亚硝酸盐对生物膜CANON工艺脱氮性能和N_2O释放的影响

通过调控进水NO_2~--N浓度分别为0、25、50和100 mg·L~(-1),研究不同初始NO_2~--N浓度对CANON工艺脱氮效果和N_2O释放的影响。结果表明:SBBR中,初始NO_2~--N浓度分别为0、25、50和100 mg·L~(-1)时,TN去除率分别达到81.65%、89.09%,87.75%和88.39%;对应的N_2O释放率分别为7.03%、7.93%、10.21%和11.94%;前1/2周期内N_2O释放量分别占总释放量的46%、53%、68%和75%。通过分析可知,较高初始NO_2~--N浓度,可以增加TN去除率,但是会刺激CANON工艺中N_2O释放量的增加。     

MTF-CWs工艺对剩余污泥厌氧消化液的强化脱氮效果

采用多级潮汐流人工湿地(multi-stage tidalflow constructed wetlands,MTF-CWs)处理城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化液(excess sludge anaerobic digester liquids,ES-ADL),以垂直潮汐流的运行方式强化硝化,并根据进水NH_4~+-N和TN浓度分为2种不同工况。实验结果表明:在进水COD、NH_4~+-N和TN浓度分别为(293.68±9.62)、(845.70±11.53)和(847.00±11.47)mg·~(L-1)的条件下(工况1),出水COD、NH_4~+-N和TN浓度分别为(84.47±8.10)、(8.81±1.74)和(351.50±7.78)mg·L~(-1),COD、NH_4~+-N和TN的平均去除率分别为72.45%、98.93%和56.48%;在进水COD、NH_4~+-N和TN浓度分别为(413.31±7.47)、(1 023.85±8.32)和(1 025.78±8.31)mg·L~(-1)的条件下(工况2),出水COD、NH_4~+-N和TN浓度分别为(51.60±6.05)、(9.58±3.13)和(359.92±7.68)mg·L~(-1),COD、NH_4~+-N和TN的平均去除率分别为87.34%、99.05%和64.68%。在上述2种工况条件下,可将城市污水处理厂ES-ADL回流引起的氮循环累积量分别降低58.50%和62.19%。溶解氧消耗计算结果表明:MTF-CWs并没有提供NH_4~+-N的氧化(全程硝化或短程硝化过程)所需要的溶解氧;氮平衡计算结果表明:2种工况条件下通过非传统硝化-反硝化途径(如厌氧氨氧化)去除的总氮负荷分别占据总氮去除负荷的86.30%和82.53%。采用Miseq高通量测序技术进行菌群分析,结果表明:在反硝化脱氮贡献最大的人工湿地单元存在大量的厌氧氨氧化细菌Candidatus Kuenenia,且其占比随着取样深度(0.05～0.20m)增加而增加(其丰度由5.08%增加到13.18%),表明MTF-CWs处理ES-ADL时存在厌氧氨氧化途径。     

DO浓度对间歇曝气单级自养脱氮系统N2O排放的影响

以单级自养脱氮系统为研究对象,采用有效容积为15 L的SBBR反应器,系统进水NH+4-N浓度约为360 mg/L,控制温度为(30±2)℃,采用间歇曝气方式运行,曝气段DO浓度从2.4~2.6 mg/L逐渐下降到0.9~1.1 mg/L,研究了单级自养脱氮系统的脱氮性能与N2O排放情况。结果表明,反应器曝气段DO浓度从2.4~2.6 mg/L下降到0.9~1.1mg/L,系统TN去除率均达到80%,但在相同运行时间内的TN去除率依次降低,NH+4-N平均反应速率从0.19 mg/(L·min)降低至0.05 mg/(L·min),NO-3-N累计产生量稳定于14.9~16.5 mg/L,NO-2-N浓度在反应器内未产生明显的积累。随着曝气段DO浓度的下降,最大N2O释放速率逐渐降低,N2O累计释放量从73.8 mg下降到61.0 mg,N2O转化率介于2.4%~2.9%。     

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)。     

厌氧氨氧化耦合部分反硝化处理低浓度氨氮废水

通过接种厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia)与部分反硝化菌(Thauera)形成厌氧氨氧化与部分反硝化耦合处理模拟城镇污水中的氨氮(NH_4~+-N)与硝氮(NO3--N),考察不同NO3--N/NH_4~+-N比对耦合系统脱氮性能的影响及最佳NO3--N/NH_4~+-N比下耦合系统的稳定性和脱氮的途径。结果表明:在COD/NO3--N为2.5、NH_4~+-N浓度为20~40 mg·L~(-1)的条件下,NO3--N/NH_4~+-N比在0.8~1.6的范围内均可实现部分反硝化与厌氧氨氧化协同脱氮,且当NO3--N/NH_4~+-N比为1.2时,耦合效果最佳,对应的NH_4~+-N、NO3--N及总氮(TN)去除率分别为92.85%、99.68%和96.42%;厌氧氨氧化菌在耦合系统中的活性稳定在(4.62±0.44)mg·(g·h)-1(以VSS计),且与反硝化菌存在协同竞争关系,进水NO3--N的84.3%由厌氧氨氧化途径去除,15.7%由异养反硝化途径去除。     

硝化液循环比对DBF-BAF工艺处理焦化废水效能的影响

采用DBF-BAF工艺处理焦化废水,考察不同硝化液循环比条件下系统的脱氮除碳效果,通过分析循环比对各反应器内的氮赋存反应、COD去除特性的影响,探究其对DBF-BAF工艺处理焦化废水时脱氮除碳效能的影响机制。结果表明:适当增大循环比,有利于系统脱氮除碳,在300%的最佳循环比下,系统对COD、NH_4~+-N、有机氮和TN的平均去除率分别为87.57%、97.34%、99.18%和79.97%,出水NH_4~+-N稳定达到5.00 mg·L~(-1)以下;循环比通过改变各反应器进水COD、NO_3~--N、NH_4~+-N、有机氮和DO浓度来影响其内的碳氧化反应和氮素的转化与去除,进而影响系统的脱氮除碳效能。     

气升式外循环涡旋强化生物脱氮反应器运行特性

为考察气升式外循环涡旋强化生物脱氮反应器(反应器Ⅰ)的运行特性,以SBR工艺运行2个反应器,探究了反应器Ⅰ的去除效能、稳定性、参数轨迹变化、优势菌群和最适进水水质等参数,并与普通内循环生物脱氮反应器(反应器Ⅱ)作对比,结合统计学方法对反应器Ⅰ的运行特性进行评价。结果表明:反应器Ⅰ在启动期和稳定运行期运行性能均优于反应器Ⅱ。启动期,反应器Ⅰ的CV_((COD))、S_((COD))、CV_((NH_4~+-N))、S_((NH_4~+-N))、CV_((TN))、S_((TN))值分别是反应器Ⅱ的0.77、0.26、0.96、0.95、0.95和0.71倍。稳定运行期,反应器Ⅱ的CV_((COD))、S_((COD))、CV_((NH_4~+-N))、S_((NH_4~+-N))、CV_((TN))、S_((TN))值分别是反应器Ⅱ的0.92、0.87、0.35、0.22、0.96和0.82倍;稳定运行时采用高通量测序发现反应器Ⅰ中Proteobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi和Nitrospira等优势微生物类群丰度高于反应器Ⅱ,在微生物群落多样性上反应器Ⅰ高于反应器Ⅱ;反应器适宜进水NH_4~+-N浓度为200~300 mg·L~(-1),pH值为7.0~8.0。     

水力负荷对地下渗滤系统微生物分布及N_2O释放的影响

通过实验室模拟实验,分析了进水水力负荷对污水地下渗滤系统脱氮微生物分布及N_2O气体释放特征的影响。结果表明:随着水力负荷的升高,系统对COD、NH_4~+-N和TN等污染物的去除率呈下降趋势;不同深度基质层中硝化细菌数量随着水力负荷的增加而减少,靠近散水区变化最为明显,而反硝化细菌数量随水力负荷的增加而增加。在低水力负荷(≤0.12 m~3·(m~2·d)~(-1))和高水力负荷(≥0.28 m~3·(m~2·d)~(-1))时,生物脱氮作用产生N_2O气体产率较低,平均值1.10 mg N_2O·(m2·d)-1;在中等水力负荷(0.16 m~3·(m~2·d)~(-1))时,N_2O气体的产率达到最大值(3.75±0.038)mg N_2O·(m2·d)-1。综合考虑地下渗滤系统处理能力、除污效果以及N_2O产率等多方面因素,建议在工程应用中,污水地下渗滤系统的进水水力负荷区间0.20~0.24 m~3·(m~2·d)~(-1)。     

多级生物膜反应器对煤气化废水的处理

采用4级生物膜反应器串联处理煤气化废水,分析了反应器的启动过程、污染物去除能力及沿程水质特征,考察了水力停留时间(HRT)、进水污染物负荷对处理效果的影响。结果表明:系统在16 d的培养时间内可快速完成微生物的驯化及固定化;在连续进水、持续曝气的运行方式下,各反应器均具备对NH_4~+-N、COD、TN及SS的同步去除能力,在HRT=55.6 h、ρ(NH_4~+-N)=245~363 mg·L~(-1)、ρ(COD)=761~1 764 mg·L~(-1)、ρ(TN)=262~377 mg·L~(-1)、ρ(SS)=121~143 mg·L~(-1)的进水条件下,反应器出水NH_4~+-N、COD、TN及SS的质量浓度分别为0.23~1.37、16.3~26.1、91.6~139和12.3~18.5 mg·L~(-1),平均去除率分别为99.8%、98.1%、65.8%和88.2%,同步硝化反硝化效率为70.1%;在HRT≥39.2 h、进水NH_4~+-N负荷≤0.203 kg·(m~3·d)~(-1)、进水COD负荷≤1.357 kg·(m~3·d)~(-1)的条件下,出水NH_4~+-N、COD浓度均能满足GB 31571-2015排放标准要求。     

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。     

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%。     

原位洗脱技术对凉水河底泥中氮、磷释放特征的影响

为探讨新兴底泥原位修复技术—原位洗脱技术对城市河流凉水河底泥中氮、磷释放的抑制作用,于现场采集洗脱前后样品并设计室内静态模拟实验,分析了实验期间洗脱组和对照组上覆水中NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、PO_4~(3-)-P、TP浓度和释放速率变化特征。结果表明:洗脱组释放第30天时,NH_4~+-N由底泥向上覆水中平均NH_4~+-N平均浓度为0.52 mg·L~(-1),较对照组下降了89.4%;PO_4~(3-)-P和TP平均释放速率较对照组降低了78.1%和83.0%,上覆水中TP平均浓度为0.22 mg·L~(-1),较对照组下降了68.1%。原位洗脱技术对底泥中NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P释放的抑制作用主要通过对有机氮、磷物质的削减和水-沉积物界面还原环境的改善来实现。     

生物处理组合工艺用于制革废水处理

针对制革废水高COD、高总氮的问题,提出了基于上流式厌氧污泥床(UASB)、上流式反硝化污泥床(UDNSB)、生物接触氧化池的生物处理组合工艺,进行了为期321 d的现场中试研究。研究结果表明,对于COD、TN、NH_4~+-N平均浓度分别为2 740、278和193 mg·L~(-1)的制革废水,在硝化液回流比R为300%,UASB反应器、UDNSB反应器、生物接触氧化池的水力停留时间(HRT)分别为11、22和57 h,平均容积负荷分别为5.63 kg COD·(m~3·d)~(-1)、0.30 kg TN·(m~3·d)~(-1)和0.11 kg NH+4-N·(m~3·d)~(-1)的条件下,该组合工艺处理出水COD、TN和NH_4~+-N的平均浓度分别为190、69.8和4.6 mg·L~(-1),其平均去除率分别达到92%、73%和97%以上。     

降温方式对厌氧氨氧化脱氮性能的影响

考察一次性降温和阶梯式降温对厌氧氨氧化反应器(ASBR)脱氮性能的影响。一次性降温方式(30℃降至15℃),阶梯式降温方式(30℃降至25℃,再降至20℃,最后降至15℃)。温度30℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别为97.3%和98.5%,总氮去除速率为5.12 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N为1.33,厌氧氨氧化活性(SAA)为0.139 g·(g·d)~(-1)。一次性降温至15℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别降至47.9%和55.1%,总氮去除速率降至2.74 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N升至1.51,SAA降至0.071 g·(g·d)~(-1)。阶梯式降温至15℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率降至51.6%和61.2%,总氮去除速率降至3.22 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N升至1.48,SAA降为0.083 g·(g·d)~(-1)。阶梯式降温方式脱氮性能更佳。     

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。     

SBBR工艺硝化过程中DO对N_2O产生量的影响

利用生物膜序批式反应器(SBBR),考察不同溶解氧(DO)条件下硝化过程中N_2O产生及释放过程。研究结果表明:DO浓度增大有利于控制系统中N_2O的产生;DO浓度分别为(1.92±0.14)mg/L、(2.34±0.11)mg/L和(2.70±0.11)mg/L时,硝化过程中N_2O释放因子(N_2O总产量与NH_4~+-N转化量的比值)分别为5.47%、5.36%和4.77%。分析其原因主要是DO浓度的减小使DO对生物膜的穿透力降低,氧传递能力减弱后生物膜系统内易发生以N_2O为产物的氨氧化细菌(AOB)反硝化反应。同时,在研究的3种不同的DO条件下,低DO运行条件更有利于SBBR实现亚硝酸盐型同步硝化反硝化。     

生物脱氮好氧阶段不同反应过程N_2O产量

在成功实现生活污水短程生物脱氮的基础上,采用体积为3 L的小试反应器,利用在线DO监测手段控制DO=1.0 mg·L~(-1),通过投加Na NO2的方式控制系统初始NO~(-2)-N=40 mg·L~(-1),以丙烯基硫脲(ATU)抑制NH+4-N的氧化过程,考察了生物脱氮好氧阶段不同反应过程中N_2O的产生量。结果表明,除缺氧反硝化细菌的反硝化过程外,好氧条件下,氨氧化菌(AOB)能够以NH+4-N作为电子供体,NO~(-2)-N作为电子受体,进行反硝化脱氮过程,其反硝化产物为N_2O。生物脱氮好氧阶段AOB的好氧反硝化和异养菌的缺氧反硝化反应中,N_2O的产量分别占分别占进水总氮(NH+4-N+NO~(-2)-N)的7.23%和7.80%。好氧阶段NH+4-N和NO~(-2)的氧化过程中,几乎没有N_2O的产生。     

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。     

连续流反应器污水硝化过程中的N2O释放

污水生物脱氮硝化阶段是温室气体一氧化二氮(N2O)的重要释放源。采用连续流反应器在2种进水氨氮(NH4-N,低氮反应器60 mg/L和高氮反应器180 mg/L)浓度条件下驯化硝化菌,并研究了不同初始NH4-N浓度和不同初始亚硝酸盐(NO2-N)浓度条件下所驯化硝化菌释放N2O的特征。结果表明在反应器运行过程中2个反应器释放N2O较少,均小于去除NH4-N浓度的0.01%;N2O的释放均随着初始NH4-N浓度或初始NO2-N浓度的升高而增加;不同初始NH4-N浓度条件下,低氮反应器驯化硝化菌的N2O释放率在0.51%~1.40%之间,高氮反应器驯化硝化菌在0.29%~1.27%之间;不同初始NO2-N浓度条件下,低氮反应器驯化硝化菌的N2O释放率在1.38%~3.78%之间,高氮反应器驯化硝化菌在1.16-5.81%之间。     

连续流反应器污水硝化过程中的N_2O释放

污水生物脱氮硝化阶段是温室气体一氧化二氮（N2O）的重要释放源。采用连续流反应器在2种进水氨氮（NH4-N,低氮反应器60 mg/L和高氮反应器180 mg/L）浓度条件下驯化硝化菌,并研究了不同初始NH4-N浓度和不同初始亚硝酸盐（NO2-N）浓度条件下所驯化硝化菌释放N2O的特征。结果表明在反应器运行过程中2个反应器释放N2O较少,均小于去除NH4-N浓度的0.01%;N2O的释放均随着初始NH4-N浓度或初始NO2-N浓度的升高而增加;不同初始NH4-N浓度条件下,低氮反应器驯化硝化菌的N2O释放率在0.51%~1.40%之间,高氮反应器驯化硝化菌在0.29%~1.27%之间;不同初始NO2-N浓度条件下,低氮反应器驯化硝化菌的N2O释放率在1.38%~3.78%之间,高氮反应器驯化硝化菌在1.16-5.81%之间。