模拟光伏间歇曝气SBR硝化特性

通过耦合农村生活污水间歇排放、SBR间歇运行和太阳能能量密度昼夜变化的特征,模拟光伏间歇曝气,考察以无蓄电池光伏间歇曝气替代常规曝气,降低污水处理设施对电网依赖的可行性,采用SBR处理经厌氧和好氧预处理的生活污水,系统研究了SBR硝化的启动特征及曝气量、HRT(水力停留时间)和温度对其运行效果的影响. 结果表明,在不同曝气量、HRT和温度下,均能实现NH₄+-N的有效去除. ρ(DO)是硝化作用的主要影响因素. 在低曝气量(曝气量为0.6 L/min、温度为20 ℃、HRT为13和16 h)及高水温(曝气量为0.8 L/min、温度为30 ℃、HRT为16 h)条件下,由于ρ(DO)(<3 mg/L)较低,NH₄+-N去除率下降,并且出现了一定程度的NO₂--N累积. 通过对ρ(DO)、pH和E_h(氧化还原电位)的监测表明,E_h变化不规律,而ρ(DO)和pH在一个运行周期内变化规律明显,与硝化进程具有较好的对应性,可将其作为实时控制参数,控制硝化曝气过程.      

模拟光伏曝气硝化SBR自动控制策略及其AOB群落结构

采用模拟光伏曝气硝化SBR(序批式反应器)去除污水中的NH₄+-N,探究适用于反应器硝化过程的自动控制策略,并采用PCR(聚合酶链式反应)和TA克隆考察反应器内AOB(氨氧化细菌)群落结构. 结果表明,反应器可在15 d内成功启动,NH₄+-N平均去除率达97.8%,出水ρ(NH₄+-N)平均值为0.67 mg/L. ρ(DO)和pH变化曲线上均存在指示氨氧化终点的特征点——氨谷和DO肘,可通过d pH/d t(pH导数)准确判断氨氧化终点,而d ρ(DO)/d t〔ρ(DO)导数〕信号波动较大. Nitrosomonas为反应器内绝对优势AOB,但AOB的群落结构并不稳定,只有2个OTU(分类操作单元)在7个克隆文库(d15、d30、d45、d60、d75、d90和d105)中均有分布,AOB群落结构的平均变化率(Δ₁₅ d)为22.1%±16.5%,20%的AOB累积相对丰度随时间变化范围为40.0%~60.7%,表明维持硝化SBR稳定运行的关键是AOB的多样性及群落结构的动态变化,而不是某些特定的AOB种.      

EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化

将膨胀颗粒污泥床(EGSB)和曝气生物滤池(BAF)集成,EGSB出水进入BAF进行短程硝化,BAF出水外回流至EGSB反应器为后者提供亚硝态氮,在不需外部投加亚硝态氮的条件下,实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化的耦合, 系统地处理ρ(氨氮)为50 mg/L和ρ(COD_Cr)为500 mg/L的合成废水.结果表明:当外回流比为200%时,系统CODCr,氨氮和总氮的去除率分别为92.4%,97.4%和80.6%;出水ρ(氨氮),ρ(亚硝态氮),ρ(硝态氮)和ρ(COD_Cr)分别为1.05,4.30,2.56和35.3 mg/L;COD_Cr,总氮和氨氮的去除负荷速率分别为1.770,0.137和0.164 kg/(m3·d). 与传统的活性污泥过程相比,EGSB-BAF集成系统回收甲烷1.03 　L/d,占系统COD_Cr去除量的37.0%;在系统总氮的去除过程中,厌氧氨氧化途径占35.9%,短程反硝化途径占47.4%,全程反硝化途径占16.7%.      

功能分区型人工湿地处理养殖废水厌氧消化液的性能

针对养猪废水厌氧消化液高ρ(NH₄+-N)的特点,构建了上层填充沸石强化硝化、下层填充砖渣强化反硝化的功能分区型人工湿地,考察其启动阶段运行性能、硝化区及反硝化区污染物去除性能. 结果表明,湿地以间歇方式运行(饱和液位无变化),启动后NO₃--N的产生速率为0.014 6 kg/(m3·d),湿地底部出水的ρ(NO₃--N)平均值为14.94 mg/L,明显低于沸石层的21.77 mg/L. COD_Cr主要在湿地上层硝化区被去除,平均去除率为64.82%. 随着湿地启动,下层由于反硝化作用消耗的有机物增至56.67 mg/L. 在进水期的前15 min,COD_Cr、NH₄+-N、TP的去除率最大,NO₃--N溶出量(以ρ计)最高,达42.30 mg/L. 沸石层10、20和30 cm处硝化速率基本稳定,沸石层的E_h均在400 mV以上. 与间歇方式相比,湿地以潮汐流方式(进水期与落干期时间比为1 h∶23 h)运行时,COD_Cr和TN去除率分别由78.45%和41.99%升至82.62%和53.41%. 研究显示,功能分区型人工湿地通过上层硝化、下层反硝化方式可有效去除养殖废水厌氧消化液中的NH₄+-N.      

短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺深度处理垃圾渗滤液

为解决垃圾渗滤液中高浓度污染物对微生物的毒性抑制、生物处理出水有机物或氮不达标及投加碳源成本高的问题,采用UASB(上流式厌氧污泥床)-A/O(缺氧/好氧)反应器-ANAMMOXR(厌氧氨氧化反应器)工艺,通过短程硝化-ANAMMOX(厌氧氨氧化)深度处理实际垃圾渗滤液与生活污水混和液(体积比为1∶10),其ρ(COD_Cr)、ρ(NH₄+-N)和ρ(TN)分别为(750±30)(290±10)和(300±10)mg/L,试验共进行90 d. 结果表明:COD_Cr、NH₄+-N和TN的去除率分别为88%±1%、95%±1%和91%±1%,最终出水质量浓度分别为(67±5)(15±2)和(35±5)mg/L,满足GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》的排放要求. A/O反应器中的ρ(FA)(FA为游离氨)在0.21～1.38 mg/L之间,可抑制NOB(硝酸细菌),使AOB(氨氧化细菌)成为优势菌种,从而实现并维持NO₂--N积累率(70%～96%)较高的短程硝化,继而在ANAMMOXR中通过ANAMMOX去除残余NH₄+-N和NO₂--N,实现系统对氮的深度去除.      

煤矿生活污水同步硝化反硝化试验研究

为提高煤矿生活污水脱氮效果并优化反应方式,采用限氧曝气生物膜反应器进行试验研究,分析了污染物去除效果和主要影响因素。结果表明:在第一反应室DO为1.5～2 mg/L、第二反应室DO为1～1.5 mg/L、HRT为3.13 h、ρ(COD)=69.8～85.2 mg/L、ρ(NH4+-N)=14. 6～17.9 mg/L、ρ(TN)=17.3～21.2 mg/L的进水条件下,反应器出水COD、NH4+-N、TN最大质量浓度分别为18.3 mg/L、0.23 mg/L和8.92 mg/L,平均去除率分别为80.8%、99.3%和59.3%,同步硝化反硝化效率(SND率)为45.4%～56.5%;在2.78 h≤HRT≤4.17 h范围内,反应器出水COD和NH4+-N浓度达到GB 3838—2002Ⅲ类标准要求,出水ρ(TN)10 mg/L且SND率达到52%。     

低基质CANON中短程硝化稳定性控制研究

为研究主流PN/A（短程硝化/厌氧氨氧化）工艺中短程硝化稳定运行控制策略,采用连续流CANON反应器,以人工模拟低氨氮[ρ（NH₄+-N）为50 mg/L]无机废水为进水,考察了FA（free ammonia,游离氨）、DO等控制参数对低氨氮下连续流CANON反应器短程硝化的影响.结果表明,启动前期提高进水NLR（nitrogen volume loading,氮容积负荷）有利于维持CANON的稳定运行,控制NLR在1.01 kg/（m3·d）,运行至32 d,ΔNO₃--N/ΔNH₄+-N（指NO₃--N产生量与NH₄+-N消耗量的比值）始终维持在（0.11±0.02）.然而随着运行时间的延长,ρ（NO₃--N）逐渐增长,ΔNO₃--N/ΔNH₄+-N从理论值升至0.49,短程硝化受到严重破坏.过程中控制ρ（FA）在2 mg/L以上,NOB（亚硝酸盐氧化菌）受到明显抑制,但抑制周期短暂,并且随着ρ（FA）的降低,ρ（NO₃--N）快速升高,FA抑制失效.限制氧供给,控制ρ（DO） < 0.3 mg/L,ΔNO₃--N/ΔNH₄+-N降至0.16,但NOB并未被完全抑制,ρ（NO₃--N）仍呈上升趋势.微生物活性测定结果表明,运行中功能菌活性均得到增强,并且发现V_AOB > V_AnAOB > V_NOB,在限氧条件下[ρ（DO） < 0.3 mg/L]运行,NOB虽受抑制但仍维持较高活性.研究显示,在低氨氮条件下,采用FA以及限氧的方式对NOB抑制作用有限,对NOB控制条件的选择需结合反应器内微生物种群结构、生长特性进行进一步研究.      

温榆河中硝化和反硝化基因的Real-time PCR定量

以温榆河为研究对象,采用real-time PCR研究了温榆河不同断面水样和沉积物样品中TB(总细菌)、硝化和反硝化(nosZ和narG)基因数量的变化. 水样中TB基因数量在丰水期为1.05×109~7.38×1011 copies/L,枯水期为1.06×109~2.69×1012 copies/L;氨氧化细菌(AOB)基因数量在丰水期和枯水期分别为nd(未检出)~4.11×108和nd~1.15×109 copies/L. nosZ和narG基因数量在丰水期分别为nd~2.37×108和3.61×108~1.13×1010 copies/L,枯水期分别为2.0×106~3.04×109和nd~1.39×1010copies/L. 枯水期沉积物样品中TB基因数量为1.35×109~7.32×1010 copies/g,nosZ基因数量为nd~1.06×107 copies/g,narG基因数量为1.99×107~1.02×108 copies/g. 枯水期TB基因数量略高于丰水期,枯水期水样中ρ(NH₄+-N)较高导致其AOB基因数量要远高于丰水期,nosZ和narG基因数量并没有明显的水期变化. 相关分析表明,沉积物样品中微生物基因数量与水样中微生物基因数量不相关,而是水质变化长期作用的结果. 冗余度分析表明,丰水期和枯水期水样中影响微生物基因数量的主要环境因子不同,丰水期微生物基因数量是温度、ρ(COD_Cr)、ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₂--N)、ρ(NO₃--N)等共同作用的结果,而温度和ρ(COD_Cr)对枯水期微生物基因数量影响显著.      

一株异养硝化-好氧反硝化菌的脱氮性能研究

选用四因素三水平L₉(34)正交试验表设计实验,通过测定对NO₃－-N(硝酸盐氮)和TIN的去除能力,研究碳源、碳氮比(ρ(COD_Cr)/ρ(N))、溶解氧含量(ρ(DO))以及pH 4种不同因素对一株恶臭假单胞菌好氧反硝化性能的影响. 结果表明,该菌株对NO₃－-N的最大还原率可达100%;对NO₃－-N还原率影响最大的因素为ρ(COD_Cr)/ρ(N),其次为ρ(DO),碳源和pH;对应的最优条件:碳源为柠檬酸三钠,ρ(COD_Cr)/ρ(N)15,转速为60 r/min,pH为6.5.对TIN去除率影响最大的因素为ρ(COD_Cr)/ρ(N),其次为碳源,ρ(DO)和pH; 对应的最优条件:碳源为柠檬酸三钠,ρ(COD_Cr)/ρ(N)15,转速为100 r/min,pH为6.5. 同时又对该菌株的异养硝化能力进行了测定发现,该菌株自身可实现同步硝化反硝化,其对氨氮的去除率可达60.91%,即该菌株可以独立完成生物脱氮的全部过程.      

低温对亚硝化颗粒污泥系统的影响特性

考察了温度变化对亚硝化颗粒污泥反应器的长期和短期影响特性,结果表明:在进水ρ（NH₄+-N）为（35.8±5.2）mg/L、水力停留时间为2.0 h以及运行温度为7~17℃的条件下,反应器保持着95%的亚硝化率和0.18~0.25 kg/（m3·L）的NH₄+-N去除负荷;反应器中较低的ρ（DO）∶ρ（NH₄+-N）（<0.25）是实现亚硝酸盐氧化细菌（NOB）有效抑制的关键因素;长期低温运行造成颗粒污泥比NH₄+-N氧化速率（SAOR）从（237±14）g/（g·d）下降至（93±11）g/（g·d）,但颗粒污泥中氨氧化细菌（AOB）的活化率（实际SAOR与最大SAOR之比）从48%升至约85%。批式实验结果表明,在7.1~28℃的短时温度变化内,亚硝化颗粒污泥NH₄+-N氧化反应的温度系数（θ）和活化能（E_a）分别为1.042~1.063,29.7~41.9 kJ/mol,均显著低于同等条件下絮体污泥的数值,表明颗粒污泥AOB比絮体污泥AOB具有更好的抗温度冲击能力。该研究结果可为基于颗粒污泥的高效城市污水亚硝化技术提供参考。     

游离氨与游离亚硝酸对中试膜生物反应器短程硝化及微生物群落结构的影响

为探究FA(游离氨)与FNA(游离亚硝酸)对短程硝化及微生物群落结构的影响,采用中试MBR(膜生物反应器),以高浓度NH₄+-N废水为处理对象,考察MBR对NH₄+-N的去除效果,通过计算FA与FNA浓度,分析其对短程硝化的影响,利用16S rRNA基因高通量测序技术分析微生物群落结构并对功能基因进行预测. 结果表明:①通过将NH₄+-N容积负荷逐渐从0.11 kg/(m3·d)提升至0.75 kg/(m3·d),MBR在第18天实现了全程硝化向短程硝化的转变. ②MBR稳定运行过程中,FA和FNA浓度分别维持在1.03~3.52和0.033~0.118 mg/L,NAR(亚硝酸盐积累率)为65.70%~80.24%,实现了NO₂--N的稳定积累,此时NH₄+-N去除率为87.92%~97.18%. ③进水由模拟废水向实际工业废水的转变没有对NAR产生较大影响,表明中试MBR具有较强的适应能力. ④16S rRNA基因高通量测序分析结果表明,维持MBR内FA和FNA浓度能够富集AOB(氨氧化菌)Nitrosomonas(7.99%),抑制NOB(亚硝酸盐氧化菌)活性,进而实现短程硝化;MBR运行第50天时,Amo(氨单加氧酶)功能基因相对丰度为第0天时的371倍,进一步验证了短程硝化过程的实现. 研究显示,FA与FNA对NOB的抑制在维持中试MBR短程硝化中起重要作用,微生物群落结构的变化与MBR内FA和FNA浓度有关.      

回流比对DN-PN-ANAMMOX工艺处理中晚期垃圾渗滤液的影响

为了进一步提升反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化（denitrification partial nitrification and anaerobic ammonia oxidation,DN-PN-ANAMMOX）工艺处理含有高浓度NH₄+-N的中晚期渗滤液的脱氮能力,以当地垃圾填埋场的中晚期渗滤液为试验用水,考察了在不同回流比下该工艺对有机物和氮素的去除以及各功能区微生物群落的变化.结果表明:当回流比由5调至9时,COD_Cr（chemical oxygen demand）的去除率由47%逐渐升至53%,其中前置UASB（Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket,上流式厌氧污泥床反应器）去除COD_Cr的占比为41%,为后续的PN-ANAMMOX工艺提供了低碳环境.然而在回流比调至9时,由于高回流比的稀释作用使得游离氨（free ammonia,FA）的质量浓度下降〔ρ（FA） < 2 mg/L〕,导致了其无法抑制PN区NO₂--N氧化菌（nitrite oxidizing bacteria,NOB）的活性,部分亚硝化工艺的稳定性下降且NO₂--N积累率降至50%以下,对后续的ANAMMOX区脱氮性能产生不利影响,ANAMMOX区氮去除速率随之降至4.29 kg/（m3·d）.研究显示:采用具有回流的DN-PN-ANAMMOX工艺处理ρ（NH₄+-N）高达1 900 mg/L的中晚期垃圾渗滤液的最佳回流比为8,ANAMMOX区的氮去除速率达到7.41 kg/（m3·d）,出水ρ（TN）（8.83 mg/L）更低;同时,在回流比为8时,Pseudomonas、Nitrosomonas和Candidatus_Kuenenia分别在DN-PN-ANAMMOX工艺的前置UASB、PN区及ANAMMOX区得到最优的富集.      

IFAS工艺短程硝化过程中功能菌的动力学特性

实验采用生物膜-活性污泥复合工艺（IFAS）,探究了不同进水NH₄⁺-N负荷以及游离氨（FA）浓度下的好氧氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB）的动力学特性,考察了不同微生物聚集体（悬浮污泥和载体生物膜）对于NH₄⁺-N去除的贡献,同时对其中的生物吸附和生物降解进行定量分析.利用荧光原位杂交（FISH）技术观察了总菌、AOB和NOB的数量以及空间结构的变化.结果表明,随着进水NH₄⁺-N浓度逐渐升高,出水NO₃^--N浓度逐渐下降,NO₂^--N得到大量积累,当进水NH₄⁺-N浓度为480mg/L时,NH₄⁺-N去除率和亚硝酸盐氮积累率（NAR）分别稳定在95%和80%以上,而FA由（2.77±0.07）mg/L增加至（16.35±0.3）mg/L时,NAR由9.42%增加至83.31%,实现了对NOB的抑制.在NH₄⁺-N的去除过程中生物吸附和微生物降解分别占NH₄⁺-N去除量的3.4%和88.1%,悬浮污泥和生物膜中AOB占比分别由27.4%和10.3%增加至41.3%和18.1%,表明悬浮污泥比生物膜更有利实现对于AOB的富集.     

生活污水短程硝化脱氮工艺的快速启动及稳定性研究

以低碳氮比的生活污水为研究对象,采用SBR反应器,通过减少好氧阶段的搅拌时间快速启动短程硝化脱氮过程,对典型运行周期内氮去除规律进行研究,并从微生物角度进一步验证了短程硝化脱氮工艺的实现。结果表明:减少50%好氧搅拌时间后,亚硝酸盐积累率(NAR)由36.05%增加到54.06%,好氧阶段停止搅拌后,NAR被提高到90.17%,并且以此状态持续稳定运行;典型运行周期内SBR具有良好的NH₄+-N去除效果和较高的NAR,实测NH₄+-N去除率达89.46%,出水NAR达89.13%;实时荧光定量PCR技术(q-PCR)检测表明,经过140 d的种群优化,污泥中氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)含量分别占总菌数的70.3%和2.1%,从分子生物学角度验证了短程硝化工艺的实现。     

低温条件下好氧颗粒污泥培养及其脱氮性能研究

为研究在低温条件下好氧颗粒污泥（AGS）的形成及其脱氮性能,在序批式反应器（SBR）中15℃条件下60d内培养出了成熟的具有良好短程硝化功能的AGS,稳定运行阶段亚硝酸盐氮积累率（NAR）可以达到90%以上,扫描电镜显示AGS主要由短杆菌和球菌构成.通过批次实验研究了温度在15℃时,粒径为R1（1.0~2.0mm）、R²（2.0~3.0mm）和R3（>3.0mm）的短程硝化AGS的脱氮特性.其中R1亚硝酸盐氮积累效果最差,R²、R3相差不大,其NAR均可达到90%左右,效果较好.AGS粒径的增大会对基质的传质产生影响,这为氨化细菌（AOB）、硝化细菌（NOB）和反硝化细菌的生长提供了适宜的场所,有利于短程硝化的实现.通过微电极测定,在温度为15℃、水中溶解氧（DO）浓度为6~7mg/L时,AGS中氧气的传质深度为600~700μm.     

EGSB反应器中耦合厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的研究

将好氧活性污泥接种于膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器中,经过120 d的启动运行,形成颗粒污泥.在启动好的EGSB反应器进水中添加亚硝酸盐和氨盐,反应器内温度控制在32～35 ℃,pH为7.5～8.3,氧化还原电位为-150～-40 mV;水力停留时间4.2 h,上升流速4.86 m/h,经过270 d运行,逐步富集和耦合产甲烷菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌.在进水ρ(COD_Cr)为500 mg/L,有机容积负荷速率为4.800 kg/(m3·d)(以COD_Cr计)和1.152 kg/(m3·d)(以N计)的条件下,出水ρ(COD_Cr)维持在80 mg/L以下;COD_Cr,氨氮,亚硝态氮和总氮去除率分别为85%, 35%, 99.9%和67%;其去除速率分别稳定在6.12,0.202,0.575和0.777 kg/(m3·d);其中氨氮和总氮的去除速率分别是传统活性污泥法硝化/反硝化(0.05 kg/(m3·d))的4和15.5倍. pH,温度,溶解氧,氧化还原电位,亚硝酸盐和COD_Cr对EGSB反应器中厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的耦合和颗粒污泥的特性均有影响.