Influence of carbon sources on nutrient removal in A/O-MBRs: Availability assessment of internal carbon source

Both internal carbon source and some external carbon sources were used to improve the nutrient removal in Anaerobic-Anoxic-Oxic-Membrane Bioreactor (A²/O-MBRs), and their technical and cost analysis was investigated. The experimental results showed that the nutrient removals were improved by all the carbon source additions. The total nitrogen and phosphorus removal efficiency were higher in the experiments with external carbon source additions than that with internal carbon source addition. It was found that pathways of nitrogen and phosphorus transform were different dependent on different carbon source additions by the mass balance analysis. With external carbon source addition, the simultaneous nitrification and denitrification occurred in aerobic zone, and the P-uptake in aerobic phase was evident. Therefore, with addition of C-MHP (internal carbon source produced from sludge pretreatment by microwave-H₂O₂ process), the denitrification and phosphorus-uptake in anoxic zone was notable. Cost analysis showed that the unit nitrogen removal costs were 57.13 CNY/kg N of C-acetate addition and 54.48 CNY/kgN of C-MHP addition, respectively. The results indicated that the C-MHP has a good technical and economic feasibility to substitute external carbon sources partially for nutrient removal.     

丙酸的加入对厌氧-低氧同时生物除磷脱氮系统的影响

2个实验室规模的序批式反应器（SBRs）在厌氧-低氧（0.15～0.45 mg·L^-1）条件下运行,以比较丙酸的加入对同时生物除磷脱氮系统的影响.结果表明,无论是丙酸与乙酸的混合酸（碳摩尔比为1.5/1）作为碳源（SBR1）,还是乙酸作为单独碳源（SBR2）,系统都发生同步硝化反硝化和磷的去除（SNDPR）,并且氨氮被全部氧化,系统中没有亚硝酸盐的大量累积.与SBR2相比,SBR1中厌氧阶段磷释放量少,聚羟基戊酸（PHV）合成量高,好氧末磷剩余量少,硝态氮累积少,因此SBR1中总氮和总磷的去除率（分别为68%和95%）比SBR2（分别为51%和92%）高,加入丙酸有助于SNDPR系统保持较好的除磷、脱氮效果.     

溶解氧对低碳源城市污水处理系统脱氮性能与微生物群落的影响

为了阐明溶解氧对低碳源城市污水处理系统脱氮除磷性能的影响,研究了供氧区溶解氧浓度分别为2~3、1~2和低于1mg·L^-1的运行条件下微生物应对低碳源环境生长与代谢特性的差异.随着供氧区溶解氧浓度的降低利用外碳源和内碳源脱氮量分别升高了20.23%和80.54%,内碳源的除磷利用效率升高了13.89%,进而使低碳源城市污水的脱氮除磷效果得到强化.高通量测序和RDA分析结果表明,降低供氧区溶解氧浓度驱动微生物群落结构的调整,促使脱氮除磷功能微生物（如：Dechloromonas菌属）的丰度显著增加.基于PICRUSt预测分析可知,在低溶解氧浓度的运行环境中微生物与基质利用、能量合成和代谢调控功能相关的基因活性更高,保证了功能微生物在低碳源条件下稳定生长并维持较高的脱氮除磷效率.本研究为提升低碳源城市污水处理系统中脱氮除磷功能微生物的生长提供理论依据.     

An innovative wood-chip-framework substrate used as slow-release carbon source to treat high-strength nitrogen wastewater

Removal of nitrogen in wastewater before discharge into receiving water courses is an important consideration in treatment systems. However, nitrogen removal efficiency is usually limited due to the low carbon/nitrogen (C/N) ratio. A common solution is to add external carbon sources, but amount of liquid is difficult to determine. Therefore, a combined wood-chip-framework substrate (with wood, slag and gravel) as a slow-release carbon source was constructed in baffled subsurface-flow constructed wetlands to overcome the problem. Results show that the removal rate of ammonia nitrogen (NH₄⁺-N), total nitrogen (TN) and chemical oxygen demand (COD) could reach 37.5%–85%, 57.4%–86%, 32.4%–78%, respectively, indicating the combined substrate could diffuse sufficient oxygen for the nitrification process (slag and gravel zone) and provide carbon source for denitrification process (wood-chip zone). The nitrification and denitrification were determined according to the location of slag/gravel and wood-chip, respectively. Nitrogen removal was efficient at the steady phase before a shock loading using slag-wood-gravel combined substrate because of nitrification–denitrification process, while nitrogen removal was efficient under a shock loading with wood-slag-gravel combined substrate because of ANAMMOX process. This study provides a new idea for wetland treatment of high-strength nitrogen wastewater.     

污泥龄对A/A/O工艺反硝化除磷的影响

以实际生活污水培养驯化污泥的小试规模A/A/O工艺为研究对象,进行了污泥龄（SRT）为8、10、12和15 d时对反硝化除磷的影响研究.结果表明,随着污泥龄的延长,反硝化除磷对系统除磷所起的作用越大,反硝化聚磷菌缺氧利用单位PHAs的反硝化数量和吸磷量也迅速增加,聚磷菌好氧利用单位PHAs的吸磷量并没有受到影响,以SRT为12 d时反硝化除磷和系统脱氮除磷效果为最好.结果还表明,去除单位氮所需COD数量随污泥龄的延长呈减少趋势,而去除单位磷所需COD数量呈增大趋势.对于我国典型的城市污水而言,SRT为12 d和15 d时去除单位氮和磷所需的外碳源数量较8 d时要低,从而使反硝化除磷作用可真正地达到节省碳源和能源的目的.     

Nitrous oxide emission by denitrifying phosphorus removal culture using polyhydroxyalkanoates as carbon source

Nitrous oxide (N₂O) emission has been reported to be enhanced during denitrification when internally-stored compounds are used as carbon sources. However, negligible N₂O emissions have been detected in the few studies where polyhydroxyalkanoates (PHA) were specifically used. This study investigated and compared the potential enhancement of N₂O production, based on utilization of an internally-stored polymer and external carbon (acetate) by a denitrifying phosphorus removal culture. Results indicated that at relatively low chemical oxygen demand-to-nitrogen (COD/N) ratios, more nitrite was reduced to N₂O in the presence of an external carbon source as compared to an internal carbon source (PHA). At relatively higher COD/N ratios, similar N₂O reduction rates were obtained in all cases regardless of the type of carbon source available. N₂O reduction rates were, however, generally higher in the presence of an internal carbon source. Results from the study imply that when the presence of an external carbon source is not sufficient to support denitrification, it is likely competitively utilized by different metabolic pathways of denitrifying polyphosphate accumulating organisms (DPAOs) and other ordinary denitrifiers. This study also reveals that the consumption of PHA is potentially the rate-limiting step for N₂O reduction during denitrification.     

碳源对解体后好氧颗粒活性恢复的影响

在序批式反应器(SBR)中,分别以葡萄糖,葡萄糖-乙酸钠混合碳源,乙酸钠为碳源,对解体后的好氧颗粒污泥进行为期30天的活性恢复.研究结果表明:活性恢复过程中,好氧颗粒对COD和NH3-N的去除几乎不受碳源的影响,10d后好氧颗粒污泥对COD和NH3-N的去除活性完全恢复.碳源会较大地影响好氧颗粒污泥的物理特征及对TN,TP的去除,采用乙酸钠进行活性恢复后的好氧颗粒脱氮除磷效果最好,20d后对TN和TP的去除率可从解体时的45%和42%恢复到74%和81%;而采用混合碳源进行活性恢复后的好氧颗粒的COD比降解速率最大,达到10.74kgCOD/(kgMLSS×d),恢复至颗粒解体前的112%;以乙酸钠为碳源可使好氧颗粒硝化,反硝化能力得到较好的恢复,NH3-N和TN的比降解速率分别达到0.335kgNH3-N/(kgMLSS×d)和0.272kgTN/(kgMLSS×d),分别恢复至颗粒解体前的97%和101%.     

垃圾渗滤液脱氮新方法综述

有效去除垃圾渗滤液中的氮是一项艰巨的任务,传统的先硝化后反硝化处理方法存在的主要问题是反硝化阶段碳源不足和总氮去除效率过低。研究中研究人员提出了好氧反硝化、厌氧氨氧化和短程硝化反硝化等新方法。好氧反硝化菌可以利用硝化过程中充足的碳源进行反硝化;厌氧氨氧化是在缺氧条件下,以NO-2为电子受体,直接把氨氧化成N2;短程硝化反硝化将脱氮过程控制在亚硝化阶段,不但节省了反硝化过程中的碳源,而且减少了能量的消耗。本文对这些方法及其在实践的应用进行了论述。     

亚硝酸盐积累对A~2O工艺生物除磷的影响

常温条件下,通过控制好氧区DO浓度为0.3～0.5 mg/L,同时增大系统内回流比以降低系统好氧实际水力停留时间(actual hydraulic retention time,AHRT),在处理低C/N比实际生活污水的A2O工艺中成功启动并维持了短程硝化反硝化.但随着系统出水亚硝酸盐含量的升高,系统对磷的去除效果逐渐恶化.当好氧区亚硝酸盐浓度19 mg/L时,系统出水磷浓度大于进水磷浓度,系统处于净释磷状态.通过对原水COD浓度、反应区温度、pH值、游离亚硝酸浓度(free nitrous acid,FNA)等分析,表明碳源不足及短程硝化引起的亚硝酸盐积累影响了聚磷菌厌氧释磷和好氧吸磷;尤其是好氧区较高的FNA浓度(HNO2-N 0.002～0.003 mg/L)对聚磷菌好氧吸磷的抑制是导致系统除磷效果恶化的直接原因.通过外投碳源提高原水COD浓度,提高了聚磷菌厌氧释磷合成PHA的能力;同时增强了系统的反硝化能力,降低好氧区亚硝酸盐浓度,从而降低FNA对聚磷菌好氧吸磷的抑制程度,系统的除磷性能可迅速恢复;系统对磷的去除率可达96%以上.     

后置反硝化生物脱氮除磷工艺在水处理中的应用

介绍了AOAO、SBR、MSBR、氧化沟、DEPHANOX等后置反硝化生物除磷脱氮工艺的流程及处理效果。该工艺由于聚磷微生物经过厌氧释磷后进人生化效率较高的好氧环境,其在厌氧池形成的吸磷动力可以充分地得到利用．故有较好的除磷效果。但碳源不足制约了系统的脱氮效果．在解决好反硝化脱氮碳源问题的条件下．该工艺也能取得较好的同时脱氮除磷效果,且操作简便,运行费用低．将有较好的应用前景。     

DO浓度对EBPR耦合SND处理低C/N污水的影响

为了解厌氧/好氧运行的序批式反应器（SBR）中,强化生物除磷（EBPR）与同步硝化反硝化（SND）的耦合脱氮除磷特性,以实际低C/N （约为3.5）生活污水为处理对象,先通过调控进水C/N考察其对EBPR启动和聚磷菌（PAOs）富集情况的影响,再通过调控好氧段DO浓度考察其对系统脱氮除磷性能、SND率及碳源转化特性的影响.结果表明,DO浓度为2.0mg/L,当进水C/N由3.2提高至7.5并降至3.8时,反应器出水PO₄^3--P浓度由3.9mg/L逐渐降至0.5mg/L以下,且厌氧释磷量（PRA）由3.3mg/L逐渐升高至约30mg/L.此后,当DO浓度逐渐降至约1.0mg/L时,SND现象愈加明显,且其与EBPR耦合使得系统总氮（TN）和PO₄^3--P去除率分别提高至85%和94%.但当DO浓度约为0.5mg/L时,硝化过程进行不完全,亚硝酸盐积累较为明显,耦合系统中存在同步短程硝化反硝化现象.DO浓度为约1.0mg/L时,系统具有最高的脱氮除磷性能.此外,当DO浓度由2.0mg/L降至0.5mg/L时,PAOs较聚糖菌（GAOs）在厌氧内碳源储存中的贡献逐渐减小（P_PAO,An由30.3%逐渐降至20.2%）,PRA降低约7mg/L.DO浓度为1.0~1.5mg/L最有利于系统厌氧段内碳源PHA的合成.     

延长缺氧水力停留时间对A-AAO工艺氮磷去除影响的研究

相比传统厌氧-缺氧-好氧(简称AAO)脱氮除磷工艺,改良AAO工艺(定义为A-AAO)增加了回流污泥的硝酸盐反硝化区并对进水多点分配,氮磷去除能力得到显著提高。为进一步优化A-AAO的除污染能力,本研究以A-AAO工艺后2部分缺氧和好氧段(AO段)为对象,研究AO段水力停留时间改变对A-AAO工艺脱氮除磷的影响。试验采用两套小试规模A-AAO工艺(定义为1#和2#反应器)开展研究,1#反应器缺氧段及好氧段停留时间分别为5.5 h和10 h,2#反应器缺氧段及好氧段停留时间分别为2.5 h和13 h。研究结果表明:总停留时间不变,缩短好氧停留时间而延长缺氧停留时间有助于氮磷的去除。1#和2#反应器总氮和总磷平均去除率分别为61.36%、57.08%和85.72%、82.0%。     

SNAD反应器中颗粒污泥和絮体污泥脱氮特性

通过血清瓶批试研究了温度为30℃时, SNAD(simultaneous partial nitrification, anaerobic ammonium oxidization and denitrification)反应器内的颗粒污泥R1(1~2.5mm)和絮体污泥R2(0~0.25mm)的脱氮特性. 结果表明,颗粒污泥的好氧氨氮和好氧亚硝态氮氧化活性分别为0.166,0kgN/(kg VSS×d).厌氧氨氧化、亚硝态氮反硝化、硝态氮反硝化总氮去除速率分别为0.158,0.105,0.094kgN/(kg VSS×d).絮体污泥的好氧氨氮氧化活性和好氧亚硝态氮氧化活性分别为 0.180,0kgN/(kg VSS×d).厌氧氨氧化、亚硝态氮反硝化、硝态氮反硝化总氮去除速率分别为0.026,0.096,0.108kgN/(kg VSS×d).颗粒污泥和絮体污泥都具有良好的亚硝化性能和反硝化性能.颗粒污泥的厌氧氨氧化性能良好,絮体污泥的厌氧氨氧化性能较差.扫描电镜显示,在SNAD颗粒污泥的表面主要是一些短杆菌和球状菌.在SNAD颗粒污泥中心区域主要为火山口状细菌.在絮体污泥中,同时存在短杆菌,球状菌和火山口状细菌.     

脉冲SBR工艺短程脱氮的实现及对除磷的强化

采用脉冲进水缺好氧交替工艺(SAOSBR)处理低C/N实际生活污水,考察了短程脱氮对于低碳源生活污水同步脱氮除磷效果的强化作用,并分析了短程脱氮强化生物除磷的机理.结果表明,通过短时的饥饿处理配合缺好氧交替的运行方式实现了系统的短程硝化,亚硝酸盐积累率稳定在95%以上.短程的实现还强化了系统的同步脱氮除磷效果,总氮和磷的平均去除率相比于全程脱氮过程分别提高了约6%和36%.分析表明短程强化生物除磷的原因主要是由于残留的NO2-对聚磷菌厌氧释磷的影响较小.静态试验也证实,在碳源不足的条件下,以NO2-为电子受体的反硝化作用相比于NO3-可以减弱反硝化菌与聚磷菌之间的碳源竞争,从而提高聚磷菌的厌氧释磷量和聚羟基烷酸(PHA)的合成量.因此,在处理低C/N生活污水时,短程脱氮的实现更有利于系统的生物除磷.     

原液补碳模式对猪场厌氧消化液SFSBR处理特性的影响

针对猪场粪尿厌氧消化液在后续生物处理过程中碳源，碱度的严重失衡问题，采用"缺氧（A1）+曝气（O1）+缺氧（A2）+曝气（O2）"的分步进水序批式反应器（SFSBR）处理，以实现碳源，碱度的体系内自平衡利用.通过改变A1，A2段的补碳量（采用定量的猪场粪尿原液，分别以1：1，1：3和3：1的体积比在反应器每个周期的A1，A2阶段启动时补碳，分别简称工况I，Ⅱ，Ⅲ），研究原液补碳模式对处理过程脱氮除磷特性的影响.结果表明，3种补碳模式均实现了短程硝化反硝化脱氮，反应器内pH值均稳定在8.5左右，NH₄⁺-N去除率均达到95%以上.原液补碳直接影响反硝化过程，工况I，Ⅱ条件下A2段反硝化速率分别为2.19和2.15mg/（g·h），均约为工况Ⅲ A2段的1.6倍.不同工况下原液补碳对A段释磷和O段吸磷有显著差异，工况I和Ⅲ条件下SFSBR除磷效果更佳，出水TP浓度分别为7.9和6.4mg/L，去除率分别达到84.4%和87.3%，相较于工况Ⅱ分别提高了9.5%和12.4%.综合考虑脱氮除磷，有机物降解以及碳源/碱度自平衡控制，工况I为最佳补碳模式，系统出水COD，NH₄⁺-N和TP浓度分别为360，10.6和7.9mg/L，相应的去除率分别为74.9%，98.6%和84.4%.研究表明，采用A1/A2段原液添加比为1：1的补碳模式（即工况I）能在碳源/碱度自平衡的基础上实现猪场粪尿厌氧消化液的高效脱氮除磷.     

A2O缺氧池添加天然碳源玉米芯的脱氮特征

基于低碳源污水易硝化难反硝化的问题,构建了在A²O缺氧池添加天然碳源玉米芯的中试系统,采用物料衡算、反硝化速率测定和微生物群落分析等方法,研究了该系统的脱氮效能和反硝化体系特征.结果表明,TN去除率提升13%,出水从16.2降至10.0mg/L;同时不会造成出水氨氮和色度超标的风险.物料衡算表明,COD碳源的氧化消耗量和出水排放量降低,更多的碳源用于反硝化和污泥增殖,从而提升了氮素的去除量,其中反硝化的提升贡献更大.缺氧池形成了悬浮污泥加生物膜的复合型脱氮体系:在污水自身碳源存在时,生物膜和悬浮污泥的反硝化速率分别为24.89和32.42mg/(L∙h),可实现快速脱氮;当自身碳源消耗殆尽,二者的反硝化速率分别是4.71和1.73mg/(L×h),单位生物量反硝化速率分别是1.58和59.1mg NO₃^--N/(g VSS×h),表明玉米芯主要被生物膜利用以维持反硝化进行.该体系的主要反硝化菌属为Azospira,此外在生物膜表面还富集了能够附着生长的Iamia和Haliangium,以及能够降解玉米芯木质素的Sulfuritalea等反硝化菌属.     

碳氧调控下人工湿地净化效果的协同与拮抗研究

从人工湿地脱氮效果的重要限制因子——溶解氧和碳源着手,构建了一种人工湿地碳氧联合调控脱氮系统,研究了曝气、碳源投加、碳氧联合调控下人工湿地的净化效果.结果表明,曝气促进了TSS、COD、TN、NH4+-N、TP的去除,但夏季时会导致NO3--N的积累;碳源投加提高了TN、NO3--N的去除,但冬季时会导致COD去除率的下降.碳氧联合调控下人工湿地对TN、NO3--N的去除表现出协同作用,对NH4+-N、COD的去除表现出独立作用,而对TP、TSS的去除表现出一定的拮抗作用.另外,对于以氨氮为主的“低碳高氮”污水,人工湿地碳氧联合调控系统脱氮效率达87.3%,可见该强化系统适用于“低碳高氮”污水的处理.     

A2/O-BCO系统中碳源类型对反硝化除磷及菌群结构的影响

采用厌氧/缺氧/好氧-生物接触氧化(A²/O - BCO)工艺处理低碳氮(C/N)比污水, 考察单因素碳源(阶段Ⅰ: 乙酸钠; 阶段Ⅱ: 乙酸钠+丙酸钠; 阶段Ⅲ: 丙酸钠)对有机物去除以及同步脱氮除磷的影响, 并重点探究乙酸钠、丙酸钠混合碳源条件下内碳源(PHA、Gly)的转化利用以及反硝化除磷(DPR)机理, 同时通过高通量测序对比了不同阶段微生物菌群结构的演变规律.结果表明: 混合碳源提高了有机物、氮、磷的同步去除效率, 厌氧段内碳源转化量为226mg/h, 释磷量高达30.58mg/L, DPR效率稳定在90%以上; 批次试验表明反硝化聚磷菌(DPAOs)占聚磷菌(PAOs)的比例为72.42%, 基本实现了DPAOs的富集; 高通量测序结果表明混合碳源更有利于形成独特的OTUs菌群, PAOs(包括Accumulibacter和Acinetobacter)和DPAOs (包括Dechloromonas和Pseudomonas)总量高达29.13%(> 16.18%(阶段Ⅲ) > 14.34%(阶段Ⅰ)), 有效促进了碳源的高效利用以及反硝化除磷效率; BCO反应器中氨氧化菌(AOB, 包括Nitrosomonas和Nitrosomonadaceae)和亚硝酸盐氧化菌(NOB, 以Nitrospira为主)总量从3.89%(N1)增加到23.09%(N2)、37.23%(N3), 为反硝化除磷提供充足的电子受体; 此外, 建立了基于碳源高效利用的运行调控策略, 以期为A²/O - BCO工艺的推广应用提供理论参考.     

Diaphorobacter sp.PDB3菌好氧反硝化脱氮特性

研究了Diaphorobactersp.PDB3菌在发酵罐内好氧反硝化特性.经过分析比较确定柠檬酸钠是好氧反硝化最佳碳源,采用响应面法对影响好氧反硝化的条件（温度、pH值、发酵罐转速、碳氮比）进行优化,构建出好氧反硝化数学模型.本模型预测值与实测值相关性非常好,预测PDB3菌发酵罐内好氧反硝化最佳条件：pH值、碳氮比、温度、转速分别为7.3、8.1、30.1℃、299.9r/min,最佳好氧反硝化比速率为2.25h^-1.验证实验表明,PDB3菌在发酵罐内好氧反硝化比速率为2.12h^-1,误差仅为5.8%.通过氮平衡分析表明,29.0%的总氮去除量转化为胞内氮,氮损失占总氮去除量的67.3%,细胞主要通过好氧反硝化作用和细胞同化作用脱氮.荧光定量PCR分析测定好氧反硝化过程中脱氮基因（napA,nirS,cnorB,nosZ）的表达水平以进一步解释脱氮特征,为Diaphorobacter sp.PDB3菌的实际应用提供一定的理论依据.     

铁型反硝化脱氮技术研究进展

传统反硝化工艺是非常有效的废水脱氮技术,具有反应快、效率高等优点,但受废水中有机碳源浓度影响较大.废水中碳源不足不能满足生物反硝化脱氮的需求且会导致总氮(TN)去除率偏低,而投加外源有机碳源会提高处理成本,极易造成二次污染,因而传统反硝化工艺对低碳氮比(C/N)废水脱氮处理具有一定局限性.铁型反硝化脱氮技术作为自养反硝...