升流式生物膜反应器中CANON工艺处理中低浓度氨氮废水的快速启动

为了实现中低浓度氨氮废水情况下CANON工艺的快速启动和稳定运行,在升流式生物膜反应器中,通过调控水力停留时间、溶解氧和回流比,研究进水氨氮浓度为200 mg·L~(-1)时CANON工艺的快速启动过程。结果表明:1～17 d,污泥处于驯化阶段,HRT为12 h,DO控制在0.1～0.2 mg·L~(-1),50%的回流比满足污泥上升流态;18～60 d,HRT逐步缩短至8 h,DO控制在0.3～0.5 mg·L~(-1),回流比增大至150%,AOB和ANAMMOX在该阶段成功富集,填料上初步形成生物膜;61 d时,HRT缩短至6 h,加大回流比至200%,溶解氧控制在0.3～1.0 mg·L~(-1),系统启动加速,此时,进水氨氮负荷增加至0.795 kg·(m~3·d)~(-1);运行至第93天,氨氮和总氮平均去除率分别达到95%和82%,ANAMMOX完成挂膜,CANON工艺成功启动。高通量测序结果显示,在整个启动过程中,优势菌群AOB和ANAMMOX的丰度呈增长趋势,启动完成时,生物膜中AOB占比19.46%,ANAMMOX占比22.49%,分别属于Brocadiaceae和Nitrosmonadaceae。CANON系统集成絮体、颗粒和填料挂膜3种污泥形态为一体,实现了在中低浓度氨氮废水中的高效稳定运行。     

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。     

双重抑制下亚硝化系统的启动及运行特性

采用连续进水(feed-batch)方式的SBR在高氨氮负荷(1 kg·(m~3·d)~(-1))和双重抑制下实现了亚硝化系统的启动及稳定运行。采用荧光原位杂交技术(FISH)对活性污泥中氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)种群及数量变化进行测定。结果表明在温度(35±1)℃,进水氨氮浓度为1000mg·L~(-1)的条件下对NOB的抑制由游离亚硝酸(FNA)和DO的双重抑制转变为游离氨(FA)和DO的双重抑制,污泥亚硝酸盐氧化速率由28.16mg·(g·h)(以MLVSS计)降到0.3 mg·(g·h)~(-1)(以MLVSS计)以下,成功实现了高氨氮废水的稳定亚硝化。反应器出水NO_2~--N平均浓度为466.45 mg·L~(-1),NO_2~--N/NH_4~+-N接近1,NO_3~--N浓度低于20 mg·L~(-1),満足厌氧氨氧化(ANAMM0X)的进水基质要求。FISH结果表明,富集培养阶段AOB、NOB的优势种属由亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)及硝化螺旋菌属(Nitrospira)转变为Nitrosomonas及硝化杆菌属(Nitrobacter),抑制过程中NOB逐渐被淘汰最终硝化菌以Nitrosomonas为主,从微生物学角度佐证了亚硝化的稳定运行。     

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。     

固定化包埋填料高氨氮负荷下短程硝化稳定运行特征

为了探讨固定化包埋填料高氨氮负荷下短程硝化的稳定运行研究,以固定化技术包埋一定量硝化菌填料为载体,并利用序批次反应器进行处理人工配置的氨氮废水实验,该实验研究了实现短程硝化影响因素DO、有机物的控制范围,驯化期间,分别将温度、pH值、DO控制在(31±1)℃、7.8~8.2、1.8~2.0 mg·L~(-1)范围内,进水有机物浓度始终保持在50 mg·L~(-1)以下,体积填充率为15%,采用高游离氨(3.03~14.18 mg·L~(-1))对NOB产生抑制作用,使活性填料中的AOB成为优势菌群,通过历时55 d的培养实现了该填料短程硝化的启动及稳定运行,结果表明,进水氨氮浓度保持200 mg·L~(-1)左右,氨氮去除速率高达28.29 mg NH+4-N·(L·h)~(-1)的同时,氨氮的去除率97%,亚硝酸盐积累NO_2~--N/NO_x~--N85%,实验同时还考察了活性填料的抗冲击负荷能力与单个周期内短程硝化运行特征。     

基于SBR反应器的ANAMMOX工艺的启动运行

采用SBR反应器,接种好氧硝化污泥,在142 d内于较高负荷下成功启动了厌氧氨氧化反应器.反应器总氮容积负荷(以N计)为0.43 kg/m3·d,总氮去除率最高达到93.3%,平均为80.5%;氨氮和亚硝酸盐氮的去除率最高达到93.9%和99.8%,平均去除率为81.2%和85.7%.在稳定运行阶段,氨氮去除量、亚硝酸盐氮去除量、硝酸盐氮生成量三者之间的比值为1:1.38:0.18.反应器启动过程中,出水、进水pH差值的变化趋势由负到正,然后稳定在一定范围内;且污泥性状有较大变化,污泥中微生物所占比率有所提高,整个反应器中适应厌氧氨氧化运行方式的菌种增殖较快.     

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。     

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。     

厌氧氨氧化工艺的启动及微生物群落结构分析

构建了2个装载不同填料的厌氧污泥床(UASB)反应器(R1:载活性炭的K3填料;R2:普通K3填料),对比研究了2种厌氧氨氧化系统的启动特征、脱氮性能,分析了R1反应器的微生物群落结构变化规律,并对R1不同高程的基质去除特征和微生物群落组分进行了解析。结果发现,R1在第86天启动成功,短于R2的100 d,长期运行后R1和R2的最大氮容积负荷(NLR)分别为2.156和2.122 g·(L·d)~(-1),最大氮去除负荷(NRR)分别达到1.855和1.815 g·(L·d)~(-1)。在R1中,内部基质浓度随高度增加而降低,进水NH_4~+-N浓度较低时(50、100 mg·L~(-1))和较高时(350、450 mg·L~(-1)),基质的去除分别集中在反应器高度0~7 cm和17~37 cm处,而且厌氧氨氧化菌含量与氮去除率间呈正相关关系。另外,R1运行过程中厌氧氨氧化优势菌种由Candidatus brocadia(20 d)变为Candidatus Jettenia和Candidatus Kuenenia的混合菌种(134 d)。     

CANON工艺的典型抑制及其恢复性策略

全程自养脱氮(CANON)工艺在110 d时,总氮去除负荷(NRR)达到了1.8 kg N/(m3·d)。在高溶解氧(DO)的条件下,CANON工艺脱稳失活,脱氮性能急剧下降,ANAMMOX菌受到抑制。采取减少曝气量,降低反应器中的DO,可以有效恢复CANON工艺的脱氮性能。在第327天时,进水氨氮浓度高达1 245.5 mg/L,氨氮和总氮去除效率分别达到98.4%和80.3%,而NRR高达了1 kg N/(m3·d)。此后,CANON工艺脱氮效果较为稳定,表明CANON工艺恢复效果明显。SEM分析表明,颗粒污泥表面附着大量的短杆状细菌,细菌之间联系紧密,部分颗粒污泥表面呈现网状结构,细菌之间通过丝状物联系形成颗粒污泥。能谱分析表明,颗粒污泥表面含有O、Na、P、Fe、Ca、C和Si等元素。     

亚硝化颗粒污泥处理低碳高氨氮废水的影响因素

稳定的部分硝化是新型脱氮工艺处理低C/N比高氨氮废水的关键环节。在SBR中,以放置超过30d的亚硝化颗粒污泥为接种污泥,考察反应器内快速启动亚硝化的可行性和污泥形态变化,探讨pH和C/N比对颗粒污泥性能和氮转化的影响。结果表明,通过提高进水负荷可快速启动亚硝化反应器,氨氮去除率和亚硝酸盐累积率均在90%以上,由同步反硝化引起的氮损失为20%左右。降低进水pH至7.0,SBR周期运行最高游离氨FA浓度为5.1mg·L~(-1),有利于NOB选择性抑制,提高氨氮去除率,出水NO_2~--N/NH_4~+-N比值从0.5提高到0.95左右。C/N比高于2,会引起异养微生物的快速增殖,COD去除负荷提高了1.45kg·(m~3·d)~(-1),AOB受显著抑制,出水NO_2~--N/NH_4~+-N由1.0降低至0.65左右,出现颗粒污泥破裂、解体。     

厌氧/特异性移动床生物膜反应器(A/SMBBR)组合工艺处理农药含酚废水

采用SDC-03型生物载体作为填料,考察厌氧-特异性移动床生物膜反应器对农药含酚废水中酚的去除效果,并探讨水力停留时间(HRT)、溶解氧(DO)、进水酚浓度、pH值4个影响因素对反应器处理效果的影响。实验结果表明:在水温20~35℃,进水pH为7.0~8.5,酚浓度为36.70~86.56 mg·L~(-1),系统水力停留时间(HRT)为10 d的操作条件下,酚可稳定在2 mg·L~(-1)以下,运行后期酚浓度可降到0.5 mg·L~(-1)以下,平均去除率为98.24%,最高可达99.56%。出水水质满足《污水综合排放标准》(GB 8978~(-1)996)的排放标准。     

短期有机冲击下船用景观一体化反硝化除磷装置的处理效能

为高效、稳定处理船舶生活污水,研究了船用景观一体化反硝化除磷装置面对短期水质波动的效能变化,采用富集反硝化聚磷菌(DPAOs)的ABR-CSTR连续流组合工艺耦合生态单元处理船舶生活污水,对比了ABR进水容积负荷(VLR)为1.2 kg·(m~3·d)~(-1)、COD为350 mg·L~(-1)的基准条件,通过短期内提高进水中有机底物的浓度,来模拟1.5倍和2.0倍进水有机负荷的有机冲击,此外通过控制硝化液回流比及溶解氧获得应对冲击的调控策略。结果表明:在2种短期冲击下,COD去除率分别为94.1%和92.6%,出水BOD和TN可达标,生物单元出水磷平均为0.76 mg·L~(-1)和1.14 mg·L~(-1),缺氧吸磷量为7.13 mg·L~(-1)和5.82 mg·L~(-1),生态单元可深度降解氮磷及缓冲波动;在1.5倍VLR下,调整硝化液回流比由200%至300%,反硝化吸磷量由7.10 mg·L~(-1)升至7.41 mg·L~(-1),在2.0倍冲击下,提高硝化液回流比对系统除磷帮助甚微,将DO从1.5 mg·L~(-1)升至2.0 mg·L~(-1),吸磷量由5.17 mg·L~(-1)升至6.01 mg·L~(-1),系统反硝化除磷效果得以提升;污泥特性方面,ABR内MLVSS/MLSS比值和EPS量随有机底物浓度的提高而上升,厌氧段EPS增幅最大,可由154.5 mg·g~(-1)升至164.2 mg·g~(-1)和183.4 mg·g~(-1)。ABR-CSTR-生态单元一体化装置面对短期有机冲击具有稳定处理效果,研究结果可为船舶生活污水的治理提供参考。     

UASB处理硫酸盐有机废水的启动

为了考察上流式厌氧污泥床反应器(UASB)处理含硫酸盐有机废水的特性,采用有效容积为10 L的UASB,研究了启动运行过程中COD和SO2-4降解情况、出水VFA和pH值、产气量及颗粒污泥比产甲烷活性(SMA)变化状况。结果表明,接种厌氧颗粒污泥,保持进水COD为1 500 mg/L,SO2-4浓度为100 mg/L,将HRT由24 h缩短至12 h以提高负荷,经历55 d成功启动了UASB反应器;当HRT为12 h,进水COD和SO2-4负荷为3.0 kg/(m3·d)和0.20 kg/(m3·d),COD和SO2-4的去除率分别达到80%和89%,出水VFA为3 mmol/L,产气量达9.5 L/d,颗粒污泥的SMA为86.4 mL/(g VSS·d)。     

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)。     

A/O系统处理低C/N奶牛场废水中的抗生素

为处理奶牛场废水中常检出抗生素,考察了小试规模缺氧/好氧(A/O)系统对低C/N奶牛场废水中常规污染物和抗生素的处理效果。当进水COD、总氮、氨氮和总磷分别在1 242～4 350、830～1 367、818～1 291和6～12 mg·L~(-1), A池和O池水力停留时间(HRT)分别为3～4 d和2.05～5.4 d时,系统出水COD400 mg·L~(-1)、氨氮10 mg·L~(-1)、总氮去除率为40%～60%(无外加碳源)、总磷基本没有去除;通过调节硝化液回流比(1.0∶1～1.3∶1)可在进水COD/总氮≥3.1时实现碱度的自给自足;对11种磺胺类和8种β-内酰胺类抗生素研究发现,共检出9种磺胺类和1种β-内酰胺类抗生素(总浓度为5.89～17.31μg·L~(-1)),系统对抗生素的总去除率大于93%;先后2次向进水中人为添加8种磺胺类抗生素(每种浓度先后为50μg·L~(-1)和200μg·L~(-1))不会影响系统运行的稳定性,且抗生素的总去除率大于90%,A池和O池的抗生素去除率分别为15.0%～34.2%和69.1%～91.4%;在O池中的HRT降低50%时,系统对抗生素的总去除率基本不变。除甲氧苄啶外,其余7种磺胺类抗生素主要在O池中均得到去除,这与其分子结构中的S—N键有关。以上结果对奶牛场废水处理后还田具有重要的参考价值。     

高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养及其特性分析

为实现高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养,以反硝化颗粒污泥为接种污泥,对高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养进行了研究。在降低进水硝酸盐(NO_3~-)浓度的同时,采用逐步升高进水高氯酸盐(ClO_4~-)浓度的方法,考察了高氯酸盐还原颗粒污泥培养过程中ClO_4~-的去除以及颗粒污泥的特性。结果表明:以反硝化颗粒污泥为接种污泥,经过50 d快速培养出高氯酸盐还原颗粒污泥,ClO_4~-去除速率达96%以上;其混合液悬浮固体浓度(MLSS)为50.68 g·L~(-1),混合液挥发性固体浓度(MLVSS)为40.58 g·L~(-1),主要粒径分布在0.60 mm和1.00～2.00 mm。NO_3~-浓度逐步降低的培养方式可缓解ClO_4~-对颗粒污泥中各类微生物的毒性,为高氯酸盐颗粒污泥的快速培养提供了新的方法,具有重要的理论和实践意义。     

低温UASB处理青霉素综合废水及动力学分析

采用逐步降温法启动上流式污泥床反应器(UASB)并对其过程做动力学分析。UASB反应器采用逐渐提高进水COD负荷的方式在25℃进行启动,当COD去除率达到70%完成启动。启动完成后,降低温度运行反应器,在20℃时COD的去除率达到65%左右。在25℃条件下,出水氨氮浓度增加,总氮浓度有增加趋势,随后出水总氮浓度降低;在20℃负荷提高和稳定时期,出水的氨氮浓度逐渐降低,总氮浓度逐渐升高。建立低温条件下厌氧处理高浓度有机废水的动力学模型,分析结果看出20℃运行阶段的基质比降解速度高于25℃阶段基质比降解速度,在20℃条件下厌氧污泥活性最大,污泥性能最佳。推测原因,可能是由于25℃时进水浓度较高,且废水中含有大量抑制性物质(1.1 mg·L~(-1)),较大影响了微生物的降解速率、而在20℃时进水浓度降低,废水中的抑制性物质也有所降低,为0.75 mg·L~(-1)。     

低接种污泥量强化循环厌氧反应器(SCAR)处理生活污水

采用强化循环高效厌氧反应器(SCAR)处理生活污水研究反应器的启动过程和运行特性。在低接种污泥量、回流比R=0.5、HRT为16 h条件下经过65 d完成反应器启动,系统出水COD稳定在约80 mg·L~(-1),VFA浓度约240 mg·L~(-1),颗粒污泥性状良好,微生物活性增强。SCAR反应器对污染物的去除受水力停留时间和反应器外回流比影响,微生物生化反应时间和在反应器中的空间分布状态共同决定着反应器的运行效果。SCAR反应器脱氮作用明显,实验条件下反应器对总氮的去除主要是通过反硝化作用实现。     

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。