滤层将氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐,但这种转化实际上并没有使水中氮的总量减少,只是氮的形态发生了转化;而滤柱内氮的减少是被生物体利用的结果.极低的氮素含量即可保证成熟生物滤层对氮素的需求.这表明极低的营养条件即可满足铁、锰氧化细菌的正常生理代谢,铁、锰氧化细菌可以在贫营养环境下生存.结合全国大部分地区的地下水水质状况,进而得出地下水生物除铁除锰技术在全国大部分地区可以推广使用.     

新型单级自养脱氮与反硝化除磷耦合工艺

反硝化除磷菌(Denitrifying Polyphosphate Accumulating Organisms,DPAOs)在缺氧段需要硝氮(NO-3-N)作为电子受体进行吸磷,而氨氧化细菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria,AOB)和厌氧氨氧化细菌(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)恰好能够产生NO-3-N,基于此原理,将反硝化除磷菌与氨氧化细菌和厌氧氨氧化细菌进行联合培养,建立单级自养脱氮与反硝化除磷耦合工艺。该耦合工艺通过3个阶段的培养,在低碳氮磷比的条件下实现COD(Chemical Oxygen Demand)、氨氮及磷酸盐的同步高效去除(90%)。同时探讨了反硝化除磷细菌在不同碳源的条件下,各个化学指标(如挥发性脂肪酸、聚羟基脂肪酸等)的变化趋势及微生物群落多样性的变化情况。     

改进的MBR对渗滤液的脱氮机理分析

改进的MBR对渗滤液的TN和NH3-N平均去除率分别达72.98%和90.1%。试验现象和数据表明,同步硝化反硝化是TN和NH3-N去除的最主要原因。同步硝化反硝化的发生在于3个方面:①膜的截留作用能使世代时间较长的硝化菌和反硝化菌富集;②在MBR内,废水在时间顺序上和空间位置上反复经历缺氧、好氧环境;③有利的操作条件,如维持MBR内MLSS为8 500 mg/L左右、温度为22~30℃、pH值为7.0~7.5、升流区的DO为2~2.5 mg/L等。     

一株石化废水中脱氮产微生物絮凝剂菌株的鉴定与性能

筛选出了一株适用于石化污水处理的异养硝化-好氧反硝化产微生物絮凝剂菌株HAD-2,鉴定其为门多萨假单胞菌(Pseudomonas mendocina),考察了其最佳硝化条件、反硝化性能及在模拟污水中的脱氮能力。菌株为耐热菌,偏碱性(pH=8.5)和高碳氮比(25∶1)时硝化性能最佳。在异养硝化体系中,12 h时菌株对氨氮的去除率达到92.29%,硝酸盐和亚硝酸盐积累少;在反硝化体系中,12 h时菌株对亚硝酸盐和硝酸盐的去除率分别达到86.40%和84.92%;在模拟废水中,48 h时菌株对氨氮、硝态氮和亚硝态氮的降解率分别达到95.25%、65.47%和72.40%。菌株在多种培养基中可产微生物絮凝剂,在葡萄糖培养基中絮凝能力最佳,絮凝率为94%。     

碳源和硝酸盐对SBBR反硝化除磷影响的试验研究

研究碳源和硝酸盐对填加聚氨酯载体的SBBR反硝化除磷的影响。在SBR中填加聚氨酯载体,将生物膜法和活性污泥法相结合,形成序批式生物膜反应器(SBBR),在厌氧/缺氧交替运行条件下利用NO3-作为电子受体,研究NaAc浓度、NaAc与丙酸钠的比例、NO3-浓度及NO3-投加方式等因素对除磷效果的影响。PO43-质量浓度在9~11 mg/L之间,COD质量浓度为200 mg/L时,SBBR有较佳的除磷效果;当进水NaAc与丙酸钠配比为2时,进水COD自身降解速率较慢,且不影响除磷效果;分批次(这里分2次)投加硝酸盐有利于硝酸盐向亚硝酸盐的转化;NO3-质量浓度为65 mg/L左右时,能获得较好的除磷、除氮效果。填加聚氨酯载体的SBR装置除磷效果较理想;碳源和硝酸盐对SBBR反硝化除磷影响显著。     

反硝化细菌抑制石油集输系统中硫酸盐还原菌试验研究

建立了两个UASB反应器(UASB-1和UASB-2)。其中UASB-1模拟石油集输系统中硫酸盐还原菌的生存环境,强化系统中硫酸盐还原菌的滋生,使其不断产生硫化氢气体。该系统的液体进入后续UASB-2厌氧反应器,其主要作用是在其中形成反硝化作用的环境条件,以控制石油输集系统中不断滋生的硫酸盐还原菌,从而达到控制硫化氢气体的目的。结果表明,硫酸盐还原菌的最佳氧化还原电位(ORP)为-370～-300mV,而反硝化细菌的最佳ORP为-150～-50mV。向系统中投加亚硝酸钠可迅速增加反应器中的ORP,并为反硝化细菌提供充足的氮源。当系统中的w(SO24-)∶w(NO2-)=8∶1.2时,抑制效果最佳,可以将硫化氢的产生降低至10%。运用16S rDNA基因克隆-变性梯度凝胶电泳分析方法研究了系统中微生物种属的变化情况。结果表明,反硝化细菌能够有效抑制系统中硫酸盐还原菌繁殖,系统中3种典型硫酸盐还原菌(脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属、脱硫单胞菌属)逐渐消失,同时反硝化细菌的种属和数量都显著增加。     

生物脱氮工艺技术的研究进展

对简捷硝化后反硝化，同时硝化反硝化以及厌氧氨氧化等生物脱氮领域最近开发的新理论和新工艺进行了简单的综合和讨论，并指出了这些新技术的特点和研究开发应用前景。     

外置植物碳源型人工湿地系统反硝化脱氮效果及N2O释放

人工湿地系统在处理低碳氮比污水时,通过外加碳源来提高系统的脱氮效率。碳源是反硝化过程中重要的影响因素,对N_2O释放必然也产生影响。采用芦苇(Phragmites australis)和二球悬铃木(Platanus acerifolia)树叶为碳源的外置碳源型的人工湿地系统,以葡萄糖作为对比碳源,研究有机碳源对脱氮效果及N_2O释放量的影响。结果表明,芦苇和悬铃木树叶作为碳源,在植物分解稳定后,脱氮效果稳定,TN平均去除率分别为90.3%和92.5%,比空白组高出15%左右;单批次试验中,芦苇组和树叶组N_2O平均释放量分别为40.91μg/(m~2·h)和34.16μg/(m~2·h),略高于葡萄糖组的6.20μg/(m~2·h),但显著小于空白组的127.45μg/(m~2·h),累积释放量与TN去除量的比值小于0.1%且显著小于空白组;芦苇和树叶组基质微生物的反硝化作用强度及PLFAs总量均显著高于空白组,细菌PLFAs占PLFAs总量的比例均接近50%,而真菌PLFAs仅大于7%,细菌为优势种群。因此,向处理低C/N污水的人工湿地系统补充适宜的植物碳源材料,可以有效提高脱氮效率并降低N_2O释放。     

Kinetics of nitrate reductive denitrification by nanoscale zero-valent iron

Nanoscale zero-valent iron (Fe⁰) was synthesized for nitrate denitrification. The reduction efficiency of nitrate decreased quickly with increasing initial pH value, increased considerably with the increasing dosage of nanoscale Fe⁰, and did not vary much with initial nitrate concentrations changing from 20 to 50 mg l^?1 when the excessive amount of nanoscale Fe⁰ was utilized. With reductive denitrification of nitrate by nanoscale Fe⁰, the removal rate of nitrate reached 96.4% in 30 min with nanoscale Fe⁰ dosage of 1.0 g l^?1 and pH_in 6.7, and more than 85% of the nitrate was transformed into ammonia. Kinetics analysis in batch studies demonstrates that the denitrification of nitrate by nanoscale Fe⁰ involves reaction on the metal surface, which fits well the pseudo-first order reaction with respect to nitrate concentration. The observed reaction rate constant of reductive denitrification of nitrate was determined to be 0.086 min^?1 with a nanoscale Fe⁰ dosage of 1.0 g l^?1 and pH_in 6.7. Fast and highly effective denitrification can be achieved by nanoscale Fe⁰ compared with commercial Fe⁰ powder, this is due to the extremely high surface area and high reactivity for nanoscale Fe⁰, which can enhance the denitrification efficiencies remarkably.     

以硝酸盐为主要氮源的反硝化除磷细菌驯化

以活性污泥为种泥,通过序批式反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR),在厌氧-缺氧-好氧交替的条件下驯化培养以硝酸盐为主要氮源的反硝化除磷细菌(Denitrifying Phosphorus-Accumulating Organisms,DPAO)。在330 d的培养时间内监测磷酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐等常规指标,并研究驯化不同阶段的一个周期内各指标的变化及进行相应的动力学分析。结果表明,随着驯化的进行,厌氧阶段释磷速率逐渐增加,释磷量也相应增大,出水磷质量浓度最终维持在0.8mg/L,去除率达到91.8%,硝氮全部去除。通过对16S r RNA测序结果的比对,得到聚磷菌占总菌的76.93%,反硝化除磷菌占聚磷菌的一半以上。而聚糖菌仅占5.13%,聚磷菌成为优势菌种。此外,在整个驯化过程中,水质和环境条件的变化使出水中磷质量浓度出现波动,而出水硝氮的变化不大。研究表明,以硝酸盐作为主要氮源培养反硝化除磷细菌的方式是可行的,并有利于聚磷菌对聚糖菌的竞争,使聚磷菌成为优势菌种。