两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

碳源强化下的硫自养/异养反硝化协同作用

为强化硫自养反硝化过程,通过向连续稳定运行的硫自养反硝化反应器内投加少量碳源以进行强化,乙酸钠投加量分别为5.99、11.98、23.96 mg·L~(-1)。分析投加前后反应器内硝氮、COD、硫酸根和耗碱量的变化;研究了碳源强化下硫自养反硝化运行效能及反应机理。结果表明,投加少量碳源可增强自养反硝化过程硝氮的去除效果;在3种碳源投加量条件下,COD的利用率均大于85%,但硫酸盐生成量并未减少;在5.99 mg·L~(-1)碳源投加量下,系统实际耗碱量大于以硫酸根和COD计的理论耗碱量,而在11.98 mg·L~(-1)和23.96 mg·L~(-1)投加量下,实际耗碱量均介于2种理论值之间。在投加少量碳源后,自养反硝化脱氮效果明显提高,异养反硝化趋势随着碳源投加量的增加而增加。     

硫化物抑制亚硝酸氧化菌推动短程硝化反硝化生物脱氮技术

利用硫化物对亚硝酸盐氧化菌的抑制作用,快速建立短程硝化。通过改变供氧条件,硫化物作为电子供体推动自养反硝化,实现同一序批反应器一体化脱氮。采用序批反应器SBR处理模拟市政污水,在DO浓度(1.5±0.5)mg·L~(-1),硫化物浓度50 mg·L~(-1),温度25℃,水力停留时间12 h的条件下,共运行90 d,控制反应器厌氧低氧时间,达到90%以上的总氮去除率。同时研究了硫化物对短程硝化的抑制作用、最适宜运行p H条件、污泥颗粒大小变化、污泥产生量等。硫化物抑制亚硝酸盐氧化菌推动短程硝化反硝化生物脱氮技术有着反应条件可控性高、短程硝化建立时间短、脱氮效果好等优点,适用于低碳氮比的市政污水处理。     

短程硝化在垃圾渗滤液处理工程中的应用

针对垃圾填埋场渗滤液生物脱氮高耗能的问题,通过对A/O/N工艺处理垃圾渗滤液进行短程硝化反硝化调试,对溶解氧(DO)、污泥浓度(MLSS)、污泥龄(SRT)、混合液回流比、pH、碱度进行定性定量分析,研究了不同条件下垃圾渗滤液生物处理阶段COD、氨氮及总氮去除效果,探讨了影响亚硝酸盐氮积累的因素。结果表明,好氧池低溶解氧能成功启动短程硝化,垃圾渗滤液稳定实现短程硝化反硝化脱氮。运行条件为:O反应器DO浓度0.5～0.8 mg·L~(-1),N反应器DO浓度1.5～2.2 mg·L~(-1),MLSS 3 500～4 500 mg·L~(-1),污泥龄9～13 d,混合液回流比1 100%,N反应器pH 7.6～8.2,N反应器碱度1.1 g·L~(-1)。短程硝化调试后,硝化阶段亚硝化率稳定在85%以上,COD、氨氮及总氮去除率分别达95%、98.6%、94.2%以上,节省30%碳源量和20%曝气量。     

微电解强化微生物菌种对高氨氮低碳氮比黑臭水的脱氮研究

针对高氨氮低碳氮比(C/N)黑臭水进行脱氮研究,通过硝化菌和反硝化菌共同作用,并在后期耦合铁碳微电解(IC-ME)强化脱氮。单因素控制变量实验表明,硝化菌和反硝化菌在30℃硝化/反硝化效果较优,平均氨氮去除率为71.62%,硝态氮去除率可达到67.52%;在溶解氧(DO)为3 mg/L时硝化效果较好,平均氨氮去除率达到了70.08%;在后期投加150 g/L铁碳填料时,反硝化效果最好,2#和3#反应器硝态氮去除率最高分别提高到了81.78%和91.17%。长时间运行反应器后,氨氮去除负荷达到0.193 kg/(m³·d),化学需氧量(COD)去除负荷达到1.786 kg/(m³·d)。单独的微生物菌种针对高氨氮低C/N黑臭水脱氮还有一定的局限性,通过后期耦合IC-ME,脱氮效率明显提升,总氮(TN)去除率可从45.65%提升到58.91%。     

碳氮比对低温投加介体生物反硝化脱氮的影响

污水的生物脱氮效果受低温抑制,投加氧化还原介体有利于反硝化过程。采用规格相同的序批式反应器,使用人工配制硝酸盐废水和经过驯化的活性污泥,考察了不同碳源浓度(碳氮比)对低温(10℃)投加氧化还原介体1, 2-萘醌-4-磺酸(NQS)污水生物反硝化脱氮过程的影响。结果表明:当碳源浓度(以COD计)为150～400mg·L~(-1) (碳氮比为1.8～4.7)时,脱氮效率随碳氮比的升高而升高;当碳源浓度为400～550 mg·L~(-1) (碳氮比为4.7～6.5)时,脱氮效率随着碳氮比的升高而降低;当碳源浓度为400 mg·L~(-1) (碳氮比为4.7)左右时效果最好,总氮去除率最高为64.7%。对于脱氮速率,介体强化脱氮速率随着碳氮比的升高而升高。同时,探讨了投加介体污水生物反硝化脱氮的机理,发现投加介体降低了体系的氧化还原电位(ORP),有利于反硝化脱氮反应的进行。     

SBR法短程硝化处理纤维素乙醇废水的中试研究

针对纤维素产乙醇废水高有机物、高氨氮、难降解的特点,运用短程硝化反硝化脱氮工艺,基于序批式活性污泥反应器(SBR)的调试运行,研究反应器运行方式对COD去除和脱氮效能的影响,为日后纤维素乙醇废水处理的工程化提供借鉴。结果表明:通过控制DO(0.5 mg·L~(-1))、p H(7.6~8.5)和投加碳源等条件,可实现亚硝酸盐氮的积累和转化,最终三氮去除率稳定在70%以上;通过投加不同碳源对比实验,发现乙酸钠作为反硝化外加碳源比葡萄糖具有更高的效率;厌氧工艺处理过的纤维素乙醇废水经短程硝化反硝化工艺处理后,COD去除率维持在20%上下,表明废水可生化性极低,已不适应生物法处理,须利用化学氧化法才能进一步去除;通过周期实验,发现硝化阶段碱度过量对短程硝化进程影响并不明显,相反充足的碱度是保证硝化反应进行的必要条件。     

电极生物膜耦合硫自养强化型人工快渗系统脱氮性能

由于人工快渗(CRI)系统对TN去除率较低,该技术在污水处理领域的应用受到限制。为提高TN去除率,将电极生物膜和硫自养反硝化技术耦合应用于CRI系统,考察了"异养+氢自养+硫自养"反硝化脱氮的可行性,并通过菌群结构解析了电极生物膜耦合硫自养强化脱氮的机理。结果表明,电极生物膜耦合硫自养强化型CRI系统在电流强度为15mA时,TN平均去除率可达73.0%,相比传统CRI系统提高了48.0百分点。从稳定运行的电极生物膜耦合硫自养强化型CRI系统反硝化区共检测出231个已知菌属,其中具有硫自养反硝化功能的产硫酸杆菌属(Thiobacillus)和具有氢自养反硝化功能的噬氢菌属(Hydrogenophaga)相对丰度较高,分别为35.9%、15.7%。硫自养反硝化、氢自养反硝化和异养反硝化的共同作用促进了CRI系统脱氮性能的提高。     

印染废水处理厂二级出水的硫自养反硝化脱氮工艺

采用硫/白云石自养反硝化脱氮工艺处理印染废水处理厂二级出水,考察不同污泥接种方式、水力停留时间(HRT)、温度及进水负荷对系统脱氮效果的影响。结果表明:反应器在3 d内即可完成快速启动,工程应用中可不接种污泥;反应器最佳HRT为20 min,TN去除率为40.2%,但反冲洗频率加快;温度、进水负荷对系统脱氮效果影响较大,当温度在25~30℃之间,TN平均去除率为43.8%;当进水负荷为(1.37±0.15)kg·(m~3·d)~(-1),TN平均去除率为37.1%,反应器具有较强的抗冲击负荷能力。     

三维生物膜电极反应器去除地下水中硝酸氮

采用三维生物膜电极反应器(three-dimensional biofilm electrode reactor,3D-BER)并接种氢自养反硝化菌,研究了不同因素对其处理地下水中硝酸氮的影响。结果表明:反应器的电极间距减小有利于硝酸氮的去除,但会增加亚硝酸氮积累的风险,适宜的极板间距为50 mm;去除硝酸氮的最佳电流强度范围为40~60 mA,最适进水硝酸氮浓度范围为35~50 mg·L~(-1),最佳进水pH的范围为7.5~8.5,最佳水力停留时间为12 h。该条件下反应器运行效果稳定,不需外加氢源和碳源。通过与不接种氢自养反硝化菌的反应器进行对比分析,认为随着电流强度的增加,纯电化学作用对硝酸氮的还原作用也增强,但纯电化学反应在反应器脱氮过程中的比例远小于生物作用。3D-BER对硝酸氮的去除是由氢自养反硝化作用、电化学反应与部分异养反硝化共同作用的结果。     

基于好氧反硝化反应器的海水脱氮性能及动力学特征

以去除海水循环水养殖系统中硝酸盐(NO_3~--N)为目的,通过接种好氧反硝化细菌的方式构建海水好氧反硝化反应器,对其反硝化脱氮性能和动力学特征展开研究。研究结果显示,好氧反硝化反应器完成挂膜需要15 d。在有氧条件下,反应器对NO_3~--N浓度为30～150 mg·L-1海水具有良好的反硝化性能,NO_3~--N的去除率达到90%以上。批次实验结果显示:好氧反硝化过程呈现阶段性,NO_3~--N在整个过程中可被高效去除;NO_2~--N积累最大值随初始NO_3~--N浓度的增大而增大,且初始NO_3~--N浓度越高,NO_2~--N完全去除所需时间越长。采用Monod方程的微分方程模型,能够很好地拟合反硝化过程中NO_3~--N、NO_2~--N的变化趋势。该好氧反硝化反应器具有良好的脱氮性能,为解决循环水养殖系统NO_3~--N积累问题提供了新的思路。     

盐度和曝气时间对包埋颗粒短程硝化启动的影响及其动力学分析

针对短程硝化反应器启动时间长、效果不稳定等问题,使用水性聚氨酯(WPU)制作硝化污泥包埋颗粒,利用SBR设置盐度梯度以及不同曝气时间进行批次实验,启动短程硝化;通过控制最佳反应条件启动UASB短程硝化反应器,同时进行动力学分析。结果表明:在批次实验过程中,随着盐度的增加,氨氮去除率(η_A)及NO_2~--N积累率(R_(NAR))先上升后下降。当NaCl浓度为10 g·L~(-1)时,短程硝化效果最佳,η_A为55%,R_(NAR)为90%;不同曝气时间对短程硝化的稳定性有较大的影响,曝气时间为8 h时短程硝化效果最稳定,η_A和R_(NAR)分别达到56%和96%。控制NaCl浓度为10 g·L~(-1),HRT为8 h,成功实现了UASB短程硝化反应器的启动;包埋颗粒对氨氮的动力学特性符合Haldane基质抑制动力学模型,具有优良的动力学特性。研究可为包埋颗粒与短程硝化工艺的耦合脱氮提供参考,并为含盐废水的处理提供技术支持。     

HRT对UASB厌氧反硝化脱氮的影响

在反硝化脱氮的影响因素方面,研究多集中在碳源种类和碳氮比(C/N)2个方面,而对水力停留时间(HRT)的影响很少有报道。采用UASB作为厌氧反硝化反应器,进水NO_3~--N为50 mg·L~(-1),C/N比固定为1.5,分别以葡萄糖和乙酸钠作碳源,研究HRT对反硝化效果的影响。结果表明:当外加碳源为葡萄糖时,最佳HRT为6 h,此时NO_3~--N和TN的去除效果最好,去除率分别为79.5%和63.8%,出水NO_2~--N和NH_4~+-N浓度分别为4.69 mg·L~(-1)和2.22 mg·L~(-1);当外加碳源为乙酸钠时,最佳HRT为4 h,对应的NO_3~--N和TN去除率分别为99.0%和91.4%,出水NO_2~--N和NH_4~+-N浓度分别为3.08 mg·L~(-1)和0.47 mg·L~(-1)。HRT对反硝化效果有显著影响,且跟碳源种类有关。HRT会影响反硝化菌、反硝化异化还原成铵(DNRA)细菌和其他异养菌之间的平衡。     

3DBER-S阴极nirS型反硝化菌群的分析

为探究低碳氮比条件下3DBER-S(三维电极生物膜与硫自养耦合脱氮工艺)阴极反硝化菌群特征、强化脱氮机制,在TOC/TN=0.36的进水条件下稳定运行反应器,运用nir S基因克隆文库方法,分析了3DBER-S阴极生物膜反硝化菌群结构。结果表明,在3DBER-S阴极生物膜上反硝化菌中,β变形菌(β-proteobacteria)是优势菌种,占细菌总数的59.22%。其中,所占比例最大的是异养菌,包括与固氮弧菌属(Azoarcus tolulyticus)和趋磁螺菌(Magnetospirillum magneticum)类似的细菌,分别占44.74%和21.05%。能够分别利用硫单质或氢气作为电子供体进行反硝化脱氮的Sulfuricella denitrifican、高氯酸盐降解菌(Dechlorospirillum sp.)和陶厄氏菌属(Thauera)三者所占比例之和达到了17.11%。表明系统中氮的去除是由异养反硝化、氢自养反硝化和硫自养反硝化共同作用的结果,既有效减少了脱氮过程中有机碳源的消耗,又维持了系统酸碱度的平衡,从而能够在低碳氮比条件下维持稳定高效的脱氮效果。     

低曝气下PAC强化SBR工艺同步脱氮除磷

采用序批式反应器(SBR)处理模拟生活污水,研究不同曝气量(30、24、18和12 L/h)下活性污泥同步脱氮除磷规律,并在最佳曝气量下,比较了粉末活性炭-序批式反应器(PAC-SBR)和SBR的脱氮除磷效率,分析了低曝气下PAC-SBR的运行特性和优越性。实验结果表明,当曝气量为24 L/h时,SBR内出水效果较好,其COD、TN和TP的平均去除率分别可以达到90.02%、81.13%和88.12%。在这个最佳曝气量下,PAC-SBR具有明显的优势,其COD、TN和TP的平均去除率均高于SBR,并且PAC-SBR具有较好的污泥沉降性能和较高的活性污泥浓度。在PAC-SBR中,活性污泥以PAC作为微生物载体强化了生物降解效果,并改善了低曝气下污泥絮体的结构,促使反应器内先后形成缺氧-厌氧-微氧/缺氧-缺氧的环境,利于同步硝化反硝化和反硝化聚磷,提高了PAC-SBR的同步脱氮除磷效率。     

MBBR一体式耦合短程硝化-厌氧氨氧化处理污泥水

采用移动床生物膜反应器(MBBR)处理已回收磷后的实际污泥水,在进水平均氨氮浓度为167.51 mg·L~(-1)、HRT为22.24 h、DO为0.5 mg·L~(-1)和温度为24～26℃的条件下实现了一体式短程硝化-厌氧氨氧化过程的耦合,对氨氮和总无机氮的最大去除率可达96%和79.7%。但是,一体式反应器受DO浓度影响较大,维持稳定的DO浓度对于系统的氮去除非常重要。荧光原位杂交(FISH)及高通量测序结果表明,MBBR的生物膜及活性污泥中Nitrosomonas菌分别占总菌数的10.46%和21.46%,厌氧氨氧化菌的优势菌种Candidatus Kuenenia在生物膜和活性污泥中分别占总菌数的4.13%和0.71%。因此,MBBR中活性污泥主要完成亚硝化,生物膜主要完成厌氧氨氧化,常温条件下,两者在一个反应体系中共同完成了对污泥水中氮的高效自养脱除。以上结果表明了一体式反应器处理实际污泥水的可行性,可为该工艺在实际工程中的应用提供参考。     

氢自养脱氮法去除污染地下水中硝酸盐氮的模拟研究

针对硝酸盐氮污染地下水,利用含水层介质培养驯化氢自养脱氮菌,借助静态实验,开展氢自养脱氮的室内研究,考察了初始NO_3~--N浓度、C/N、P/N、溶解氧(DO)和腐殖酸(HA)对脱氮能力的影响。结果表明,当初始NO_3~--N浓度为11mg·L~(-1)时,反应7 d后去除率为97.0%;当初始值分别为22和44 mg·L~(-1)时,13 d后去除率为97.9%和60.7%。在C/N≤2∶1时,生成的NO_2~--N峰值达3.45 mg·L~(-1)。当C/N=15∶1~20∶1时,去除率增加至97.1%~97.8%,NO_2~--N为0.12~0.35 mg·L~(-1)。当P/N由0.03∶1增加至0.29∶1时,去除率由76.5%上升至98.1%。当DO≤1.98 mg·L~(-1)时,去除率为93.7%~96.8%;当DO≥3.87 mg·L~(-1)时,去除率降低至84.1%~88.5%。当HA由0.05 mg·L~(-1)增加至38.75 mg·L~(-1)时,去除率为96.8%~98.1%,同时与初始HA相比残留HA呈降低趋势。初始NO_3~--N浓度、C/N、P/N和DO显著影响氢自养脱氮性能。HA抑制自养脱氮性能,且HA存在时部分NO_3~--N被异养脱氮去除。     

溶解氧对SBR脱氮性能与脱氮方式的影响

通过设置不同溶解氧(DO)浓度(曝气时段DO浓度均值分别为2.0、1.2和0.4 mg/L),研究了SBR的脱氮性能以及脱氮方式。结果表明,低DO条件下SBR可实现良好的脱氮效果,但需延长曝气时间。运行稳定后,各反应器氨氮的去除率均达到94%以上。总氮去除率随DO水平的降低而增高,分别为67%、74%和78%。不同DO浓度下SBR的脱氮方式不尽相同,DO浓度越低,同步硝化反硝化(SND)脱氮效果越明显。DO为2.0、1.2和0.4 mg/L时,SND率分别为31.4%、48.3%和66.8%。典型周期性实验表明,DO为2.0 mg/L时,通过SND现象去除的总氮占进水总氮的比例为7.6%,通过内源反硝化去除的总氮为12.0%;DO为1.2 mg/L时,通过亚硝酸型SND现象去除的总氮为12.2%,通过内源反硝化去除的总氮为8.1%;DO为0.4 mg/L时,通过亚硝酸型SND现象去除的总氮为15.8%,通过内源反硝化去除的总氮为5.0%。     

低浓度乙酸盐诱导下厌氧氨氧化与异养反硝化高效耦合脱氮

通过连续流实验研究了低浓度乙酸盐诱导下厌氧氨氧化颗粒污泥与异养反硝化菌的耦合脱氮性能,同时采用批试实验考察耦合系统中的氮素转化及去除途径。结果表明:采用低浓度乙酸盐对厌氧氨氧化颗粒污泥进行驯化,可以实现厌氧氨氧化与异养反硝化的高效耦合脱氮。系统在稳定时期,进水NH_4~+-N为30~40 mg·L~(-1)、NO_2~--N为45~55 mg·L~(-1)、CH_3COONa为60~80 mg·L~(-1),NH_4~+-N、NO_2~--N和TN的去除率分别为93.84%、94.62%和86.46%。耦合系统中的颗粒污泥同时存在厌氧氨氧化特性、硝化特性和反硝化特性。颗粒污泥表现出良好的厌氧氨氧化特性,总氮去除速率为12.46 mg·(g MLSS·h)~(-1)。系统中存在的硝化细菌可以消耗进水中的溶解氧从而缓解溶解氧对ANAMMOX菌的抑制,其中AOB活性高于NOB活性。系统中颗粒污泥对硝氮的反硝化作用强于对亚硝氮的反硝化作用,亚硝氮反硝化和硝氮反硝化的降解速率分别为1.89和3.59 mg·(g MLSS·h)~(-1)。当亚硝氮和硝氮同时存在时,反硝化菌优先将硝氮还原成亚硝氮。     

基于SBBR的单级自养脱氮快速启动

以普通活性污泥为接种污泥,采用人工配制无机氨氮废水进行单级自养脱氮工艺快速启动研究。启动过程经历了污泥适应期、部分短程硝化选择期以及单级自养脱氮实现期3个阶段。经过29 d的培养驯化,通过控制游离氨的方法实现了部分短程硝化。当出水中亚硝酸盐积累率达到60%左右时,立即将序批式生物膜反应器(SBBR)由连续曝气改为间歇曝气,间歇曝气使得厌氧氨氧化菌(AAOB)的富集与亚硝酸氧化菌(NOB)的淘汰同时进行,并且避免了高浓度亚硝酸盐对AAOB的抑制作用,从而实现了单级自养脱氮的快速启动。实验仅用50 d成功启动了SBBR单级自养脱氮工艺,总氮容积去除负荷达到0.173 kg N/(m3·d),氨氮的平均去除率达到98.68%,总氮的平均去除率达到80.87%。成功启动之后,反应器内只有少量的悬浮污泥,大部分的污泥都附着在填料上,污泥颜色呈褐色,而反应器内壁及出水管上附着的污泥呈浅砖红色,表明反应器内富集了大量的AAOB。