废水生物脱氮机制研究进展

废水脱氮越来越受人们重视,而生物脱氮以它独特的优势受到人们的青睐。通过从生物脱氮的微生物,微观机制,宏观环境三个方面论述,重点论述了短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、异养硝化好氧反硝化的脱氮机制,为以后的生物脱氮研究提供较为完整的资料。     

异养硝化-好氧反硝化菌的筛选及脱氮性能的实验研究

通过极限稀释和显色培养基相结合筛选的方法,从畜禽养殖废水样品中筛选到1株同时具有异养硝化-好氧反硝化双重功能的细菌CPZ24.该菌株革兰氏染色呈阳性,杆状,菌落颜色为橙红色.经形态、生理生化特性,16S rDNA序列分析,初步鉴定该菌为嗜吡啶红球菌(Rhodococuus pyridinivorans).对该菌进行异养硝化功能和好氧反硝化功能进行研究,结果表明,在异养硝化过程中,该菌可将培养基中的氨氮全部去除,其中对总氮的去除率可达98.70%;在好氧反硝化过程中,该菌对硝酸盐氮的去除率可达到66.74%,总氮的去除率达到64.27%.此高效脱氮降解菌可实现自身同步硝化-反硝化脱氮功能,能够独立完成生物脱氮的全过程.     

1株Arthrobacter arilaitensis菌的耐冷异养硝化和好氧反硝化作用

分别采用高浓度的铵态氮、硝态氮、亚硝态氮、有机氮模拟废水和铵态氮与硝态氮、铵态氮与亚硝态氮混合模拟废水,研究耐冷反硝化细菌Arthrobacter arilaitensis Y-10的异养硝化、好氧反硝化以及同时硝化和反硝化能力,通过测定Y-10菌株在整个脱氮过程中的D600值,分析细菌生长与生物脱氮之间的联系.结果表明,耐冷菌株Arthrobacter arilaitensis Y-10具有很强的硝化和反硝化能力,15℃条件下,4 d内分别可将铵态氮由208.43 mg·L~(-1)降至72.92 mg·L~(-1),去除率65.0%;硝态氮由201.16mg·L~(-1)降至0 mg·L~(-1),去除率为100%;亚硝态氮由194.33 mg·L~(-1)降至75.43 mg·L~(-1),去除率为61.2%.该菌只在含硝态氮的模拟废水中才会产生亚硝态氮积累;此外,在混合模拟废水中,以去除铵态氮为主.总之,Arthrobacter arilaitensis Y-10能在15℃条件下有效进行异养硝化和好氧反硝化作用,在不同无机氮混合模拟废水中对铵态氮的去除率高达80.0%以上.     

废水生物脱氮技术探讨

随着人们生活水平的日益提高,所排放的氮化合物对水质的影响越来越大。中国“十二五”期间也将增加氮化合物的削减任务,所以废水生物脱氮技术也就成了日后水污染治理的焦点问题,目前国内外研究的热点主要集中在如何改进传统的硝化－反硝化工艺,提出了适合低碳高氨氮废水生物脱氮的新工艺。通过综述传统生物脱氮原理及工艺,短程硝化－反硝化脱氮技术和同步硝化－反硝化技术,对各种废水生物脱氮工艺进行了探讨。     

异养硝化-好氧反硝化菌脱氮同时降解苯酚特性

研究了异养硝化-好氧反硝化菌Diaphorobacter sp. PDB3去除氨氮同时降解苯酚的特性.在最佳碳氮比7和摇床转速160r/min下,该菌在21h内对初始浓度365mg/L苯酚的降解率达94.9%,总有机碳去除率达90.8%,同时40mg N/L氨氮被完全去除,中间代谢物硝态氮和亚硝态氮逐渐积累并在后期降低.氮平衡分析表明,52.3%的氨氮转化为胞内氮,37.2%转化为氮气,菌株主要通过细胞同化作用和异养硝化-好氧反硝化作用去除氨氮.检测到羟胺氧化酶、硝酸还原酶及亚硝酸还原酶活性,表明菌株PDB3具有完整的异养硝化-好氧反硝化偶联途径.随着苯酚浓度升高,抑制作用增强,脱氮效率降低.     

初级缺氧对硝化作用影响研究及分析

对缺氧生物吸附活性污泥法(ABSAS)生物脱氮系统中的硝化作用进行了分析和讨论,研究结果表明,有机物氧化优先于硝化作用,有机物对硝化作用的影响主要表现在异养氧化菌对硝化菌的竞争性抑制。但生物脱氮工艺中的初级缺氧反应对硝化作用有一定的促进作用,而且初级缺氧段中的反硝化作用愈强,则由缺氧段进入好氧段后,硝化作用进行的愈强,此特性可用于生物脱氮工艺的设计中,以提高硝化作用能力。      

异养硝化细菌Pseudomonas aeruginosa YL的脱氮过程及N2O产生特性

由于含氮废水的大量排放,水体富营养化日趋严重,如何高效去除废水中的氮素仍是亟待解决的问题.针对传统生物脱氮工艺流程复杂、能耗高、抗冲击能力弱以及释放温室气体N_2O等缺陷,本文基于高效异养硝化细菌Pseudomonas aeruginosa YL,通过探讨其生理生化特征、异养硝化-好氧反硝化脱氮过程和N_2O产生特性,进一步解析异养硝化脱氮理论.结果表明,菌株YL具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,24 h培养期100 mg·L~(-1)的NH_4~+-N、NO_2--N和NO_3~--N能够完全去除;异养硝化过程几乎无中间产物生成,但以NO_3~--N作为氮源时,NO_2--N累积量高达25. 55 mg·L~(-1).同时,反硝化功能基因nap A、nir K和nos Z基因的成功表达,进一步证实菌株YL具有好氧反硝化能力.菌株YL异养硝化-好氧反硝化过程气态氮产物约占去除TN的30%～40%,脱氮产物主要为N2,当NH_4~+-N、NO_2--N和NO_3~--N分别为唯一氮源时,N2生成量分别为3. 46、3. 49和3. 36 mg.相比较,菌株YL脱氮过程仅生成微量的中间产物N_2O,以NH_4~+-N为唯一氮源时的最终生成总量为6. 63μg,低于以NO_2--N和NO_3~--N为唯一氮源时N_2O的生成量.此外,高C/N、低pH、高温以及高NH_4~+-N和NO_2--N环境均会导致N_2O的大量生成,但大多数环境因素对菌株YL的N_2O生成量影响较小,且其最高生成量显著低于短程硝化系统和自养硝化系统.以上研究结果表明菌株YL具有优异的脱氮、N_2O控逸和环境耐受能力,可有效避免水处理过程对大气的二次污染.     

初级初氧对硝化作用影响研究及分析

对缺氧生物吸附活性污泥法（ＡＢＳＡＳ）生物脱氮系统中的硝化作用进行了分析和讨论，研究结果表明，有机物氧化优先于硝化作用，有机物对硝化作用的影响主要表现在异养氧化菌对硝化菌的竞争性抑制。但生物脱氮工艺中的初级缺氧反应对硝化作用有一定的促进作用，而且初级缺氧段中的反硝化作用愈强，则由缺氧段进入好氧段后，硝化作用进行的愈强，此特性可用于生物脱氮工艺的设计中，以提高硝化作用能力。     

异养硝化-好氧反硝化菌协同竞争对脱氮特性的影响

为了探讨在脱氮过程中异养硝化-好氧反硝化菌类之间的协同和竞争作用,以A2/O工艺好氧污泥中筛出的三株异养硝化-好氧反硝化菌——XH02、XH03和FX03为研究对象,经16S rDNA基因序列系统发育分析,鉴定XH02为人苍白杆菌(Ochrobactrum sp.),XH03和FX03为假单胞菌(Pseudomonas sp.).在此基础上,分别考察了单菌株和复合菌株(XH02+XH03、XH02+FX03、XH03+FX03和XH02+XH03+FX03) 在异养硝化和好氧反硝化条件下的脱氮特性.结果表明:菌株XH02和XH03具有高效脱氮特性,在异养硝化过程中,第24小时对NH₄+-N的去除率分别为90.2%和89.5%;在好氧反硝化过程中,二者在第24小时对NO₃--N的去除率分别为91.8%和94.0%.复合菌株XH02+XH03无论在异养硝化还是好氧反硝化过程中,均能相互协同,促进生长,进一步提高了脱氮效率,在第24小时对NH₄+-N和NO₃--N的去除率分别达到97.1%和96.7%.在硝化和反硝化过程中,菌株FX03对XH02、XH03均存在着竞争关系,FX03的存在会抑制菌株XH02和XH03的生长,显著降低脱氮效率.研究显示,异养硝化-好氧反硝化菌XH02和XH03之间的协同作用可以强化废水生物处理,提高脱氮效率.      

废水处理同时消化／反硝化脱氮技术现状与展望

阐述了废水生物处理同时硝化/反硝化脱氮技术现状及发展，对几种具有同时硝化/反硝化效应的生物反应器与工艺进行了概述和讨论，提出了今后可能的研究方向。     

动力学调控实现单一反应器内亚硝化与硝化过程的互相转化

通过动力学调控在单一反应器内实现了亚硝化到硝化再到亚硝化过程的转化.在小试曝气上流式污泥床(Aerated Upflow Sludge Bed,AUSB)反应器中,在20℃、DO为2～4mg·L-1的条件下,主要通过调节反应器内的pH值调控氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)比生长速率的相对大小,以无机自配水为进水时,分别在20d和25d内将反应器的亚硝化率(出水中亚硝氮与总硝态氮之比)从95%降低至15%再恢复至95%以上,期间反应器的氨氮去除率基本维持在90%以上;当以实际高氨氮废水为进水时,同样主要通过调节反应器的pH值,分别在30d和23d内实现了反应器的亚硝化率从90%降低至10%再恢复至90%的过程.     

组合式膜生物反应器处理高浓度氨氮废水

利用一体化膜生物反应器进行了高浓度氨氮废水硝化特性研究 .研究结果表明 ,当原水氨氮浓度为2 0 0 0mg/L、进水氨氮的容积负荷为 2 .0kg /(m3·d)时 ,氨氮的去除率可达 99%以上 ,系统比较稳定 .反应器内活性污泥的比硝化速率在半年的时间内基本稳定在 0 .3 6/d左右     

废水处理工艺中同步硝化/反硝化研究进展

与传统脱氮工艺相比，同步硝化／反硝化(SND)工艺由于具有可降低能耗，减少基建费用等明显的优点，正受到越来越多的关注。在广泛查阅近期国内外相关研究成果的基础上，结合目前的工作，从同步硝化／反硝化现象发生的机理及工艺控制因素两个方面进行分析和阐述，并简要介绍了这一课题未来的研究方向。指出反应器溶氧不均、活性污泥絮凝颗粒中缺氯微环境的形成以及某些好氯反硝化菌和异养硝化菌的存在是同步硝化／反硝化现象的主要原因。同步硝化／反硝化的过程往往伴随着亚硝酸盐的积累现象，部分同步硝化／反硝化过程很可能是通过亚硝酸盐途径进行的。对于同步硝化／反硝化的工艺控制，目前主要通过控镧碳源、活性污泥絮凝颗粒的大小、溶解氯、以及氯化还原电极电位(ORP)进行的。反应中可溶性COD(SCOD)的含量对于反硝化过程的进行具有重要的意义：碳源投加方式的改变，可改善同步硝化／反硝化的效果。絮凝颗粒的密度，尺寸与溶解氯的水平共同影响了絮体内部缺氧微环境的形成：同时在工艺过程中，控制溶解氯水平的变化可以取得较好的脱氮效果。对于氯化还原电极电位(ORP)控制的范围往往取决于污水的性质，同时也可结合其他一些指标(如pH、释放气体中NO浓度)作为综合的控制手段。     

序批式移动床生物膜反应器内同步短程硝化反硝化的控制

在序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)内,对进水COD较低的条件下,模拟生活污水的亚硝化及脱氮性能进行了研究.结果表明,缺氧时间、进水COD、NH44 -N浓度、pH值以及溶解氧对亚硝化过程有明显影响.在进水COD为100mg·L-1NH4 4-N浓度为50mg·L-1时,调控溶解氧、pH,出水的亚硝化率可到99.7%,总氮去除率可达66.4%,表明系统中发生了同步短程硝化反硝化.     

Ammonium removal pathways and microbial community in GAC-sand dual media filter in drinking water treatment

A GAC-sand dual media filter (GSF) was devised as an alternative solution for drinking water treatment plant to tackle the raw water polluted by ammonium in place of expensive ozone-GAC processes or bio-pretreatments. The ammonium removal pathways and microbial community in the GSFs were investigated. The concentrations of ammonium, nitrite and nitrate nitrogen were monitored along the filter. Total inorganic nitrogen (TIN) loss occurred during the filtration. For 1 mg ammonium removal, the TIN loss was as high as 0.35 mg, DO consumption was 3.06 mg, and alkalinity consumption was 5.55 mg. It was assumed that both nitrification and denitrification processes occur in the filters to fit the TIN loss and low DO consumption. During the filtration, nitritation, nitrification and nitritation-anaerobic ammonium oxidation processes probably occur, while traditional nitrification and denitrification and simultaneous nitrification and denitrification processes may occur. In the GSFs, Nitrosomonas and Nitrospira are likely to be involved in nitrification processes, while Novosphingobium, Comamonadaceae and Oxalobacteraceae may be involved in denitrification processes.     

一体化A/O生物膜反应器低温硝化研究

采用自行设计制作的新型一体化A/O生物膜反应器,研究了温度、进水碱度对反应器硝化性能的影响.结果表明,当反应器温度控制在20,15和10℃时,硝化率分别为98%,90%和60%.此时进水COD和TN浓度分别为100～150 mg/L和65～78 mg/L.总氮去除率分别为50%,30%和20%.当反应器温度控制在8℃,进水中不加有机碳源,随着进水碱度的增加,硝化率从72%提高到95%,在低温下取得了良好的硝化效果.当进水碱度为280 mg/L时,反应器各区出现亚硝酸盐积累,亚硝化率达到80%.详细分析了形成亚硝酸盐积累的原因.     

低碳氮比废水生物脱氮新技术

传统的除氨氮工艺需要消耗较多的氧气,且对于低碳氮(C/N)比的废水,需外加有机碳源才能进行反硝化。详细阐述了同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化和全程自养脱氮等生物脱氮新技术的特点,应用前景以及存在的问题。提出了今后的研究方向。     

MBR同步硝化反硝化及异养硝化试验研究

在以限制混合液溶解氧浓度方式运行的M BR反应器中,通过改变进水COD/TKN、混合液DO浓度等工艺参数,研究了对系统中同步硝化反硝化(SND)过程的影响因素。根据试验结果探讨了M BR系统中所实现的SND机理,同时对系统中存在的异养硝化细菌进行了分离培养,并对其硝化特性进行了初步研究分析。试验结果表明:影响系统SND的主要因素是进水COD/TKN和反应器中控制的混合液DO浓度。系统中存在一定量的异养硝化菌。     

亚硝化颗粒污泥对温度变化的响应特性研究

采用序批式反应器(SBR),以实验室已经培养好的具有良好亚硝化积累的颗粒污泥(短程硝化积累率90%以上)为接种污泥,考察了温度变化对亚硝化颗粒污泥特性、稳定性、氮转换性能及活性的影响.结果表明,温度对亚硝化颗粒污泥的结构和短程硝化性能都有着重要的影响.在30℃时,亚硝化颗粒污泥具有良好的絮凝和沉降性,污泥结构紧密,亚硝化积累率维持在96.17%,污泥容积指数(SVI)为39 mL.g-1,平均粒径为3.03 mm.当温度降至25℃时,由于胞外多聚物(EPS)浓度升高,蛋白质与多糖比值的下降,导致亚硝化颗粒污泥的电负性升高,同时污泥表面的疏水性减弱,结构变得松散,亚硝化颗粒污泥发生了解体,亚硝化积累率在35%以下,短程硝化被破坏.在15℃时,虽然亚硝化颗粒污泥也发生了解体,并且解体现象加剧,但是由于颗粒污泥表面氧气传质深度的增大,使得反应器中氨氧化菌(AOB)的数量相对增大,出水亚硝化积累率最终稳定在68%左右.