NO_2~--N和盐度对反硝化除磷及N_2O释放的影响

以驯化好的反硝化除磷污泥为研究对象,通过批式实验考察了NO_2~--N和NaCl浓度对反硝化除磷率及N_2O释放的影响。当进水亚硝酸盐的浓度由15 mg·L~(-1)升高至25和40 mg·L~(-1)时,除磷率由68.81%±0.5%降至66.25%±1%和62.88%±0.8%,TN的去除率由90.6%±0.7%降至74.55%±1.5%和51.65%±2%,N_2O释放量分别为4.82、13.83和17.06 mg。当NaCl质量分数为0%、0.5%、1%和2%时,TN的去除率由74.55%±1%降至68%±2%、64.2%±1%和54.3%±2.5%,除磷率由66.37%±1.5%降至61.29%±1%、50.47%±2%和36.7%±0.5%,N_2O-N转化率为41.1%±2%、41.4%±2.5%、48.94%±0.6%和51.03%±2%。因此,NO_2~--N和NaCl质量分数的升高均会降低脱氮除磷效率,但增加了N_2O释放量;兼顾脱氮除磷效率前提下,NO_2~--N为25 mg·L~(-1)、NaCl质量分数为1%是N_2O释放量增加的优化条件。     

CANON工艺中不同NH_4~+-N浓度条件下N_2O释放特征

在温度为(30±1)℃,以人工配置无机高氨氮废水为进水的条件下,采用序批式生物膜CANON反应器(陶粒为填料),研究了不同NH_4~+-N浓度条件下,CANON工艺脱氮过程中N_2O的释放特征。研究表明:通过控制NH_4~+-N浓度分别为200、300、400和500 mg·L~(-1),获得了84.69%、80.58%、78.16%和90.09%的TN去除率,对应的TN去除负荷分别为1.42、1.48、1.52、1.82 kg·(m~3·d)~(-1),CANON反应器脱氮性能非常稳定;反应过程中,对应的N_2O释放总量分别为6.44、10.34、13.45、19.53 mg,即随着初始NH_4~+-N浓度的增加,N_2O的释放总量逐渐增加;而N_2O的释放率虽然也有增加,但增加幅度并不显著,占TN损失的比例分别为6.06%、7.00%、7.06%、7.15%;在一个反应周期内,N_2O与NO_2~--N均呈现先升高后降低的变化趋势,但无因果关系。CANON反应器产生大量N_2O的主要原因,并非源于NO2--N的积累,也与FNA无关,而是羟氨积累造成的。     

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。     

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。     

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。     

UASB-SBR工艺处理规模化畜禽养殖废水

针对规模化畜禽养殖废水常规厌氧-好氧组合处理工艺及SBR处理工艺脱氮效率低、运行费用高等问题,采用UASB-SBR工艺,研究3种不同的SBR模式对处理效果的影响。结果表明,UASB容积负荷(以COD计)8 kg·(m~3·d)-1、pH 7.0、温度35℃、HRT 25 h时,COD去除率为80%~85%;SBR在进水15 min、反应480 min、沉淀60 min、出水15 min、闲置810 min条件下,对废水COD、NH_4~+-N、和TN去除率分别为91.8%、98.7%和71.6%,出水COD≤180 mg·L~(-1)、NH_4~+-N15 mg·L~(-1)、TN50 mg·L~(-1),达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596-2001)。该运行条件下NO_2~--N积累率超过50%,出现了NO_2~--N积累,短程硝化反硝化是主要脱氮方式。     

玉米叶水解液作为好氧反硝化的补充碳源分析

为了降低生物脱氮的碳源成本,首次对玉米叶作为好氧反硝化替代碳源进行研究。先将玉米叶水解预处理,使有机碳源更容易被螯台球菌(Chelatococcus.daeguensis)TAD1获得。在温度为50℃、转速为160 r·min~(-1)的条件下,分别考察玉米叶水解液、柠檬酸钠与玉米叶水解液混合物作为碳源时TAD1的好氧反硝化性能,以及初始pH、NO_3~--N、NO_2~--N浓度对好氧反硝化的影响。结果表明:初始NO_3~--N为100 mg·L~(-1),柠檬酸钠与玉米叶水解液比例为1∶4时好氧反硝化效果最好,其最佳pH为8.0,此时脱氮率为96.79%。初始NO_3~--N为250 mg·L~(-1)时,以玉米叶水解液为唯一碳源时,反硝化速率高达24.30 mg·(L·h)~(-1),脱氮率高达97.20%。总的来说,NO_3~--N为50~100 mg·L~(-1)时,混合液更适宜作为TAD1的碳源;当NO_3~--N为150~300 mg·L~(-1)时,玉米叶水解液更有优势,可以完全取代传统碳源进行反硝化。相似地,NO_2~--N为30~50 mg·L~(-1)时,混合液更适宜作为TAD1的碳源;当NO_2~--N为50~150 mg·L~(-1)时,玉米叶水解液更具优势。     

多孔Fe-Si电极电催化还原硝酸根离子

水体硝酸盐污染已成为一个日益严重的问题。以多孔Fe和Fe-Si合金为阴极,Ti/IrO_2为阳极构建电解系统,对模拟废水(100 mg·L~(-1)NO_3~--N+500 mg·L~(-1)NaCl+500 mg·L~(-1)Na2SO4)进行电解以去除其中的硝酸根离子,并研究了多孔Fe-Si合金在电解过程中的稳定性。实验结果表明,增大电流密度有利于提高NO_3~--N和总氮的去除效率。当电流密度为40 mA·cm~(-2)时,以多孔Fe为阴极,几乎无副产物产生,NO_3~--N和总氮去除率均为94.3%,但电解完成之后Fe电极腐蚀严重,溶液中铁离子浓度达1 418 mg·L~(-1)。而以多孔Fe-Si为阴极时,随合金中硅含量增加,NO_3~--N和总氮去除率均呈下降趋势,但电极稳定性显著提高,电解完成之后溶液中Fe离子浓度显著下降。当Fe-Si合金中硅原子百分比为50%时,NO_3~--N和总氮去除率均为78.8%,此时溶液中Fe离子浓度仅为41 mg·L~(-1)。多孔Fe-Si合金作为阴极还原硝酸根离子时,具有较高的硝酸根去除率和良好的稳定性,应用前景较好。     

DNF-O3-BAC工艺深度处理石化废水的效能和机理

针对石化废水难以达到地方新标准的问题,通过DNF-O_3-BAC工艺对石化废水进行深度处理,采用紫外分光光度法、重铬酸钾氧化法等方法对出水中各类氮浓度、COD、UV_(254)以及分子质量分布进行了检测;研究了不同碳源及C/N比对DNF单元反硝化性能的影响,并探究了DNF-O_3-BAC工艺深度处理石化废水的机理。结果表明:当水力停留时间为2 h,乙酸钠为最佳碳源,在C/N为4的条件下,NO_3~--N去除率达到96.7%,且几NO_2~--N积累;O_3的最佳投加量为20 mg·L~(-1)时,此时COD的去除率为45%左右,B/C稳定在0.2以上,UV_(254)去除率达到14%;在O_3投加量为20 mg·L~(-1)的条件下,最优接触时间为40 min,此时COD去除率达到42%,B/C稳定在0.28,UV_(254)的去除率达到34%左右;相比原水,分子质量≤1 kDa的有机物的比例从69%上升到86%。各单元最优条件下的DNF-O_3-BAC工艺出水中COD为25 mg·L~(-1),UV_(254)稳定在0.11,TN为2 mg·L~(-1)。DNF-O_3-BAC工艺实现了石化废水中有机物和TN的降解,达到了地方标准。     

Fe3+对生物膜反应器去除模拟屠宰废水高氨氮的影响

为解决屠宰废水的高氨氮问题,在2 L SBBR中添加Fe~(3+)对模拟屠宰废水进行脱氮处理。在室温条件下,研究了不同浓度Fe~(3+)对NH_4~+-N、N O_2~--N、NO_3~--N、COD、同步硝化反硝化速率(ESND)、微生物群落分布的影响。结果表明,曝气量为0.6 L·min~(-1),HRT为12 h,Fe~(3+)质量浓度为10 mg·L~(-1)时,NH_4~+-N、COD和TN去除率分别为94%、97%和89.28%。N O_3~--N含量小于5 mg·L~(-1),NO2~--N含量接近0 mg·L~(-1),ESND平均值可达93.91%,比对照组高5.24%。Fe~(3+)提高了微生物抗低温冲击性,加快了同步硝化反硝化速率。高浓度的Fe~(3+)(30～50 mg·L~(-1))会产生生物毒性,抑制生物脱氮。SEM及显微镜观察发现,含有10 mg·L~(-1) Fe~(3+)的体系减少了生物质流失,微生物种类丰富,体系脱氮性能得到有效提升。     

A/OMBBR工艺处理垃圾焚烧渗沥液厌氧出水过程中N_2O释放的影响因素

采用A/O MBBR工艺对垃圾焚烧渗沥液经厌氧生物处理后的出水进行脱氮处理,考察进水COD/N、pH、温度和回流比对脱氮系统中N_2O释放量的影响。结果表明,A/O MBBR系统中N_2O的释放量受进水COD/N、pH和回流比的影响较大,受温度的影响较小。降低进水COD/N、pH从8.5升高到9.5或降低到7.5、回流比从300%升高到400%,系统中N_2O的释放量均会升高。当进水COD/N为4.2,进水pH为8.5,温度为32℃,回流比为300%时,A/O MBBR系统中总N_2O的释放量最低,为2.03 mg·L~(-1),NH+4-N转化率和TN去除率分别为99.3%和80.6%。     

溶解氧对EBPR主流除磷及侧流磷回收性能的影响

采用交替厌氧/好氧(An/O)模式下运行的SBR,考察不同溶解氧(DO)浓度(1.0、0.5、0.1 mg·L~(-1))对同步侧流磷回收的强化生物除磷(enhanced biological phosphorus removal,EBPR)主流系统除磷及侧流磷回收性能的影响。结果表明,整个实验阶段主流系统对COD、NH_4~+-N及TN的去除均能稳定达到《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级A标准,其中TN因出水NO_3~--N浓度的降低而降低,故TN去除率升高。DO为1.0 mg·L~(-1)和0.5 mg·L~(-1)时对磷的去除率分别为99.0%和95.4%,主流系统出水磷达标率分别为96.0%和84.0%。而当DO浓度过低(0.1 mg·L~(-1))时,硝化与吸磷对有限电子受体的竞争及吸磷时间不足导致反应结束时系统内平均磷残留量达1.02 mg·L~(-1),除磷率降至87.2%。鉴于侧流磷回收是对主流系统的磷剥夺,会影响污泥的好氧吸磷能力,继而厌氧阶段释磷量因侧流提取降低。与此同时,DO为1.0 mg·L~(-1)时,侧流磷回收率较其余2个工况高,且此工况下主流系统的厌氧释磷及好氧吸磷能力均最高,考虑到主流工艺的可靠运行及出水稳定性,认为DO=1.0 mg·L~(-1)为最优工况。     

多级潮汐流人工湿地对污泥厌氧消化液中氨氮及有机物的去除特征

针对城市污水处理厂污泥厌氧消化液回流而引起城市污水处理厂处理系统内氨氮累积的问题,采用多级潮汐流人工湿地(MTF-CWs),研究MTF-CWs对污泥厌氧消化液中氨氮和有机物的去除特征及其主要去除途径。经过260 d的运行,结果表明,NH_4~+-N和COD平均进水浓度分别为859.55 mg·L~(-1)和446.52 mg·L~(-1),MTF-CWs对NH_4~+-N和COD均有较好的处理效果,平均去除率分别为66.50%和47.10%。在MTF-CWs中,转化为NO_2~--N和NO_3~--N占被去除NH_4~+-N的73.21%,硝化反应是NH_4~+-N去除的主要途径,MTF-CWs的平均硝化速率为0.3 kg·(m~3·d)~(-1)。TN的平均去除率为17.63%,去除效果较差,其原因在于原水中缺少反硝化所需要的碳源。     

间歇曝气SBR处理垃圾渗滤液的脱氮性能

采用两级串联间歇曝气序批式反应器(intermittent aeration sequencing batch reactor,IASBR)处理高氨氮低碳氮比的垃圾渗滤液,研究在控温(25±2)℃,进水碳氮比(COD/TN)为3.0条件下的脱氮性能。进水氨氮(NH_4~+-N)和总氮(TN)浓度分别为(1 100±70)mg·L~(-1)和(1 520±65)mg·L~(-1),1级和2级IASBR的水力停留时间(HRT)分别为5 d和4 d。运行结果表明,经1级IASBR处理后,出水TN浓度降低至约250 mg·L~(-1),其中以有机氮(TON)为主,NH_4~+-N浓度约25 mg·L~(-1);经2级IASBR处理后,出水TN和NH_4~+-N浓度分别稳定在40 mg·L~(-1)和20 mg·L~(-1)以下,TON去除率高达90%以上。两级串联IASBR组合工艺表现出良好的深度脱氮性能,出水TN浓度稳定达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中TN≤40 mg·L~(-1)的排放标准;同时,1级IASBR出水COD浓度高达1 150 mg·L~(-1),经过2级IASBR处理后出水COD降至约770 mg·L~(-1)。     

厌氧氨氧化反应器启动阶段氨氮对N_2O产生量的影响

为了调查厌氧氨氧化反应器启动阶段强温室气体N_2O产生量,对进水口氨氮浓度与N_2O产生量之间的关系进行了研究。实验数据表明,在反应器启动前期,随着反应器进口氨氮浓度由25 mg·L~(-1)逐渐升高至120 mg·L~(-1),N_2O产生量由0.4%急剧增长至1.4%,进水口氨氮浓度与N_2O产生量呈现明显正相关性。微生物分析结果表明,反应器启动前期,N_2O释放主要与部分亚硝化细菌的反硝化作用有关。     

C/N对单级脱氮系统N_2O排放量及其途径的影响

采用4组0.5 L的批式反应器,调节进水初始NH_4~+-N为100 mg·L~(-1),控制温度为30℃,DO为(2.00±0.20)mg·L~(-1),以葡萄糖为有机碳源,采用化学抑制法研究进水C/N分别为0、0.5、1.0和1.5时,单级脱氮系统的氮转化情况、N_2O排放量及N_2O排放途径。结果表明,反应器进水C/N从0升高至1.5,在6 h时系统TN去除率由14.5%增至23.5%,而系统N_2O排放量由180μg减至10μg,N_2O转化率由2.5%降至0.1%。随着进水C/N的升高,氨氧化菌(AOB)反硝化产生的N_2O排放量在3.6~11.7μg之间波动,而同步硝化-反硝化产生的N_2O排放量降幅明显,由176.8μg降至5.3μg。当C/N为较低的0和0.5时,同步硝化-反硝化对N_2O排放贡献率均达到85%以上,系统N_2O排放途径主要为同步硝化-反硝化;当C/N为较高的1.0和1.5时,AOB反硝化对N_2O排放贡献率为45.9%和26.5%,系统N_2O排放途径主要为同步硝化-反硝化和AOB反硝化作用。     

曝气量对短程硝化过程中N_2O产量的影响

采用敞开式SBR,分别研究曝气量为20、40、60和80 L·h-1工况下,短程硝化过程中溶解态N_2O的逸出规律及N_2O总产量。研究结果表明:曝气过程中溶解态N_2O释放速率与曝气量及溶解态N_2O浓度正相关,随着曝气量的增大,N_2O释放速率-溶解态N_2O浓度变化系数分别为0.001 5、0.002 4、0.003 5和0.004 3 s-1;在各种曝气量下的亚硝化过程中,溶解态N_2O浓度呈先增加后减少现象变化;短程硝化反应时间随曝气量的增长而明显缩短;在亚硝化反应过程中溶解态N_2O最大值及N_2O总产量随着曝气量的增大而明显减小;曝气量由低到高,亚硝化率逐步降低,分别为99.6%、94.9%、92.2%和85.5%,N_2O总产量分别为21.3、9.4、6.8和3.7 mg·L~(-1)。低曝气量(20 L·h-1)下,N_2O的产量远高于高曝气量(80 L·h-1)下的产量。中等强度曝气量(40 L·h-1、60 L·h-1)下,亚硝化过程既可以维持较高的亚硝化率,又可以有效地减少N_2O总产量。     

有机碳对养殖池塘沉积物中反硝化、厌氧氨氧化的影响

养殖沉积物中反硝化作用对于缓解氮污染有重要的作用,沉积物中的反硝化和厌氧氨氧化菌可将化合态氮转变为氮气,从而有效降低污染,有机碳在该过程中有着重要的作用。为了解有机碳对养殖池塘沉积物中反硝化、厌氧氨氧化的影响,采取理化分析和分子生物学分析等方法,以养殖池塘沉积物为基质、人工配水为营养液,添加不同浓度的淀粉,分析120 h内底物亚硝氮(NO_2~--N)、硝氮(NO_3~--N)、氨氮(NH_4~+-N)和TOC浓度,并对反硝化、厌氧氨氧化菌群丰度变化和反硝化菌多样性进行分析。结果表明:淀粉浓度在150 mg·L~(-1)时,NO_2~--N和NO_3~--N的去除率最高,分别达到98.90%和99.86%;NH_4~+-N去除率在淀粉浓度为50 mg·L~(-1)时最高,为35.98%。随着淀粉浓度的增加,反硝化菌的丰度明显增加,但有机碳对厌氧氨氧化菌群具有抑制作用。当淀粉浓度为150 mg·L~(-1)时,反硝化菌的丰度最大、多样性水平最高、物种数目最大,反硝化细菌优势菌属为未分类的变形菌属和β-变形菌属。     

不同电子受体浓度对反硝化除磷的影响及动力学特性

以A~2/O-移动床生物膜反应器(MBBR)长期稳定运行的反硝化除磷污泥为研究对象,通过在厌氧段投加乙酸钠、缺氧段投加NO_3~--N,考察反硝化聚磷菌(DPAOs)在不同电子受体浓度(NO_3~--N:10、20、30、40、50 mg·L~(-1))下的脱氮除磷特性以及内碳源转化利用规律。实验结果表明:缺氧段电子受体不足导致吸磷受限,微生物由于处于饥饿状态出现糖原(GLY)降解,增加二次释磷的风险;而电子受体过量会抑制DPAOs的生物活性,降低内碳源的转化利用效率和同步脱氮除磷效果。当NO_3~--N浓度为30～40 mg·L~(-1)时,NO_3~--N和PO_4~(3-)-P去除率分别为92.28%～96.37%和99.39%～100%,聚-β-羟基链烷酸脂(poly-β-hydroxyalkanoate,PHAs)利用率为84.6%～86.2%,达到较好的同步脱氮除磷效果且实现了内碳源的高效利用。动力学参数对比结果表明,不同电子受体浓度下比吸磷速率(PUR)和比反硝化速率(DNR)在4.32～8.18 mg·(g·h)~(-1)、1.81～6.08 mg·(g·h)~(-1)(以VSS计)范围内波动,且NO_3~--N/PO_4~(3-)-P比值可间接反映DPAOs生物活性。     

基于污水厂尾水的人工湿地系统中水体氮的水流方向分布特征及污染评价

天津临港人工湿地是以污水厂尾水为水源的组合人工湿地,为探究其水体形态氮的分布特征和污染状况,以该湿地系统为研究对象,采集并分析了湿地水样,基于GIS克里格插值法,对湿地水体形态氮和典型理化性质的分布和污染特征进行了研究,结合单因子污染指数法评价了水体污染程度。结果表明:湿地水体TN浓度为0.657～5.576 mg·L~(-1),其中NO_3~--N(0.095～3.920 mg·L~(-1))浓度相对较高,占TN的49.2%;沿水流方向,TN、NO_3~--N和NO_2~--N的分布趋势基本一致,从入水口至景观湖呈逐渐降低趋势;NH_4~+-N的分布相对复杂,在潜流和表流湿地下游与景观湖交汇处浓度最高,表流湿地浓度最低;pH和EC分别对NH_4~+-N和NO_3~--N的分布特征具有较大的影响作用。根据单因子污染指数法,湿地水体TN超标(P_i1),调节塘TN污染最为严重,调节塘可作为TN优控区。以上结果有助于深入认识以污水厂尾水为水源的组合人工湿地中氮污染物的赋存形态及分布特征。